Bài Tập Trắc Nghiệm Chuyên Đề: Pin điện hóa (Hóa học Lớp 12)

Sức điện động chuẩn của pin:
$$E_{pin}^{°}=E_{catot}^{°}-E_{anot}^{°}$$
Ở đây:
- $A{g}^{+}/Ag$ : +0,799 V
- $Z{n}^{2+}/Zn$ : -0,762 V

Nên:
$$E_{pin}^{°}=0,799-(-0,762)=1,561\text{ V}$$

Pin mặt trời hoạt động dựa trên quang năng, không dựa vào phản ứng hóa học.

(AI giải đề cho tôi)
Từ các suất điện động chuẩn: E⁰(X-Y)=0,78 V > 0 nên X là anode, X mạnh hơn Y về tính khử; E⁰(X-Z)=1,24 V > 0 nên X là anode, X mạnh hơn Z; E⁰(T-Y)=0,47 V > 0 nên T là anode, T mạnh hơn Y. Kiểm tra các đáp án: A) Trong pin Y-Z, Y có tính khử yếu hơn Z (vì X > Z và X > Y, T > Y; Y là kim loại yếu nhất trong các cặp đã biết) nên Y là anode → đúng. B) E⁰(X-T) = E⁰(X-Y) − E⁰(T-Y) = 0,78 − 0,47 = 0,31 V → đúng. D) Trong cả ba pin X-Y, X-T, X-Z, X đều có tính khử mạnh nhất nên X là anode, bị oxi hoá → đúng. C) Từ dữ kiện chỉ suy ra được X > Z, X > Y, T > Y; không xác định được vị trí tương đối của Z so với T (và so với X, T trong dãy X, T, Z, Y như đề khẳng định), do đó khẳng định về dãy tính khử giảm dần X, T, Z, Y là không thể suy ra/không đúng. Vậy khẳng định sai là C, trùng với đáp án nguồn.

Phản ứng: $Sn+C{u}^{2+}\to S{n}^{2+}+Cu$. Sn bị oxi hóa thành $S{n}^{2+}$ nên Sn là anode. $C{u}^{2+}$ bị khử thành Cu nên điện cực Cu là cathode. Vậy phát biểu "Sn đóng vai trò cathode, Cu đóng vai trò anode" là sai. $E_{pin}^{°}=E_{cathode}^{°}-E_{anode}^{°}=0,34-(-0,14)=0,48$ V. $C{u}^{2+}$ giảm, $S{n}^{2+}$ tăng; Cu bám thêm nên khối lượng Cu tăng, Sn tan ra nên khối lượng Sn giảm.

(AI giải đề cho tôi)
Pin: Pt | H2 (1 bar) | HBr (10^-4 M) || CuBr | Cu. Phản ứng anot (oxi hóa): H2 → 2H+ + 2e, thế khử tương ứng E_an = 0 + 0,059.log[H+] = 0,059.log(10^-4) = -0,236 V. Cực phải là CuBr/Cu, tính qua cặp Cu+/Cu (E° = 0,521 V) vì CuBr tan một phần tạo Cu+ và Br-: E_cat = 0,521 + 0,059.log[Cu+]. Suất điện động: E = E_cat - E_an = 0,521 + 0,059.log[Cu+] + 0,236 = 0,559 V. Suy ra 0,059.log[Cu+] = 0,559 - 0,757 = -0,198, nên log[Cu+] = -3,36, tức [Cu+] ≈ 4,4.10^-4 M, gần nhất với 4,2.10^-4 M (do làm tròn số liệu E°). Đáp án A.

(AI giải đề cho tôi)
Sức điện động chuẩn của pin X–Y (X là anode, Y là cathode): $E_{X-Y}^0=E_Y^0-E_X^0=0,20$ V. Tương tự: $E_Y^0-E_M^0=0,60$ V và $E_Z^0-E_M^0=0,30$ V. Chọn $E_M^0=0$ làm mốc thì $E_Y^0=0,60$ V; $E_Z^0=0,30$ V; $E_X^0=0,40$ V. Kim loại có thế chuẩn càng thấp thì tính khử càng mạnh, do đó thứ tự tính khử tăng dần là: $Y<X<Z<M$. Vậy đáp án A.

a) ĐÚNG.
Khối lượng mol của EC ($C_3{H}_4{O}_3$): $M=12\times 3+1\times 4+16\times 3=88$ g/mol.
Số mol EC bị cháy: $n_{EC}=\frac{4}{88}=\frac{1}{22}$ mol.
Tổng nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy: $Q_{tỏa}=\frac{1}{22}\times 1100=50$ kJ $=50000$ J.
Nhiệt lượng thực tế mà cell pin hấp thụ được (hiệu suất 20%): $Q_{thu}=50000\times 0,2=10000$ J.
Độ tăng nhiệt độ của cell pin: $\Delta t=\frac{Q_{thu}}{m_{pin}\times c}=\frac{10000}{40\times 1}=250^{\circ }$C.
b) SAI.
Khối lượng $LiCo{O}_2$ trong 1 tấn rác thải: $m_{LiCo{O}_2}=1000\times 0,6=600$ kg.
Số mol $LiCo{O}_2$ ban đầu: $n_{LiCo{O}_2}=\frac{600}{98}$ kmol (với phân tử khối là $7+59+16\times 2=98$).
Bảo toàn nguyên tố Lithium (2 mol $LiCo{O}_2$ tạo ra 1 mol $L{i}_{2}C{O}_3$):
$n_{L{i}_{2}C{O}_3(l\acute{y}thuy\acute{\hat{e}}t)}=\frac{1}{2}\times n_{LiCo{O}_2}=\frac{300}{98}$ kmol.
Khối lượng $L{i}_{2}C{O}_3$ thu được thực tế (hiệu suất 90%, phân tử khối của $L{i}_{2}C{O}_3$ là 74):
$m_{L{i}_{2}C{O}_3}=\frac{300}{98}\times 74\times 0,9\approx 203,88$ kg (làm tròn thành 204 kg).
c) ĐÚNG. Trong quá trình pin phóng điện, $Li{C}_6$ bị oxi hóa ở anode.
Khi pin phóng điện (hoạt động như một pin điện hóa/galvanic cell), quá trình oxi hóa luôn xảy ra ở anode (cực âm). Tại đây, $Li{C}_6$ nhường electron theo phương trình (1): $Li{C}_6\to C_6+L{i}^{+}+e$. Quá trình nhường electron chính là quá trình bị oxi hóa.
d) SAI. Trong quá trình pin phóng điện, nồng độ $L{i}^{+}$ trong dung dịch chất điện li tăng dần.
Pin lithium-ion hoạt động theo cơ chế "ghế bập bênh" (rocking-chair). Tại anode, ion $L{i}^{+}$ được giải phóng vào dung dịch điện li. Đồng thời tại cathode, ion $L{i}^{+}$ từ dung dịch điện li lại được hấp thụ chui vào mạng tinh thể của $Co{O}_2$. Tốc độ giải phóng và hấp thụ là như nhau, do đó tổng nồng độ ion $L{i}^{+}$ trong dung dịch chất điện li gần như không thay đổi trong suốt quá trình phóng điện.
a) ĐÚNG.
Khối lượng mol của EC ($C_3{H}_4{O}_3$): $M=12\times 3+1\times 4+16\times 3=88$ g/mol.
Số mol EC bị cháy: $n_{EC}=\frac{4}{88}=\frac{1}{22}$ mol.
Tổng nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy: $Q_{tỏa}=\frac{1}{22}\times 1100=50$ kJ $=50000$ J.
Nhiệt lượng thực tế mà cell pin hấp thụ được (hiệu suất 20%): $Q_{thu}=50000\times 0,2=10000$ J.
Độ tăng nhiệt độ của cell pin: $\Delta t=\frac{Q_{thu}}{m_{pin}\times c}=\frac{10000}{40\times 1}=250^{\circ }$C.
b) SAI.
Khối lượng $LiCo{O}_2$ trong 1 tấn rác thải: $m_{LiCo{O}_2}=1000\times 0,6=600$ kg.
Số mol $LiCo{O}_2$ ban đầu: $n_{LiCo{O}_2}=\frac{600}{98}$ kmol (với phân tử khối là $7+59+16\times 2=98$).
Bảo toàn nguyên tố Lithium (2 mol $LiCo{O}_2$ tạo ra 1 mol $L{i}_{2}C{O}_3$):
$n_{L{i}_{2}C{O}_3(l\acute{y}thuy\acute{\hat{e}}t)}=\frac{1}{2}\times n_{LiCo{O}_2}=\frac{300}{98}$ kmol.
Khối lượng $L{i}_{2}C{O}_3$ thu được thực tế (hiệu suất 90%, phân tử khối của $L{i}_{2}C{O}_3$ là 74):
$m_{L{i}_{2}C{O}_3}=\frac{300}{98}\times 74\times 0,9\approx 203,88$ kg (làm tròn thành 204 kg).
c) ĐÚNG. Trong quá trình pin phóng điện, $Li{C}_6$ bị oxi hóa ở anode.
Khi pin phóng điện (hoạt động như một pin điện hóa/galvanic cell), quá trình oxi hóa luôn xảy ra ở anode (cực âm). Tại đây, $Li{C}_6$ nhường electron theo phương trình (1): $Li{C}_6\to C_6+L{i}^{+}+e$. Quá trình nhường electron chính là quá trình bị oxi hóa.
d) SAI. Trong quá trình pin phóng điện, nồng độ $L{i}^{+}$ trong dung dịch chất điện li tăng dần.
Pin lithium-ion hoạt động theo cơ chế "ghế bập bênh" (rocking-chair). Tại anode, ion $L{i}^{+}$ được giải phóng vào dung dịch điện li. Đồng thời tại cathode, ion $L{i}^{+}$ từ dung dịch điện li lại được hấp thụ chui vào mạng tinh thể của $Co{O}_2$. Tốc độ giải phóng và hấp thụ là như nhau, do đó tổng nồng độ ion $L{i}^{+}$ trong dung dịch chất điện li gần như không thay đổi trong suốt quá trình phóng điện.

So sánh thế điện cực chuẩn: $E_{P{b}^{2+}/Pb}^{°}=-0,126\text{V}$ lớn hơn $E_{Z{n}^{2+}/Zn}^{°}=-0,762\text{V}$ nên $P{b}^{2+}$ bị khử ở cathode, Zn bị oxi hóa ở anode.
Ở anode: $Zn\to Z{n}^{2+}+2e$.
Sức điện động: $E_{pin}^{°}=-0,126-(-0,762)=0,636\text{V}$.
Phản ứng pin: $Zn+P{b}^{2+}\to Z{n}^{2+}+Pb$.
⇒ Đáp án B.

Chọn C. 1,103 V. Pin Zn – Cu: Zn là anode, Cu là cathode. $E_{pin}^0=E_{cathode}^0-E_{anode}^0=0,34-(-0,763)=1,103$ V.

(AI giải đề cho tôi)
Pin nhôm - không khí: cực âm là tấm nhôm, xảy ra quá trình oxi hoá $Al\to A{l}^{3+}+3e$, nên (a) đúng. Ở cực dương, khí $O_2$ nhận electron (quá trình khử) để tạo thành ion $O{H}^{-}$: $O_2+2H_{2}O+4e\to 4O{H}^{-}$; do đó $O_2$ là chất oxi hoá chứ không phải chất khử, nên (b) sai. Electron di chuyển trong mạch ngoài từ cực âm (Al) sang cực dương (carbon xốp), nên (c) đúng. Sản phẩm oxi hoá của nhôm ($A{l}^{3+}$) có thể tồn tại dạng tan (ví dụ $[Al(OH{)}_4{]}^{-}$ trong dung dịch kiềm) hoặc kết tủa $Al(OH{)}_3$ tuỳ thuộc chất điện li, nên (d) đúng. Vậy có 3 phát biểu đúng (a, c, d) → đáp án A, trùng với đáp án nguồn.

Zn có tính khử mạnh hơn Cu nên Zn là anode, Cu là cathode.
Tại điện cực Cu xảy ra quá trình khử $H^{+}$ thành khí $H_2$ ($H^{+}$ do acid hữu cơ có trong chanh phân ly ra).

Đáp án C.
$$E_{pin}^0=E_{C{u}^{2+}/Cu}^0-E_{Z{n}^{2+}/Zn}^0=1,10V$$
nên A, D sai.
Zn có tính khử mạnh hơn Cu nên Zn đóng vai trò là cực âm (anode), Cu là cực dương (cathode).

Đáp số: 1,1

$$E_{pinZn-Pb}^0=E_{pinZn-Fe}^0+E_{pinFe-Pb}^0$$
$$E_{pinZn-Cu}^0=E_{pinZn-Pb}^0+E_{pinPb-Cu}^0=0,323+0,321+0,459=1,103V$$

(AI giải đề cho tôi)
Trong pin Galvani, anode là cực âm, nơi xảy ra quá trình oxi hóa. Zn là điện cực mạnh hơn (khử hơn), nên Zn bị oxi hóa: Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e. Quá trình khử Cu²⁺ + 2e → Cu xảy ra tại cathode (cực dương). Vậy đáp án A.

Đáp án 3412

(AI giải đề cho tôi)
Acquy chì là nguồn điện thứ cấp, có thể nạp lại và sử dụng nhiều lần. Pin mặt trời chuyển đổi ánh sáng thành điện nhưng không phải pin sạc; pin chanh và pin 'con thỏ' là pin sơ cấp, không thể sạc lại.

Bảng đáp án của Đề 5 (trang 45 nguồn) ghi: 18B. Lưu ý: hướng dẫn giải in ngay dưới câu 18 trên trang 56 nguồn bị lỗi in ấn/lẫn nội dung (chứa công thức tính khối lượng soda $m_{soda}=\frac{86,57}{129,3}.106.\frac{100}{98,56}=72$ thuộc câu khác), nên không có lời giải hóa học hợp lệ cho câu này trong nguồn. Về mặt hóa học, các hiệu thế giữa các cặp X²⁺/X (−0,91 V), X³⁺/X²⁺ (−0,41 V), Y²⁺/Y (−0,76 V), T²⁺/T (−0,26 V) cho giá trị nhỏ nhất là 0,15 V (tương ứng phương án A), không khớp với đáp án B (0,67 V) trong bảng đáp án nguồn — mâu thuẫn này cần được ghi nhận.

(AI giải đề cho tôi)
Tại anode (cực âm) của pin Galvani xảy ra quá trình oxi hóa: Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e. Đáp án A.

(AI giải đề cho tôi)
Trong pin điện hoá, kim loại có tính khử mạnh hơn làm cực âm. Pin X–Y có suất điện động 0,32 V > 0 nên X khử mạnh hơn Y. Pin T–X có E° = 0,46 V > 0 nên T khử mạnh hơn X. Pin Z–X có E° = 1,24 V > 0 nên Z khử mạnh hơn X; so sánh Z–X (1,24 V) với T–X (0,46 V) cho thấy Z khử mạnh hơn T. Vậy thứ tự tính khử giảm dần: Z > T > X > Y. Với X = 1, Y = 2, Z = 3, T = 4, bộ 4 số là 3412.