AP Chemistry

pin galvanigalvanic cell

galvanic cellVietnamese: pin galvani

Còn gọi:Also called: pin volta · voltaic cell · pin điện hóa galvani

Pin galvani là thiết bị biến đổi năng lượng hóa học thành điện năng thông qua phản ứng oxi hóa–khử tự diễn biến.A galvanic cell is a device that converts chemical energy into electrical energy by means of a spontaneous oxidation–reduction reaction.

Trực giác: Hãy tưởng tượng hai bể nước ở độ cao khác nhau nối bằng một ống dẫn: nước tự chảy từ cao xuống thấp và dòng chảy đó quay được một cối xay — pin galvani hoạt động y như vậy, chỉ khác là thứ "chảy xuống" là electron thay vì nước.Intuition: Picture two reservoirs at different heights joined by a pipe: water flows downhill on its own, and that flow can turn a mill wheel. A galvanic cell works the same way, except what "falls" is electrons rather than water.

Công thức chínhKey formula

E = E^{\circ} - \frac{RT}{nF}\ln Q

Định nghĩa đầy đủFull definition1 phút đọc1 min read

Pin galvani (galvanic cell) biến năng lượng của phản ứng oxi hóa–khử tự diễn biến thành dòng điện một chiều. Oxi hóa xảy ra tại anot âm, khử xảy ra tại catot dương; electron đi qua dây dẫn ngoài từ anot đến catot.

Cầu muối dẫn ion giữa hai nửa pin để duy trì trung hòa điện tích và khép kín mạch. Với phản ứng tự diễn biến theo chiều đang xét, $\Delta G<0$ và $E_{\text{cell}}>0$ ; nếu thế pin âm, chiều đó không tự diễn biến và cần nguồn điện ngoài.

A galvanic cell converts the energy released by a spontaneous oxidation–reduction reaction into a direct current. Oxidation takes place at the negative anode and reduction at the positive cathode; electrons travel through the external wire from anode to cathode.

A salt bridge carries ions between the two half-cells, keeping each solution electrically neutral and completing the circuit. For a reaction that is spontaneous in the direction written, $\Delta G<0$ and $E_{\text{cell}}>0$ ; a negative cell potential means that direction is not spontaneous and an external power source is required.

Ký hiệuNotation

• $E_{\text{cell}}$ — thế pin
• $\Delta G$ — biến thiên năng lượng tự do Gibbs
• $n$ — số mol electron trao đổi
• $F$ — hằng số Faraday ( $96\,485$ C/mol)

• $E_{\text{cell}}$ — cell potential
• $\Delta G$ — change in Gibbs free energy
• $n$ — moles of electrons transferred
• $F$ — Faraday constant ( $96\,485$ C/mol)

Đơn vịUnitsV (vôn) cho thế pin; J (jun) cho năng lượng tự doV (volts) for cell potential; J (joules) for free energy

Công thức chi tiếtFormula details3 công thức3 formulas

E = \htmlClass{fp-0}{E^{\circ}} - \htmlClass{fp-3}{\htmlClass{fp-1}{\frac{RT}{nF}}\htmlClass{fp-2}{\ln Q}}

E = \htmlClass{fp-0}{E^{\circ}} - \htmlClass{fp-3}{\htmlClass{fp-1}{\frac{RT}{nF}}\htmlClass{fp-2}{\ln Q}}

Dùng để tính thế pin khi nồng độ khác 1 M hoặc nhiệt độ khác 25 °C.Used to find the cell potential when concentrations differ from 1 M or the temperature differs from 25 °C.

Trong đóWhere

E

Thế điện cực ở điều kiện thực tế — VElectrode potential under actual conditions — V

E^{\circ}

Thế điện cực chuẩn — VStandard electrode potential — V

R

Hằng số khí lý tưởng — J/(mol·K)Ideal gas constant — J/(mol·K)

T

Nhiệt độ tuyệt đối — KAbsolute temperature — K

n

Số mol electron trao đổi trong phản ứng oxi hóa – khửMoles of electrons transferred in the redox reaction

F

Hằng số Faraday — C/molFaraday constant — C/mol

Q

Thương số phản ứngReaction quotient

E^{\circ}_{cell} = \htmlClass{fp-0}{E^{\circ}_{cathode}} - \htmlClass{fp-1}{E^{\circ}_{anode}}

E^{\circ}_{cell} = \htmlClass{fp-0}{E^{\circ}_{cathode}} - \htmlClass{fp-1}{E^{\circ}_{anode}}

Dùng để tính thế pin chuẩn từ các thế khử chuẩn của catot và anot.Used to find the standard cell potential from the standard reduction potentials of the cathode and the anode.

Trong đóWhere

E^{\circ}_{cell}

Thế pin chuẩn — VStandard cell potential — V

E^{\circ}_{cathode}

Thế khử chuẩn của bán phản ứng tại catot — VStandard reduction potential of the cathode half-reaction — V

E^{\circ}_{anode}

Thế khử chuẩn của bán phản ứng tại anot — VStandard reduction potential of the anode half-reaction — V

\Delta G = -nFE

Dùng để xét tính tự diễn biến của phản ứng trong pin: $E>0$ tương ứng $\Delta G<0$ .Used to judge whether the cell reaction is spontaneous: $E>0$ corresponds to $\Delta G<0$ .

Trong đóWhere

\Delta G

Biến thiên năng lượng tự do Gibbs — JChange in Gibbs free energy — J

n

Số mol electron trao đổiMoles of electrons transferred

F

Hằng số Faraday — C/molFaraday constant — C/mol

E

Thế điện cực — VCell potential — V

Hay hiểu saiCommon misconceptions3 ý · 1 phút đọc3 points · 1 min read

Không nhân thế điện cực với hệ số cân bằng.

Dù phải nhân nửa phản ứng để cân bằng electron, thế điện cực vẫn giữ nguyên vì là đại lượng cường tính.

Electron không đi qua cầu muối.

Electron đi trong dây ngoài từ anot đến catot; cầu muối dẫn anion về anot và cation về catot để duy trì trung hòa điện tích.

Trong pin galvani, anot là cực âm.

Anot luôn là nơi oxi hóa và đẩy electron vào dây ngoài; dấu điện cực đảo trong bình điện phân.

Electrode potentials are never multiplied by balancing coefficients.

A half-reaction may have to be scaled to balance electrons, but potential is an intensive quantity and stays the same.

Electrons do not travel through the salt bridge.

They move through the external wire from anode to cathode, while the salt bridge sends anions toward the anode and cations toward the cathode to preserve charge neutrality.

In a galvanic cell the anode is the negative electrode.

The anode is always the site of oxidation and pushes electrons into the external wire; the electrode signs are reversed in an electrolytic cell.

Mẹo phòng thiExam tips2 mẹo2 tips

Tính khối lượng điện cực theo chuỗi điện lượng–mol electron–mol chất.

Tính $q=It$ , chia cho $F$ để được mol electron, rồi dùng hệ số electron và khối lượng mol.

Kiểm tra dấu của thế pin chuẩn.

Với pin galvani theo chiều tự diễn biến, kết quả phải dương; chọn thế khử lớn hơn làm catot rồi lấy thế catot trừ thế anot.

Find electrode mass changes through the chain charge → moles of electrons → moles of substance.

Compute $q=It$ , divide by $F$ to get moles of electrons, then apply the electron coefficient and the molar mass.

Check the sign of the standard cell potential.

For a galvanic cell running in the spontaneous direction the value must be positive, so assign the half-reaction with the larger reduction potential as the cathode and subtract the anode potential from it.

Tần suất trong đề AP ChemistryHow often it shows up on AP ChemistryThường xuyênVery common

Khái niệm này sinh ra từ đâuWhere the concept comes from1 phút đọc1 min read

1780Luigi GalvaniAlessandro VoltaMichael Faraday

Năm 1780, Luigi Galvani quan sát cơ chân ếch co khi dụng cụ kim loại chạm dây thần kinh, mở đầu nghiên cứu dẫn đến pin galvani.

In 1780, Luigi Galvani observed a frog's leg muscle twitch when a metal instrument touched the nerve, beginning the line of research that led to the galvanic cell.

Vì sao mang đúng cái tên này? Tên gọi lưu lại một hiểu lầm khoa học nổi tiếng. Galvani tin rằng nguồn điện nằm trong mô của con vật, nên hiện tượng được đặt theo tên ông; nhưng chính Volta mới cho thấy điện sinh ra từ dòng electron giữa hai kim loại, còn dịch trong cơ thể ếch chỉ đóng vai trò môi trường dẫn. Vì vậy đến nay thiết bị có hai tên song song: pin galvani theo người phát hiện hiện tượng, và pin Volta theo người giải thích đúng cơ chế. Đơn vị volt cũng được đặt theo tên Volta. Tuy nhiên, cả hai đều chưa chạm tới bản chất thật sự. Khoảng bốn mươi năm sau, Faraday chứng minh nguồn suất điện động nằm ở các phản ứng hóa học tại mặt tiếp xúc giữa điện cực (electrode) và chất điện li (electrolyte). Chính ông đưa vào hóa học bộ thuật ngữ mà đề thi ngày nay vẫn dùng: cực dương và cực âm, chất điện li, ion cùng cation và anion. Do đó, khi bạn gọi tên một điện cực trong bài tập điện hóa, bạn đang dùng từ vựng của Faraday để mô tả thiết bị mang tên Galvani.

Nguồn đối chiếuSources

Bạn nắm chắc chưa?Check your understanding

Quiz câu thật từ ngân hàng đềReal exam questions from our question bank

Vài câu thật gắn đúng khái niệm này, chấm ngay kèm giải thích từng đáp án — hệ thống ghi nhớ bạn nắm tới đâu.A few real questions on exactly this concept, graded instantly with an explanation for every choice — the system remembers how well you know it.

Tạo tài khoảnCreate an account

Học tiếp từ đâyKeep learning

Bài học chứa thuật ngữ nàyLesson that uses this termPin Galvani (Volta) và bình điện phânỨng dụng nhiệt động · khoácourse AP Chemistry

Bài học chứa thuật ngữ nàyLesson that uses this termThế điện cực pin và năng lượng tự doỨng dụng nhiệt động · khoácourse AP Chemistry

Bài học chứa thuật ngữ nàyLesson that uses this termPhản ứng oxi hóa–khử (redox)Phản ứng hóa học · khoácourse AP Chemistry

Cần trướcLearn firstnửa phản ứnghalf-reaction

Dẫn tớiLeads tophương trình NernstNernst equation (sắp có)(coming soon)

Liên quanRelatedphản ứng oxi hóa–khửredox reactioncầu muốisalt bridge (sắp có)(coming soon)thế điện cực pincell potential

Mục tiêu và lộ trình unit ai cũng xem được — làm bài tập và lưu tiến độ thì cần đăng nhập.Anyone can view a unit's goals and roadmap — sign in to do the exercises and save your progress.

Hay nhầm vớiOften confused with

Thuật ngữTermKhác nhau ở đâuHow they differHay nhầm khiMixed up when

bình điện phân (electrolytic cell)electrolytic cell

Khác nhau ở đâuHow they differPin galvani chuyển hóa năng thành điện năng nhờ phản ứng tự diễn ra. Bình điện phân dùng điện năng để thúc đẩy phản ứng không tự diễn ra.

Hay nhầm khiMixed up whenKhi đề cho sơ đồ hai điện cực và hỏi chiều dòng điện hoặc dấu của thế điện cực, học sinh hay nhầm lẫn giữa hai loại tế bào điện hóa.

Cùng chủ đềSame topic

Nguồn tham khảoReferences

[1]Chemistry The Central Science in SI Units 15th Expanded Global Edition. tr. 1004, 1007, 1600.