Đề ôn tập Hóa học số 13: Pin điện hóa Fe–Cu

Đề tự biên soạn, không phải đề thi chính thức. Xét pin Fe|Fe²⁺(1 M)||Cu²⁺(1 M)|Cu ở điều kiện chuẩn. Cho E°(Cu²⁺/Cu)=+0,34 V; E°(Fe²⁺/Fe)=−0,44 V; F=96 500 C/mol e⁻; M(Cu)=63,5 g/mol. Bỏ qua điện trở trong khi tính công suất. Dùng Q=It và 2 mol electron cho mỗi mol Cu bám.

Phần I. Trắc nghiệm nhiều lựa chọn

1. Câu 1. Ở điện cực sắt của pin đang phát điện, quá trình xảy ra là: A. Fe²⁺ + 2e⁻ → Fe; B. Cu → Cu²⁺ + 2e⁻; C. Fe → Fe²⁺ + 2e⁻; D. Cu²⁺ → Cu⁺ + e⁻.
2. Câu 2. Ở điện cực đồng, bán phản ứng là: A. Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu; B. Cu → Cu²⁺ + 2e⁻; C. Fe²⁺ + 2e⁻ → Fe; D. Cu²⁺ → Cu³⁺ + e⁻.
3. Câu 3. Chất oxi hóa trong phản ứng tổng quát của pin là: A. Cu²⁺(aq); B. Fe(s); C. Fe²⁺(aq); D. Cu(s).
4. Câu 4. Suất điện động chuẩn của pin là: A. −0,78 V; B. +0,78 V; C. −0,10 V; D. +0,10 V.
5. Câu 5. Vì E°pin dương, phản ứng tổng quát theo chiều Fe bị oxi hóa và Cu²⁺ bị khử ở điều kiện chuẩn là: A. không thể xảy ra; B. tự diễn biến; C. chỉ xảy ra khi điện phân cưỡng bức; D. luôn cân bằng.
6. Câu 6. Trong dây dẫn ngoài, electron chuyển từ: A. điện cực Cu sang Fe; B. cầu muối sang Fe; C. dung dịch Cu²⁺ sang dung dịch Fe²⁺; D. điện cực Fe sang Cu.
7. Câu 7. Vai trò của cầu muối trong pin là chủ yếu: A. cung cấp electron cho phản ứng; B. duy trì trung hòa điện trong hai nửa pin bằng sự di chuyển ion; C. ngăn mọi ion di chuyển; D. làm tăng khối lượng điện cực.
8. Câu 8. Khi pin phát điện, khối lượng điện cực đồng thường: A. giảm vì Cu bị oxi hóa; B. tăng do Cu²⁺ nhận electron tạo Cu bám; C. không đổi; D. giảm do Cu²⁺ bay hơi.
9. Câu 9. Khi pin phát điện, điện cực sắt thường: A. tăng khối lượng do Fe²⁺ bám; B. không đổi vì không phản ứng; C. tan dần do Fe chuyển thành Fe²⁺; D. phủ đồng bằng phản ứng khử.
10. Câu 10. Dòng điện 1,93 A chạy trong 1 000 s. Điện lượng chuyển qua mạch là: A. 1,93 C; B. 96 500 C; C. 1 930 C; D. 193 000 C.
11. Câu 11. Với điện lượng 1 930 C, lượng Cu bám tối đa ở catot là: A. 0,0635 g; B. 0,635 g; C. 6,35 g; D. 63,5 g.
12. Câu 12. Hằng số Faraday F=96 500 C/mol e⁻ cho biết điện lượng của: A. một mol electron; B. một mol Cu nguyên tử; C. một electron; D. một mol proton.
13. Câu 13. Trong pin Galvani Fe–Cu đang phát điện, dấu điện của anode là: A. dương; B. âm; C. trung hòa; D. đổi dấu luân phiên.
14. Câu 14. Theo quy ước thế khử, cách tính E°pin đúng là: A. E°cathode−E°anode; B. E°anode−E°cathode; C. cộng trị tuyệt đối hai thế; D. nhân hai thế khử với hệ số phản ứng.
15. Câu 15. Pin Galvani chuyển hóa năng lượng chủ yếu từ: A. nhiệt thành quang; B. điện thành hóa học bằng nguồn ngoài; C. cơ năng thành điện năng; D. hóa năng phản ứng tự diễn biến thành điện năng.
16. Câu 16. Nếu pin tạo suất điện động 0,78 V và dòng 0,50 A, công suất điện lý tưởng ở tải là: A. 1,56 W; B. 0,26 W; C. 39 W; D. 0,39 W.
17. Câu 17. Phương trình electron cân bằng cho quá trình khử đồng là: A. Cu → Cu²⁺ + 2e⁻; B. Cu²⁺ + e⁻ → Cu⁺; C. Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu; D. Cu + 2e⁻ → Cu²⁻.
18. Câu 18. Khi nhân một bán phản ứng với hệ số để cân bằng electron, giá trị thế điện cực chuẩn của bán phản ứng: A. không đổi; B. cũng phải nhân cùng hệ số; C. đổi dấu trong mọi trường hợp; D. bình phương.

Phần II. Đúng/Sai

Câu 1. Phản ứng và điện cực

1. Fe bị oxi hóa tại anode.
2. Cu²⁺ bị khử tại cathode.
3. Phản ứng toàn pin là Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu.
4. Trong khi pin phát điện, Fe là chất oxi hóa và Cu²⁺ là chất khử.

Câu 2. Thế điện cực và chiều phản ứng

1. E°pin=0,34−(−0,44)=+0,78 V.
2. E°pin dương cho biết chiều phản ứng như đã viết tự diễn biến ở điều kiện chuẩn.
3. Khi cân bằng phương trình phản ứng, phải nhân E° của bán phản ứng với hệ số mol.
4. Electron đi qua dây ngoài từ điện cực Fe sang điện cực Cu.

Câu 3. Cầu muối và biến đổi điện cực

1. Cầu muối giúp duy trì trung hòa điện trong các ngăn.
2. Cu²⁺ bị tiêu thụ tại catot nên khối lượng Cu kim loại bám tăng.
3. Fe(s) chuyển thành Fe²⁺ nên điện cực sắt có xu hướng mất khối lượng.
4. Ion qua cầu muối thay thế electron chạy trong dây dẫn kim loại.

Câu 4. Điện phân và định luật Faraday

1. Q=It là điện lượng chuyển qua mạch khi dòng không đổi.
2. 1 930 C tương ứng 0,0200 mol electron khi F=96 500 C/mol.
3. Để tạo 1 mol Cu từ Cu²⁺ cần 1 mol electron.
4. Với 1 930 C, lượng Cu tạo thành lý tưởng là 0,635 g.

Phần III. Trả lời ngắn

1. Câu 1: Tính E°pin (V).
2. Câu 2: Pin Fe|Fe²⁺||Cu²⁺|Cu đang phát điện; cầu muối chứa KNO₃. Ion K⁺ và NO₃⁻ lần lượt di chuyển chủ yếu về ngăn điện cực nào?
3. Câu 3: Tính lượng electron (mol) ứng với Q câu 2.
4. Câu 4: Tính khối lượng đồng bám (g), dùng M=63,5 g/mol.
5. Câu 5: Pin có E=0,78 V, I=0,50 A. Tính công suất lý tưởng (W).
6. Câu 6: Viết phương trình phản ứng tổng của pin Fe–Cu ở điều kiện đã cho.

Đáp án và lời giải

Phần I

1. Câu 1. C. Sắt nhường hai electron, số oxi hóa tăng từ 0 lên +2 nên Fe bị oxi hóa tại anode.
2. Câu 2. A. Ion Cu²⁺ nhận hai electron ở catot và kết tủa thành đồng kim loại.
3. Câu 3. A. Cu²⁺ nhận electron nên là chất oxi hóa; Fe nhường electron là chất khử.
4. Câu 4. B. E°pin=E°cathode−E°anode=0,34−(−0,44)=+0,78 V.
5. Câu 5. B. Thế pin chuẩn dương cho ΔG°=−nFE°=−2×96 500×0,78=−150 540 J/mol (xấp xỉ −150,5 kJ/mol), nên chiều phản ứng như đã viết tự diễn biến ở điều kiện chuẩn.
6. Câu 6. D. Electron được tạo ở anode Fe và đi trong dây ngoài đến catot Cu.
7. Câu 7. B. Cầu muối cho ion dịch chuyển để bù điện tích; electron đi trong mạch kim loại ngoài.
8. Câu 8. B. Cu²⁺ nhận electron thành Cu(s) bám lên điện cực, làm khối lượng điện cực đồng tăng.
9. Câu 9. C. Fe(s) bị oxi hóa thành Fe²⁺ đi vào dung dịch, vì thế thanh sắt giảm khối lượng.
10. Câu 10. C. Q=It=1,93×1 000=1 930 C cho dòng điện không đổi.
11. Câu 11. B. n(e)=Q/F=1 930/96 500=0,0200 mol; n(Cu)=0,0100 mol nên m=0,0100×63,5=0,635 g.
12. Câu 12. A. F là điện lượng mang bởi một mol electron, xấp xỉ 96 500 C.
13. Câu 13. B. Fe bị oxi hóa tại anode và nhường electron vào mạch ngoài; vì vậy anode của pin Galvani mang dấu âm.
14. Câu 14. A. Thế pin bằng thế khử tại cathode trừ thế khử tại anode.
15. Câu 15. D. Pin Galvani khai thác phản ứng oxi hóa-khử tự diễn biến để tạo dòng điện ngoài.
16. Câu 16. D. P=UI=0,78×0,50=0,39 W khi bỏ qua điện trở trong.
17. Câu 17. C. Cân bằng điện tích và nguyên tử cho Cu²⁺+2e⁻→Cu.
18. Câu 18. A. Thế điện cực là đại lượng cường độ nên không nhân theo hệ số; chỉ ΔG phụ thuộc lượng chất.

Phần II

1. Câu 1: a) Đúng; b) Đúng; c) Đúng; d) Sai. Fe nhường electron là chất khử; Cu²⁺ nhận electron là chất oxi hóa.
2. Câu 2: a) Đúng; b) Đúng; c) Sai; d) Đúng. E° không nhân hệ số khi nhân bán phản ứng; electron chạy ngoài từ Fe đến Cu.
3. Câu 3: a) Đúng; b) Đúng; c) Đúng; d) Sai. Cầu muối chỉ dẫn ion bên trong pin; electron truyền qua dây dẫn kim loại bên ngoài.
4. Câu 4: a) Đúng; b) Đúng; c) Sai; d) Đúng. Cu²⁺+2e⁻→Cu cần hai mol electron cho một mol Cu; nCu=0,0100 mol nên m=0,635 g.

Phần III

1. Câu 1: E°pin=0,34−(−0,44)=+0,78 V.
2. Câu 2: K⁺ đi về ngăn Cu (cathode); NO₃⁻ đi về ngăn Fe (anode). Ở cathode, Cu²⁺ bị tiêu thụ nên cation từ cầu muối bù điện tích; ở anode, Fe tạo Fe²⁺ nên anion từ cầu muối bù điện tích. Đây là dòng ion trong cầu muối, khác với electron đi trong dây ngoài; xem OpenStax Chemistry 2e, §17.2.
3. Câu 3: n(e)=Q/F=1 930/96 500=0,0200 mol.
4. Câu 4: n(Cu)=0,0200/2=0,0100 mol; m=0,0100×63,5=0,635 g.
5. Câu 5: P=UI=0,78×0,50=0,39 W.
6. Câu 6: Fe(s)+Cu²⁺(aq)→Fe²⁺(aq)+Cu(s).

Tài liệu tham chiếu và phạm vi kiểm chứng

• OpenStax Chemistry 17.3: Standard Reduction Potentials — tính thế pin từ thế khử.
• OpenStax Chemistry 2e 17.4: Potential, Free Energy, and Equilibrium — dấu của thế pin và tính tự diễn biến.
• OpenStax Chemistry, Chapter 17 Summary — quan hệ Q=It, n(e)F và điện phân.
• Cục Quản lý chất lượng, Bộ GDĐT: cấu trúc đề thi tốt nghiệp THPT từ năm 2025 — dạng thức trắc nghiệm.

Thế khử, dấu điện cực, chiều electron, lượng điện tích và khối lượng đồng được kiểm tra nhất quán với phản ứng Cu²⁺+2e⁻→Cu. Các thế chuẩn được ghi rõ trong đề. Đề còn chờ giáo viên Hóa học thẩm định độc lập.