Một nhóm học sinh nghiên cứu ảnh hưởng của pH dung dịch đến sức điện động của pin Galvani Zn – Cu. Giả thuyết được đưa ra là: “Khi thay đổi pH của dung dịch muối sẽ thay đổi sức điện động của pin điện”. Nhóm học sinh đó tiến hành thí nghiệm như sau ở 25°C:
• Thí nghiệm 1: Lấy thanh Zn nhúng vào cốc 1 đựng 400 mL dung dịch ZnSO4 1,25M và thanh Cu nhúng cốc 2 vào 400 mL dung dịch CuSO4 1,25M, thêm nước cất vào cả hai cốc để thành 500 mL dung dịch. Nối hai dung dịch với nhau bằng cầu muối KCl nhão và hai thanh kim loại với một vôn kế như hình vẽ sau:
Để hệ thống ổn định khoảng 2 phút và ghi lại số chỉ vôn kế và được giá trị là 1,10 V.
Lặp lại các bước như thí nghiệm 1 nhưng thay nước cất ở một trong hai cốc bằng dung dịch H2SO4 2M. Cụ thể:
• Thí nghiệm 2: thay nước cất ở cốc 1 bằng 100 mL dung dịch H2SO4 2M, thì số chỉ vôn kế là 1,07 V.
• Thí nghiệm 3: thay nước cất ở cốc 2 bằng 100 mL dung dịch H2SO4 2M, thì số chỉ vôn kế là 1,12 V.
a) Khi pin điện hoá trên hoạt động, thanh Zn là cực dương và thanh Cu là cực âm.
b) Kết quả các thí nghiệm cho thấy giả thuyết học sinh đưa ra là đúng.
c) So sánh kết quả ba thí nghiệm cho thấy, pH ở các dung dịch càng thấp thì sức điện động của pin càng lớn.
d) Kết quả thí nghiệm chứng minh rằng: trong các dung dịch muối tồn tại nhiều cân bằng hoá học giữa các dạng tồn tại chứa kim loại.
Câu trả lời tốt nhất
(a) Sai, khi pin hoạt động, thanh Zn là cực âm (anode), thanh Cu là cực dương (cathode).
(b) Đúng, kết quả thí nghiệm cho thấy khi thay thế nước cất bằng dung dịch H2SO4 2M ở cốc 1 hoặc cốc 2 thì sức điện động của pin đều thay đổi.
(c) Sai, pH ở cốc 1 thấp làm giảm sức điện động (1,10V xuống 1,07V), pH ở cốc 2 thấp làm tăng sức điện động (1,10V lên 1,12V).
(d) Đúng, cân bằng tại bề mặt điện cực:
Zn ⇋ Zn2+ + 2e
Cân bằng thủy phân trong dung dịch:
Zn2+ + H2O ⇋ ZnOH+ + H+
ZnOH+ + H2O ⇋ Zn(OH)2 + H+
Thay đổi pH sẽ ảnh hưởng đến các cân bằng nêu trên.