Thế điện cực chuẩn là gì? Bảng thế điện cực chuẩn chi tiết

Thế điện cực chuẩn là một khái niệm quan trọng trong hóa học điện, đóng vai trò then chốt trong việc xác định tính chất và khả năng phản ứng của các điện cực trong dung dịch điện phân. 

Hiểu rõ về thế điện cực chuẩn không chỉ giúp chúng ta dự đoán chiều hướng của phản ứng điện hóa mà còn ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như pin, acquy, và quá trình mạ điện. Hãy cùng Kiến thức THPT khám phá chi tiết về thế điện cực chuẩn, cách đo lường và ý nghĩa của nó trong hóa học điện.

Cặp oxi hóa – khử

Xét một quá trình trong đó ion kim loại Mn+ đóng vai trò là chất oxi hóa và kim loại M đóng vai trò là chất khử như sau:

Trong trường hợp này, chất oxi hóa (dạng oxi hóa) Mn+ và chất khử (dạng khử) M đều thuộc cùng một nguyên tố kim loại. Quá trình trên được viết gọn như sau:

Dạng oxi hóa và dạng khử của cùng một nguyên tố kim loại tạo thành các cặp oxi hóa – khử của kim loại đó.

Thế điện cực chuẩn là gì?

Điện cực

Ứng với mỗi cặp oxi hóa – khử, có thể thiết lập một điện cực, nơi tồn tại sự cân bằng giữa dạng oxi hóa và dạng khử.

Thế điện cực chuẩn

Thế điện cực của cặp oxi hóa – khử của kim loại trong điều kiện chuẩn (nồng độ ion kim loại trong dung dịch là 1M, nhiệt độ 25°C) được gọi là thế điện cực chuẩn đối với kim loại 

Ký hiệu là:Đơn vị thường sử dụng của thế điện cực là volt (V).

• Giá trị thế điện cực chuẩn càng nhỏ thì dạng khử có tính khử càng cao và dạng oxi hóa có tính oxi hóa sẽ càng yếu.
• Giá trị thế điện cực chuẩn càng lớn thì dạng khử có tính khử càng nhỏ và dạng oxi hóa có tính oxi hóa càng lớn.

Dưới đây là bảng giá trị thế điện cực chuẩn của một số cặp oxi hoa khử:

Bảng giá trị thế điện cực chuẩn của một số cặp oxi hóa khử

>> Xem thêm: Lý thuyết đại cương về polime là gì? Tính chất vật lý, hóa học polime

Ý nghĩa của thế điện cực chuẩn

a) So sánh tính khử, tính oxi hóa giữa các cặp oxi hóa – khử với nhau

Giữa hai cặp oxi hóa – khử, mỗi cặp có giá trị thế điện cực chuẩn nhỏ hơn thì dạng khử có tính khử mạnh hơn, còn đối với dạng oxi hóa có tính oxi hóa yếu hơn và ngược lại.

Dựa trên sự so sánh giá trị thế điện cực chuẩn, các cặp oxi hóa – khử Mn+/M được sắp xếp thành dãy theo chiều tăng dần của thế điện cực chuẩn, thường được gọi là dãy điện hóa của kim loại.

b) Dự đoán chiều phản ứng của hai cặp oxi hóa – khử

• Chiều của phản ứng giữa hai cặp oxi hóa – khử có thể dự đoán được từ việc so sánh giá trị thế điện cực chuẩn.
• Chất khử của cặp oxi hóa – khử có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn sẽ tác dụng với chất oxi hóa của cặp oxi hóa – khử có thế điện cực chuẩn lớn hơn, tạo ra dạng oxi hóa và dạng khử tương ứng.
• Chất khử của cặp oxi hóa – khử đứng trước sẽ tác dụng với chất oxi hóa của cặp oxi hóa – khử đứng sau, tạo ra dạng oxi hóa và dạng khử tương ứng.

Hai cách dự đoán trên được minh họa thông qua quy tắc α.

>> Xem thêm: Lý thuyết Saccharose hóa học lớp 12

Pin điện hóa

Phản ứng oxi hóa – khử và dòng điện

Phản ứng oxi hóa – khử luôn kèm theo sự chuyển hóa của electron từ chất khử sang chất oxi hóa. Nếu các quá trình oxi hóa và quá trình khử xảy ra trên hai điện cực riêng biệt và electron được truyền từ chất khử sang chất oxi hóa qua dây dẫn, thì năng lượng của phản ứng hóa học sẽ chuyển hóa thành năng lượng điện.

Pin Galvani

Pin Galvani là một loại pin điện hóa, được cấu tạo từ hai điện cực, mỗi điện cực tương ứng với một cặp oxi hóa – khử và thường được nối với nhau qua cầu muối.

Sức điện động của pin đo trong điều kiện chuẩn được gọi là sức điện động chuẩn. Sức điện động chuẩn có thể được xác định dựa vào thế điện cực chuẩn của các cặp oxi hóa – khử tương ứng.

Một số loại pin khác nhau

Acquy là nguồn điện phổ biến trong các phương tiện giao thông, thiết bị lưu điện, và phát điện.

• Pin nhiên liệu: Hoạt động của chúng dựa trên phản ứng oxi hóa – khử giữa nhiên liệu và chất oxi hóa. Pin nhiên liệu đang phổ biến hiện nay là pin hydrogen. Ưu điểm của pin nhiên liệu là nhiên liệu được bổ sung liên tục nên thời gian hoạt động không bị hạn chế. Tuy nhiên, nhược điểm là công nghệ chưa phổ biến rộng rãi và giá thành cao.
• Pin mặt trời: Bao gồm nhiều tế bào quang điện biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện. Ưu điểm là tạo ra nguồn năng lượng xanh, thân thiện với môi trường, chi phí không quá cao và có thể sử dụng lâu dài. Tuy nhiên, pin mặt trời cần lắp đặt trên không gian rộng để tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời và khó di chuyển.

Trên đây là tổng hợp lý thuyết về thế điện cực chuẩn của kim loại trong hóa học 12. Hy vọng nội dung này hữu ích trong quá trình học và ôn bài của bạn.