Tiến hành hai thí nghiệm độc lập về pin điện hóa và điện phân như sau:
• Thí nghiệm 1: Một nhóm học sinh lắp đặt một pin điện hóa Zn−Cu ở trạng thái chuẩn: nồng độ mỗi dung dịch muối Zn(NO3)2 và Cu(NO3)2 là 1M (25°C), nối bằng cầu muối.
• Thí nghiệm: Tại một phòng thí nghiệm công nghiệp, người ta tiến hành điện phân 200 mL dung dịch AgNO3 1M sử dụng nguồn điện một chiều có điều chỉnh áp. Để quá trình điện phân diễn ra có hiệu quả và tốc độ đáng kể, người ta đo được điện áp thực tế cần đặt vào hai điện cực graphite (trơ) là 2,5 V.
Biết thế điện cực chuẩn: E°Zn2+/Zn = −0,76V; E°Cu2+/Cu = +0,34V; E°Ag+/Ag = +0,799V
a) Sức điện động chuẩn của pin điện hóa (Zn−Cu) ở thí nghiệm 1 là 1,10 V.
b) Trong thí nghiệm 2, nếu muốn nồng độ Ag+ giảm đi 0,1 M, cần duy trì dòng điện ổn định 1,93 A từ nguồn điện công nghiệp trong thời gian đúng 1000 giây.
c) Giả sử ta kết hợp 2 hệ thống: sử dụng nguồn điện pin điện hóa Zn-Cu để điện phân dung dịch AgNO3, khi đó, điện cực Zn của pin sẽ được nối với anode của bình điện phân; và điện cực Cu của pin sẽ được nối với cathode của bình điện phân.
d) Nếu thay thế nguồn điện công nghiệp trong thí nghiệm 2 bằng chính pin điện hóa được lắp đặt ở thí nghiệm 1 để làm nguồn cung cấp điện, quá trình điện phân Ag+ sẽ không thể diễn ra ở tốc độ có ý nghĩa thực tiễn.
Câu trả lời tốt nhất
(a) Đúng, E°Zn-Cu = E°Cu2+/Cu – E°Zn2+/Zn = 1,1V.
(b) Đúng: nAg = 0,1.0,2 = It/F —> t = 1000s
(c) Sai, cách kết nối đúng là:
+ Anode bình điện phân (cực dương) sẽ nối với cực dương của pin (cực Cu).
+ Cathode bình điện phân (cực âm) sẽ nối với cực âm của pin (cực Zn).
(d) Đúng, điện áp 1,1V là quá bé (1,1V là điện áp khi mạch pin hở, khi hoạt động điện áp sẽ tụt, không đủ 1,1V) nên không thể “gánh” được bình điện phân với điện áp tối thiểu 2,5V, vì vậy phản ứng điện phân gần như không quan sát thấy.
