Chemistry Labs
THPT · 15 phút

Pin điện hoá: từ pin Daniell đến phương trình Nernst

Lắp pin kẽm–đồng, quan sát electron chạy và xem hiệu điện thế phụ thuộc kim loại và nồng độ ra sao.

Pin điện hoá 3D: hai cốc có điện cực kim loại nối bằng dây dẫn và cầu muối, electron chạy trên dây, hiệu điện thế hiện ở góc.

Mục tiêu

Xác định EE của bốn cặp điện cực và kiểm tra phương trình Nernst bằng cách đổi tỉ lệ nồng độ ion.

Dụng cụ và hoá chất

Hai nửa pin nối bằng dây dẫn và cầu muối, ví dụ Zn\ce{Zn} trong ZnX2+\ce{Zn^2+} và Cu\ce{Cu} trong CuX2+\ce{Cu^2+}; một vôn kế.

Cách làm

  1. Giữ cặp Zn / Cu và đọc E∘E^\circ khi lg⁡Q=0\lg Q = 0.
  2. Kéo lg⁡Q\lg Q đến +2+2 rồi −2-2 và ghi EE mỗi lần.
  3. Kéo “mức độ phản ứng” từ 0 đến 1 và quan sát các điện cực và dung dịch.
  4. Đổi cặp điện cực sang Zn / Ag, Cu / Ag và Fe / Cu rồi so sánh hiệu điện thế.

Điều cần quan sát

  • Zn / Cu cho 1,10 V, Zn / Ag 1,56 V, Fe / Cu 0,78 V và Cu / Ag 0,46 V khi lg Q = 0.
  • E thay đổi khoảng 0,030 V cho mỗi đơn vị lg Q (1,16 V tại −2, 1,04 V tại +2 với Zn / Cu).
  • Điện cực âm mỏng dần, điện cực dương dày dần, và màu xanh của Cu²⁺ nhạt đi.

Giải thích

Ở cực âm (anot) kim loại bị oxi hoá, Zn→ZnX2++2 eX−\ce{Zn -> Zn^2+ + 2e-}; ở cực dương (catot) ion bị khử, CuX2++2 eX−→Cu\ce{Cu^2+ + 2e- -> Cu}. Electron chạy trong dây dẫn từ − sang +, còn cầu muối cho anion di chuyển về phía anot và cation về phía catot để điện tích cân bằng. Ở 25 °C, E=E∘−0,05916nlg⁡QE = E^\circ - \frac{0{,}05916}{n}\lg Q, trong đó QQ là tỉ lệ nồng độ ion của phản ứng pin; E∘E^\circ là hiệu thế điện cực chuẩn, Ecatot∘−Eanot∘E^\circ_{\text{catot}} - E^\circ_{\text{anot}}.

Lịch sử thí nghiệm

Năm 1836 John Frederic Daniell chế tạo pin điện hoá bền đầu tiên: điện cực kẽm trong axit loãng (về sau là ZnSO₄) và điện cực đồng trong CuSO₄, ngăn bởi vách xốp. Khác với pin Volta chập chờn, pin Daniell cho điện áp ổn định ~1,1 V và nuôi mạng điện báo non trẻ hàng thập kỷ. Định luật điện phân của Faraday (1834) và thế phụ thuộc nồng độ của Nernst (1889) sau đó biến những chiếc pin này thành công cụ định lượng.

Nhà hoá học liên quan

Michael FaradayWalther Nernst

Chủ đề liên quan

Pin điện, thế điện cực, phương trình NernstĐiện phân, ăn mòn và bảo vệ kim loại

Thí nghiệm ảo: một mô hình đơn giản hoá để xây dựng trực giác. Nó không thay thế thực hành thật và huấn luyện an toàn; không tự làm lại tại nhà khi không có người hướng dẫn.