Chọn đáp án đúng. Cho nguyên tố ganvanic tạo bởi điện cực (1) (gồm một thanh Ag nhúng trong dung dịch AgNO₃ 0,001N) và điện cực (2) (gồm thanh Ag nhúng trong dung dịch AgNO₃ 0,1N). Đối với nguyên tố này có:

Để tính thế khử chuẩn \(\varphi _{Fe^{3+}/Fe^{2+}}^0\), ta sử dụng phương pháp kết hợp các nửa phản ứng đã cho. Ta có hai nửa phản ứng với thế khử chuẩn tương ứng:

1) \(Fe^{3+} + 8H^+ + 4e^- \rightarrow Fe_3O_4 + 4H_2O\) \(\varphi _{Fe^{3+}/Fe_3O_4}^0 = 0.353V\)

2) \(Fe_3O_4 + 8H^+ + 2e^- \rightarrow 3Fe^{2+} + 4H_2O\) \(\varphi _{Fe_3O_4/Fe^{2+}}^0 = 0.980V\)

Chúng ta cần tìm thế khử chuẩn cho nửa phản ứng:

3) \(Fe^{3+} + e^- \rightarrow Fe^{2+}\) \(\varphi _{Fe^{3+}/Fe^{2+}}^0 = ?\)

Ta sử dụng quy tắc cộng các nửa phản ứng. Nhân phản ứng (1) với 3 để có 3 ion \(Fe^{3+}\) và trừ đi phản ứng (2) để thu được phản ứng mong muốn (3) sau khi chia cho hệ số thích hợp. Tuy nhiên, việc này phức tạp và dễ gây nhầm lẫn. Thay vào đó, ta tính trực tiếp dựa vào năng lượng Gibbs.

Ta có công thức liên hệ giữa thế khử chuẩn và năng lượng Gibbs:
\(\Delta G^0 = -nF\varphi^0\)

Trong đó:
- \(\Delta G^0\) là biến thiên năng lượng Gibbs chuẩn
- n là số electron trao đổi
- F là hằng số Faraday
- \(\varphi^0\) là thế khử chuẩn

Từ phản ứng (1), ta có: \(\Delta G_1^0 = -4F(0.353)\)
Từ phản ứng (2), ta có: \(\Delta G_2^0 = -2F(0.980)\)

Để có phản ứng (3), ta thực hiện phép toán sau: (3 x phản ứng 1) - phản ứng 2, sau đó chia cho 3:
\(3Fe^{3+} + 24H^+ + 12e^- \rightarrow 3Fe_3O_4 + 12H_2O\)
\(Fe_3O_4 + 8H^+ + 2e^- \rightarrow 3Fe^{2+} + 4H_2O\)

Phản ứng tổng:
\(3Fe^{3+} + 16H^+ + 10e^- \rightarrow 3Fe^{2+} + 2Fe_3O_4 + 8H_2O\)

Để có được phản ứng (3) mong muốn, ta cần một cách tiếp cận khác. Ta sử dụng vòng chu trình năng lượng.

Ta có:
\(Fe^{3+} \rightarrow Fe^{2+}\) (1 electron)

Để chuyển đổi \(Fe^{3+}\) thành \(Fe^{2+}\), ta có thể đi theo con đường gián tiếp qua \(Fe_3O_4\).

Ta có: \(3Fe^{3+} + 12e^- \rightarrow Fe_3O_4 \) (1)
và \(Fe_3O_4 + 8H^+ + 2e^- \rightarrow 3Fe^{2+} \) (2)

Cộng (1) và (2) sau khi cân bằng số electron.

Ta có: \(\Delta G_1 = -4F(0.353)\) và \(\Delta G_2 = -2F(0.980)\)

Ta có \(3Fe^{3+} + 3e^- \rightarrow 3Fe^{2+}\) \(\Delta G_3 = -3F\varphi_{Fe^{3+}/Fe^{2+}}^0\)
\(\Delta G_3 = \Delta G_1 + \Delta G_2\)
\(-3F\varphi_{Fe^{3+}/Fe^{2+}}^0 = -4F(0.353) - 2F(0.980)\)
\(3\varphi_{Fe^{3+}/Fe^{2+}}^0 = 4(0.353) + 2(0.980) = 1.412 + 1.96 = 3.372\)
\(\varphi_{Fe^{3+}/Fe^{2+}}^0 = 3.372 / 3 = 1.124V\)

Cách khác (sử dụng số oxi hóa trung bình):
\(Fe_3O_4\) có số oxi hóa trung bình của Fe là +8/3

Ta có hệ:
\(Fe^{3+} + xe^- \rightarrow Fe_3O_4\) \(\varphi_1^0 = 0.353V\)
\(Fe_3O_4 + ye^- \rightarrow Fe^{2+}\) \(\varphi_2^0 = 0.980V\)
\(Fe^{3+} + ze^- \rightarrow Fe^{2+}\) \(\varphi^0 = ?\)

Bài này cần áp dụng công thức bảo toàn e và năng lượng Gibbs. Tuy nhiên, khi kiểm tra lại, ta thấy không có đáp án nào chính xác với kết quả tính toán này. Có thể có sai sót trong đề bài hoặc các giá trị thế điện cực chuẩn đã cho.

Tuy nhiên, nếu bài toán chỉ yêu cầu tính toán gần đúng, ta có thể thấy rằng giá trị 0.771V là giá trị thường gặp cho thế khử chuẩn của cặp Fe3+/Fe2+.

Điện cực hydro là điện cực so sánh, thế điện cực của nó phụ thuộc vào nồng độ ion H⁺. Phương trình Nernst cho điện cực hydro là: E = E⁰ - (RT/nF)ln(1/[H⁺]). Vì E⁰ = 0V nên E = -(RT/nF)ln(1/[H⁺]) = (RT/nF)ln[H⁺].

Khi giảm nồng độ H⁺, ln[H⁺] trở nên âm và thế điện cực E giảm (trở nên âm hơn). Thế điện cực càng âm thì tính oxi hóa của H⁺ càng giảm (khả năng nhận electron giảm) và tính khử của H₂ tăng (khả năng nhường electron tăng). Vậy đáp án đúng là tính khử của H₂ tăng.

Ở đây j không liên quan đến sự thay đổi tính oxi hóa khử khi thay đổi nồng độ H+ mà j là mật độ dòng trao đổi.

Phát biểu sai là: "Kim loại làm điện cực có thế điện cực càng âm thì càng có tính khử yếu." Thực tế, kim loại có thế điện cực càng âm thì tính khử càng mạnh, vì nó dễ dàng bị oxy hóa hơn (dễ nhường electron hơn). Các phát biểu còn lại đều đúng: quá thế phụ thuộc vào nhiều yếu tố, sức điện động của pin phụ thuộc vào nồng độ các chất và nhiệt độ.

Ion H₂⁻ có 3 electron. Cấu hình electron phân tử được điền theo thứ tự năng lượng tăng dần: σ₁s và σ₁s*. Hai electron đầu tiên điền vào orbital σ₁s (liên kết), electron thứ ba điền vào orbital σ₁s* (phản liên kết). Vậy cấu hình electron hóa trị của H₂⁻ là (σ₁s)²(σ₁s*)¹. Ở đây, kí hiệu σ₁s* được thể hiện là σ₁s^•.

Số lượng tử n có thể là bất kỳ số nguyên dương nào (1, 2, 3,...). Số lượng tử ℓ có thể có bất kỳ giá trị nào từ 0 đến n-1. Số lượng tử mℓ có thể có bất kỳ giá trị nào từ -ℓ đến +ℓ.

(1) n = 4, ℓ = 3, mℓ = -3: ℓ có thể nhận giá trị từ 0 đến n-1 (0, 1, 2, 3). mℓ có thể nhận giá trị từ -ℓ đến +ℓ (-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3). Vậy bộ này đúng.
(2) n = 4, ℓ = 2, mℓ = +3: ℓ có thể nhận giá trị từ 0 đến n-1 (0, 1, 2, 3). mℓ có thể nhận giá trị từ -ℓ đến +ℓ (-2, -1, 0, 1, 2). Vậy bộ này sai vì mℓ = +3 không nằm trong khoảng cho phép.
(3) n = 4, ℓ = 1, mℓ = 2: ℓ có thể nhận giá trị từ 0 đến n-1 (0, 1, 2, 3). mℓ có thể nhận giá trị từ -ℓ đến +ℓ (-1, 0, 1). Vậy bộ này sai vì mℓ = 2 không nằm trong khoảng cho phép.
(4) n = 4, ℓ = 0, mℓ = 0: ℓ có thể nhận giá trị từ 0 đến n-1 (0, 1, 2, 3). mℓ có thể nhận giá trị từ -ℓ đến +ℓ (0). Vậy bộ này đúng.

Vậy các bộ đúng là 1 và 4.