Khi nghiên cứu về pin điện hóa, một nhóm học sinh đưa ra giả thuyết: “Hiệu điện thế giữa hai điện cực trong một pin điện hóa phụ thuộc không chỉ vào bản chất kim loại mà còn vào nồng độ ion trong dung dịch.” Nhóm học sinh đã tiến hành 2 thí nghiệm như hình bên:
Thí nghiệm 1: Dựng pin gồm: điện cực Zn nhúng trong ZnSO4 1M; điện cực Cu nhúng trong CuSO4 1M; nối 2 nửa pin bằng cầu muối và dây dẫn có vôn kế. Quan sát thấy vôn kế chỉ khoảng 1,10V.
Thí nghiệm 2: Giữ nguyên điện cực Zn trong ZnSO4 1M, thay dung dịch CuSO4 bằng CuSO4 0,01M (loãng hơn 100 lần). Quan sát thấy vôn kế chỉ khoảng 0,85V.
a) Sự giảm hiệu điện thế chứng tỏ nồng độ ion Cu2+ ảnh hưởng đến khả năng xảy ra phản ứng khử tại cathode, giả thuyết của nhóm học sinh là đúng.
b) Khi nồng độ ion Cu2+ giảm làm giảm thế khử của điện cực Cu, nên hiệu điện thế của pin giảm.
c) Cầu muối cho phép các ion NO3- di chuyển về cathode và Na+ di chuyển về anode để trung hòa điện tích, nên dòng điện duy trì ổn định.
d) Sự thay đổi hiệu điện thế khi thay đổi nồng độ ion cho thấy khả năng điều chỉnh hiệu suất của pin điện hóa trong thực tiễn thồng qua việc kiểm soát môi trường điện ly.
Câu trả lời tốt nhất
(a) Đúng, nồng độ Cu2+ giảm thì hiệu điện thế giảm chứng tỏ nồng độ ion Cu2+ ảnh hưởng đến khả năng xảy ra phản ứng khử tại cathode, giả thuyết của nhóm học sinh là đúng.
(b) Đúng, hiệu điện thế = Thế cực dương – Thế cực âm.
Thế cực âm không thay đổi nên hiệu điện thế giảm là do thế cực dương giảm. Vậy nồng độ ion Cu2+ giảm làm giảm thế khử của điện cực Cu.
(c) Sai, cầu muối cho phép các ion NO3- di chuyển về anode và Na+ di chuyển về cathode để trung hòa điện tích, nên dòng điện duy trì ổn định.
Lưu ý: Dòng điện duy trì ổn định là xét trong ngắn hạn. Cầu muối chứa Na+, NO3- và chúng thoát ra khỏi cầu muối theo các hướng khác nhau khi pin hoạt động, vì vậy lượng muối trong cầu muối sẽ giảm, đồng nghĩa với điện trở tăng và dòng điện giảm dần, vì vậy “ổn định” chỉ là ngắn hạn, chính xác thì nó chỉ mang tính thời điểm.
(d) Đúng, hiệu điện thế có phụ thuộc vào bản chất và nồng độ chất điện ly nên có thể thay đổi hiệu điện thế bằng cách thay đổi nồng độ ion của chất điện ly.