Lý thuyết, cách xác định và bài tập dãy điện hóa

Dãy điện hóa

1. Dãy điện hóa của kim loại là gì?

Trong phản ứng hóa học, cation kim loại có thể nhận electron để trở thành nguyên tử kim loại và ngược lại, nguyên tử kim loại có thể nhường electron để tạo thành cation kim loại.

Cụ thể như:

Cu²⁺ + 2e Cu

Ag⁺ + 1e Ag

Tổng quát:

Dạng oxi hóa và dạng khử của cùng một nguyên tố kim loại tạo nên cặp oxi hóa – khử (Mⁿ⁺/M).

Như vậy, dãy điện hóa của kim loại là dãy những cặp oxi hóa - khử của kim loại được sắp xếp theo chiều tăng dần tính oxi hóa của ion kim loại và giảm dần tính khử của kim loại.

2. Ý nghĩa dãy điện hóa của kim loại

a) So sánh tính oxi hóa – khử

- Tính oxi hóa của ion Mⁿ⁺ càng mạnh thì tính khử của kim loại M càng yếu và ngược lại (tính oxi hóa của ion Mⁿ⁺ càng yếu thì tính khử của kim loại M càng mạnh).

- Cụ thể như:

+ Kim loại Na có tính khử mạnh do đó ion Na+ có tính oxi hóa yếu.

+ Ion Ag⁺ có tính oxi hóa mạnh do đó kim loại Ag có tính khử yếu.

Ví dụ 1: Tính oxi hoá của các ion kim loại: Mg²⁺, Fe³⁺, Fe²⁺ giảm dần theo thứ tự nào sau đây?

A. Fe³⁺, Fe²⁺, Mg²⁺.

B. Mg²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺.

C. Fe³⁺, Mg²⁺, Fe²⁺.

D. Mg²⁺, Fe³⁺, Fe²⁺.

Hướng dẫn giải:

Chọn A

Các ion được sắp xếp theo đúng trật tự trong dãy điện hóa là:

Mg²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺.

Theo chiều từ trái sang phải trong dãy điện hóa tính oxi hóa của ion kim loại tăng dần → chiều giảm dần tính oxi hóa của ion kim loại là: Fe³⁺, Fe²⁺, Mg²⁺.

b) Xác định chiều phản ứng oxi hóa – khử

- Dãy điện hóa của kim loại cho phép dự đoán chiều của phản ứng giữa hai cặp oxi hóa – khử theo quy tắc alpha (α): Phản ứng giữa hai cặp oxi hóa – khử sẽ xảy ra theo chiều chất oxi hóa mạnh hơn sẽ oxi hóa chất khử mạnh hơn, sinh ra chất oxi hóa yếu hơn và chất khử yếu hơn.

- Cách xác định chiều của phản ứng oxi hóa – khử theo quy tắc alpha:

Tổng quát

Giả sử có hai cặp oxi hóa khử: X^x+/ X và Y^y+/Y (trong đó cặp X^x+/ X đứng trước cặp Y^y+/Y trong dãy điện hóa). Xác định chiều của phản ứng oxi hóa khử.

Bước 1: Viết hai cặp oxi hóa – khử theo đúng thứ tự trong dãy điện hóa:

Bước 2: Áp dụng quy tắc alpha (α)

Phản ứng xảy ra theo chiều mũi tên như sau:

Bước 3: Xác định chiều phản ứng

Phản ứng xảy ra như sau:

Ví dụ 2: Xác định chiều phản ứng xảy ra giữa hai cặp Fe²⁺/ Fe và Cu²⁺/ Cu.

Hướng dẫn giải:

Bước 1: Theo trật tự dãy điện hóa có cặp Fe²⁺/ Fe đứng trước cặp Cu²⁺/ Cu.

Bước 2: Áp dụng quy tắc alpha:

Bước 3: Xác định chiều phản ứng

Cu²⁺ + Fe → Cu + Fe²⁺

Phản ứng xảy ra theo chiều ion Cu²⁺ oxi hóa Fe để tạo ra Fe²⁺ và Cu.

c) Xét một phản ứng oxi hóa - khử xảy ra hay không

Để xét một phản ứng oxi hóa – khử có xảy ra hay không cần nắm được quy tắc alpha: Chất khử mạnh + chất oxi hóa mạnh → chất oxi hóa yếu hơn + chất khử yếu hơn.

Ví dụ 3: Phản ứng nào sau đây không xảy ra?

A. Cu²⁺ + Fe → Cu + Fe²⁺

B. Cu²⁺ + Mg → Cu + Mg²⁺

C. Cu + Zn²⁺ → Cu²⁺ + Zn

D. Cu + 2Ag⁺ → Cu²⁺ + 2Ag

Hướng dẫn giải:

Phản ứng C không xảy ra do tính oxi hóa của Zn²⁺ yếu hơn Cu²⁺, do đó Zn²⁺ không thể oxi hóa được Cu thành Cu²⁺.

Ví dụ 4: Cho một ít bột Fe vào dung dịch AgNO₃ dư. Có phản ứng hóa học xảy ra không? Nếu có phản ứng hóa học xảy ra, hãy viết phương trình hóa học minh họa.

Hướng dẫn giải:

- Ta có Fe có tính khử mạnh hơn Ag, do đó Fe có thể khử được Ag⁺ thành Ag. Do đó khi cho bột Fe vào dung dịch AgNO₃ sẽ có phản ứng hóa học xảy ra.

- Áp dụng quy tắc alpha:

Phản ứng xảy ra như sau:

Fe + 2AgNO₃ → Fe(NO₃)₂ + 2Ag

Sau đó do AgNO₃ dư, tiếp tục có phản ứng:

AgNO_{3 dư} + Fe(NO₃)₂ → Fe(NO₃)₃ + Ag

- Vậy khi cho bột sắt vào dung dịch AgNO₃ dư, chỉ cần viết bằng 1 PTHH như sau:

Fe + 3AgNO_{3 dư} → Fe(NO₃)₃ + 3Ag

Những ý khi làm bài tập:

- Các kim loại đứng trước hiđro trong dãy điện hóa có thể tác dụng được với axit (HCl, H₂SO₄ loãng) để giải phóng H₂.

- Các kim loại đứng phía trước có tính khử mạnh hơn những kim loại đứng sau nó. Như vậy, phải ứng hóa học xảy ra khi cho kim loại vào dung dịch muối chính là phản ứng của kim loại mạnh hơn đẩy các kim loại yếu hơn ra khỏi muối.

- Khi cho kim loại có tính khử mạnh hơn tác dụng với một dung dịch chứa hỗn hợp các muối tan của nhiều kim loại có tính khử yếu hơn cần lưu ý đến thứ tự các phản ứng: Kim loại sẽ tác dụng với ion kim loại có tính oxi hóa mạnh hơn trước.

Tuy nhiên, có những trường hợp ngoại lệ trong quy tắc α như:

+ Khi cho kim loại kiềm, hoặc 1 số kim loại kiềm thổ (Li, Na, K, Ca …) vào dung dịch muối thì kim loại sẽ phản ứng với nước trước, sau đó bazơ sinh ra sẽ phản ứng với dung dịch muối.

Ví dụ: Cho Na vào dung dịch FeCl₃, xảy ra các PTHH sau:

2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂ ↑

3NaOH + FeCl₃ → Fe(OH)₃ ↓ + 3NaCl

+ Những kim loại Al, Fe, Cr không phản ứng với axit nitric (HNO₃) đặc, nguội và axit sunfuric (H₂SO₄) đặc, nguội.

+ Những kim loại đứng ở cuối dãy điện hóa như Pt, Au,… sẽ không tác dụng được với axit.

B. BÀI TẬP VẬN DỤNG

Câu 1. Tính oxi hoá của các ion kim loại: Mg²⁺, Fe³⁺, Fe²⁺, Cu²⁺, Ag⁺ giảm dần theo thứ tự sau:

A. Ag⁺, Fe³⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, Mg²⁺.

B. Mg²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Mg²⁺, Cu²⁺, Mg²⁺, Ag⁺, Fe³⁺.

C. Fe³⁺, Fe²⁺, Mg²⁺, Cu²⁺, Mg²⁺, Ag+, Mg²⁺, Mg²⁺.

D. Mg²⁺, Mg²⁺, Fe³⁺, Fe²⁺, Mg²⁺, Cu²⁺, Mg²⁺, Ag⁺.

Hướng dẫn giải:

Chọn A

Các ion được sắp xếp theo đúng trật tự trong dãy điện hóa là:

Mg²⁺, Fe²⁺, Cu²⁺, Fe³⁺, Ag⁺.

Theo chiều từ trái sang phải trong dãy điện hóa tính oxi hóa của ion kim loại tăng dần.

→ Chiều giảm dần tính oxi hóa của ion kim loại là:

Ag⁺, Fe³⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, Mg²⁺.

Câu 2: Tính khử của các kim loại Fe, Al, Cu, Ag, Zn giảm dần theo thứ tự:

A. Al, Cu , Ag , Zn, Fe.

B. Fe, Cu , Ag , Al, Zn.

C. Fe , Al, Cu , Ag , Zn.

D. Al, Zn, Fe, Cu, Ag.

Hướng dẫn giải:

Chọn D

Các kim loại được sắp xếp theo đúng trật tự trong dãy điện hóa là:

Al, Zn, Fe, Cu, Ag.

Theo chiều từ trái sang phải trong dãy điện hóa tính khử của kim loại giảm dần.

→ Chiều giảm dần tính khử của kim loại là:

Al, Zn, Fe, Cu, Ag.

Câu 3: Cho các phản ứng hoá học dưới dạng ion thu gọn:

3Mg + 2Al³⁺ → 3Mg²⁺ + 2Al (1)

Al + 3Fe³⁺ → 3Fe²⁺ + Al³⁺ (2)

2Al + 3Fe²⁺ → 2Al³⁺ + 3Fe (3)

Tính oxi hoá của các ion kim loại được sắp xếp theo thứ tự giảm dần là

A. Al³⁺; Fe³⁺; Fe²⁺; Mg²⁺.

B. Fe³⁺; Fe²⁺; Al³⁺; Mg²⁺.

C. Mg²⁺; Fe²⁺; Fe³⁺; Al³⁺.

D. Al³⁺; Mg²⁺; Fe²⁺; Fe³⁺.

Hướng dẫn giải

Chọn B

Ta có: Chất khử mạnh + chất oxi hóa mạnh → chất oxi hóa yếu hơn + chất khử yếu hơn.

Từ phương trình (1) có: Tính oxi hóa Al³⁺ > Mg²⁺.

Từ phương trình (2) có: Tính oxi hóa Fe³⁺ > Al³⁺; Fe³⁺ > Fe²⁺.

Từ phương trình (3) có: Tính oxi hóa của Fe²⁺ > Al³⁺.

Vậy chiều giảm dần tính oxi hóa: Fe³⁺; Fe²⁺; Al³⁺; Mg²⁺.

Câu 4: Cho các kim loại Mg, Al, Zn, Cu. Tính oxi hoá của ion kim loại tăng dần là

A. Cu²⁺ < Zn²⁺ < Al³⁺ < Mg²⁺.

B. Cu²⁺ < Mg²⁺ < Al³⁺ < Zn²⁺.

C. Mg²⁺ < Al³⁺ < Zn²⁺ < Cu²⁺.

D. Cu²⁺ < Mg²⁺ < Zn²⁺ < Al³⁺.

Hướng dẫn giải:

Chọn C

Dựa vào dãy điện hóa có chiều giảm dần tính khử của kim loại là:

Mg, Al, Zn, Cu.

Ta có: kim loại có tính khử càng yếu thì ion kim loại có tính oxi hóa càng mạnh.

→ Chiều tăng dần tính oxi hóa của ion kim loại là:

Mg²⁺ < Al³⁺ < Zn²⁺ < Cu²⁺.

Câu 5: Trong các kim loại Fe, Cu, Ag, Mg kim loại khử được ion Cu²⁺ là:

A. Fe, Mg, Ag.

B. Fe , Ag.

C. Mg, Ag.

D. Mg, Fe.

Hướng dẫn giải:

Chọn D

Theo dãy điện hóa thì Mg và Fe đứng trước Cu, do đó Mg và Fe khử được ion Cu²⁺.

Câu 6: Trong dãy điện hoá, cặp oxi hoá - khử Fe³⁺ / Fe²⁺ đứng sau cặp Cu²⁺ / Cu⁰ thì tính oxi hoá:

A. Fe³⁺ > Cu²⁺.

B. Fe³⁺ < Cu²⁺.

C. Fe²⁺ > Fe³⁺.

D. Fe²⁺ > Cu²⁺.

Hướng dẫn giải:

Chọn A.

Câu 7: Từ phương trình ion thu gọn sau: Cu + 2Ag⁺ → Cu²⁺ + 2Ag.

Kết luận nào dưới đây không đúng?

A. Cu²⁺ có tính oxi hoá mạnh hơn Ag⁺.

B. Cu có tính khử mạnh hơn Ag.

C. Ag⁺ có tính oxi hoá mạnh hơn Cu²⁺.

D. Cu bị oxi hoá bởi ion Ag⁺.

Hướng dẫn giải:

Chọn A

Phản ứng xảy ra theo chiều: Chất khử mạnh + chất oxi hóa mạnh → chất oxi hóa yếu hơn + chất khử yếu hơn.

→ A sai vì Ag⁺ có tính oxi hoá mạnh hơn Cu²⁺.

Câu 8: Cho một ít bột Fe vào dung dịch AgNO₃ dư, sau khi kết thúc thí nghiệm thu được dung dịch X gồm các chất tan là

A. Fe(NO₃)₂.

B. Fe(NO₃)₂, AgNO₃ dư.

C. Fe(NO₃)₃, AgNO₃ dư.

D. Fe(NO₃)₂, Fe(NO₃)₃, AgNO₃.

Hướng dẫn giải:

Chọn C

Ta có các PTHH xảy ra như sau:

Fe + 2AgNO₃ → Fe(NO₃)₂ + 2Ag

Sau đó tiếp tục có phản ứng:

AgNO_{3 dư} + Fe(NO₃)₂ → Fe(NO₃)₃ + Ag

Vậy các chất tan có trong dung dịch sau phản ứng là: Fe(NO₃)₃, AgNO₃ dư.

Câu 9: Ngâm đinh sắt sạch trong 200 ml dung dịch CuSO₄. Sau phản ứng kết thúc lấy đinh sắt ra rửa nhẹ và làm khô thấy khối lượng đinh sắt tăng 0,8 gam. Nồng độ CuSO₄ ban đầu là

A. 0,52 M.

B. 0,5 M.

C. 5 M.

D. 0,25 M.

Hướng dẫn giải:

Chọn B.

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

a → a mol

m_{đinh sắt tăng} = m_{Cu sinh ra (bám vào)} – m_{Fe pư}

hay 0,8 = 64a – 56a → a = 0,1 mol

C_M(CuSO4) = = 0,5M

Xem thêm các bài tổng hợp kiến thức và công thức Hóa học cơ bản đầy đủ và chi tiết khác:

• Công thức giải nhanh trắc nghiệm Hóa học 10, 11, 12 cực hay

• Công thức giải nhanh trắc nghiệm Hóa học hữu cơ cực hay