Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 60 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
60
Dung lượng
1,03 MB
Nội dung
ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT LÝ TỰ TRỌNG TP HỒ CHÍ MINH GIÁO TRÌNH HĨA HỌC ĐẠI CƯƠNG DÙNG CHO TẤT CẢ CÁC NGÀNH ĐÀO ĐẠO BẬC: CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CHỦ BIÊN: ThS TRẦN KIM THU LIỄU Tài liệu lưu hành nội HÓA HỌC Chương Động hóa học Bài CÂN BẰNG HÓA HỌC……………………………………………………………….2 Sự biến đổi enthalpy tự trình phản ứng 2 Cân hóa học Bài TỐC ĐỘ PHẢN ỨNG HÓA HỌC………………………………………………… 11 Khái niệm 11 Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng 16 Xúc tác 19 Một số phản ứng phức tạp 22 Chương Dung dịch 26 Bài DUNG DỊCH…………………………………………………………………………26 Hệ phân tán 26 Quá trình hịa tan 26 Các phương pháp biểu diễn thành phần dung dịch 26 Hydrate (hi-drat) hydrate tinh thể 28 Độ hòa tan 28 Sự thẩm thấu 29 Áp suất dung dịch 30 Nhiệt độ sôi nhiệt độ đơng đặc dung dịch chứa chất hịa tan không bay 30 Bài DUNG DỊCH ĐIỆN LI……………………………………………………………….35 Phương trình điện li muối, axit bazơ 35 Đặc tính dung dịch muối, axit bazơ 35 Thuyết điện li 36 Quá trình phân li 36 Độ phân li (độ điện li) 37 Hằng số phân li (hằng số điện li) 37 Tính chất axit, bazơ muối theo quan điểm thuyết điện li 38 Tích số tan 39 Sự phân li nước Chỉ số hidro 40 Chương Điện hóa học 45 Bài PHẢN ỨNG OXI HÓA - KHỬ - CƠ SỞ ĐIỆN HÓA HỌC………………………45 Phản ứng oxi hóa – khử 45 Điện hóa học 46 Điện phân 51 Sự ăn mòn kim loại 54 Giáo trình HĨA HỌC ĐẠI CƢƠNG PHẦN HĨA HỌC Chương Động hóa học BÀI CÂN BẰNG HÓA HỌC Sự biến đổi enthalpy tự trình phản ứng Mọi phản ứng đến trạng thái cân bằng, lượng sản phẩm vượt xa chất tham gia phản ứng phản ứng chiều, lượng sản phẩm lượng chất tham gia không khác nhiều phản ứng hai chiều to MnO2 Ví dụ: Phản ứng chiều : 2KClO3(r) Phản ứng hai chiều: 2SO2(k) + O2(k) 2KCl(r) + 3O2(k) to xt 2SO3(k) Cân hóa học 2.1 Trạng thái cân hóa học Trong phản ứng thuận nghịch, thời điểm vt = , đơn vị thời gian đơn vị thể tích có phân tử sản phẩm tạo thành có nhiêu phân tử sản phẩm bị phân li, tỉ lệ lượng chất chất phản ứng sản phẩm phản ứng không thay đổi Phản ứng thuận nghịch theo hai chiều trái ngược đạt đến trạng thái gọi cân hóa học Ở trạng thái cân đơn vị thời gian, lượng chất phản ứng giảm theo phản ứng thuận lại tạo nhiêu theo phản ứng nghịch Do cân hóa học cân động Thành phần hỗn hợp cân đặc trưng đại lượng gọi số cân K, nghĩa biết K xác định thành phần hỗn hợp cân Giá trị K đại lượng đánh giá mức độ thuận nghịch phản ứng Nếu K lớn coi phản ứng hoàn toàn theo chiều thuận Nếu K nhỏ coi phản ứng hồn tồn theo chiều nghịch 2.2 Phương trình đẳng nhiệt Van’t Hoff Cân hóa học ứng với hàm biến thiên đẳng nhiệt đẳng áp đạt giá trị cực tiểu ( G = 0) Vậy G K phản ứng có liên hệ với Phương trình liên hệ phương trình đẳng nhiệt Van’t Hoff, phương trình cân hóa học 2.2.1 Hằng số cân theo áp suất KP Xét phản ứng thuận nghịch hệ khí lí tưởng : aA + bB cC + dD Ở nhiệt độ áp suất khơng đổi, ta có : G T = G + RT ln o T PCc PDd PAa PBb (1.1) PA, PB, PC PD - áp suất riêng phần (atm) khí A, B, C D a, b, c, d : hệ số khí A, B, C D phản ứng R = 8,31x10-3 kJ/K Khi phản ứng trạng thái cân G T = Giáo trình HÓA HỌC ĐẠI CƢƠNG P c P d G To = - RT ln Ca Db PA PB (1.2) P A , P B , P C P D - áp suất riêng phần (atm) khí A, B, C D lúc hệ trạng thái cân Ở trạng thái cân thành phần chất phản ứng không biến đổi, nên ta đặt : PC c PD d Kp = PA a PB b = const cb G To Kp phản ứng nghiên cứu phụ thuộc vào nhiệt độ Hằng số cân Kp, đặc trưng cho phản ứng nghiên cứu trạng thái cân nhiệt độ T gọi số cân theo áp suất Biểu thức KP biểu thức số cân hay biểu thức định luật tác dụng khối lượng G To = - RT lnKp Đặt : PCc PDd PAa PBb (1.3) = Qp G T = - RT lnKp + RT ln Qp GT = RT ln QP KP GT, G To tính J cal ; (1.4) T: nhiệt độ tuyệt đối Biểu thức tính QP giống biểu thức tính KP, tính QP phải lấy áp suất riêng phần chất lúc tính GT Các biểu thức phương trình đẳng nhiệt Van’t Hoff Ví dụ 1.1: Tính số cân theo áp suất Kp phản ứng : H2(k) + CO2(k) H2O(k) + CO(k) Tính số cân theo áp suất KP phản ứng 25oC Cho biết H To = + 41,166 kJ/mol S To = + 42,0768 J/mol.K 2.2.2 Hằng số cân theo nồng độ Kc Định luật tác dụng khối lượng áp dụng cho trạng thái cân phản ứng thuận nghịch Khi hệ đồng thể đạt đến trạng thái cân bằng, tích số nồng độ sản phẩm với số mũ hệ số tỉ lượng tương ứng chia cho tích số nồng độ chất phản ứng với số mũ hệ số tỉ lượng tương ứng luôn số nhiệt độ định Cho phản ứng : aA + bB KC cC + dD [C]c [D]d [A]a [B]b (1.5) KC: số cân phản ứng tính theo nồng độ mol/L chất trạng thái cân bằng, KC phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ Ví dụ 1.2: Phản ứng tổng hợp hidro iodua xảy bình kín tích 0,5L Giáo trình HĨA HỌC ĐẠI CƢƠNG H2(k) + I2(k) 2HI(k) Biết số cân theo nồng độ nhiệt độ 356oC phản ứng 64 a) Hãy tính nồng độ chất lúc cân 356oC ban đầu cho vào bình phản ứng 1mol I2 1mol H2 b) Nếu sau cân thiết lập thêm vào bình phản ứng 1mol khí H2 nồng độ chất thay đổi nào? Ví dụ 1.3: Phản ứng : H2(k) + I2(k) 2HI(k) Phản ứng có số tốc độ 48 Nếu ban đầu trộn 1mol khí H2 với 1mol I2 bình 1L trạng thái cân nồng độ chất bao nhiêu? (xem nhiệt độ không đổi) 2.2.3 Hằng số cân theo số mol Kn ; số cân theo nồng độ phần mol K Ngoài việc dùng áp suất riêng phần Pi, nồng độ mol/L người ta dùng số mol n i , nồng độ phần mol i để tính số cân Các số có mối liên hệ với Xét phản ứng thuận nghịch gồm n khí lí tưởng bình kín dung dịch V L Khi cân áp suất riêng phần Pi khí tính biểu thức: Pi = ni RT = i RT V (1.6) i : nồng độ mol/L khí i trạng thái cân R: số khí lí tưởng, R = Kp= 22, L.atm/K.mol 273 C c ( RT ) c Dd ( RT ) d Aa ( RT ) a Bb ( RT ) b = T: nhiệt độ tuyệt đối P i : tính atmotphe C c Dd Aa Bb (RT) ( c d )( a b ) C c D d K c = a b n = (c + d) – (a + b) A B cd Kp= KC (RT) n (1.7) n: hiệu số số mol khí sản phẩm số mol chất khí phản ứng Áp suất riêng phần khí i trạng thái cân tính biểu thức Pi = ni P ni (1.8) n i : số mol khí i phản ứng cân n i : tổng số mol khí phản ứng lúc cân P : áp suất tổng cộng khí phản ứng lúc cân Ví dụ 1.4: Tại 375oC phản ứng thuận nghịch N2(k) + 3H2(k) 2NH3(k) có giá trị số cân –4 theo áp suất Kp = 4,3.10 Tính số cân theo nồng độ phản ứng Giáo trình HĨA HỌC ĐẠI CƢƠNG 2.2.4 Mối liên hệ số cân theo áp suất số cân theo số mol Hằng số cân theo áp suất tính cách thay P i thức Kp P K p = Kn ni ni P vào biểu ni n cb (1.9) Hằng số cân theo số mol tính cơng thức tương tự n Cc n Dd n A a n Bb Kn (1.10) n A , n B , n C n D : số mol khí phản ứng lúc cân Hằng số cân K n phụ thuộc vào nhiệt động giống K p K c phụ thuộc vào tỉ số P ni n : tổng số mol khí có mặt hệ phản ứng lúc cân (bao gồm khí trơ khơng tham gia vào phản ứng) i P : áp suất tổng cộng hệ phản ứng cân (atm) Hằng số cân theo nồng độ phần mol tính theo biểu thức: x Cc x Dd Kx = a b x A x B cb (1.12) A , B , C, D : nồng độ phần mol chất A, B, C D trạng thái cân n Khi P = atm Kp = Kx KP = KC (RT) n P n = Kn = Kx (P) c b n i cb Khi n = số mol khí hai vế phương trình phản ứng nhau: KP = KC = Kn = Kx 2.2.5 Hằng số cân hệ dị thể Trong phản ứng có mặt chất rắn khơng hịa lẫn với chất khác chất rắn khơng có mặt biểu thức số cân Trong phản ứng có mặt chất lỏng khơng hịa lẫn với chất khác khơng có mặt biểu thức số cân Hằng số cân không phụ thuộc vào lượng chất rắn hay lỏng với điều kiện chất phải có mặt cân Ví dụ 1.6: Hãy thiết lập cơng thức tính số cân phản ứng: a) 2H2 (k) + O2(k) 2H2O(l) b) BaCl2(dd) + Na2SO4(dd) BaSO4(r) + 2NaCl(dd) 2.2.6 Bậc tự (biến độ) hệ cân Giáo trình HĨA HỌC ĐẠI CƢƠNG Bậc tự v hệ cân biến số độc lập biến đổi tùy ý giới hạn mà khơng làm thay đổi số pha dạng pha hệ Nước đá, nước lỏng nước tồn đồng thời cân nhiệt độ 0,01 oC, áp suất 4,588mmHg, cần thay đổi nhỏ áp suất hay nhiệt độ hệ chuyển thành hai pha Như biến đổi nhiệt độ hay áp suất mà khơng gây biến đổi số pha hệ Hệ cấu tử có số bậc tự (còn gọi hệ vô biến) Cân hai pha nước lỏng nước cân nhiệt độ áp suất khác Tuy nhiên áp suất lại ứng với nhiệt độ định Sự biến đổi yếu tố không tương ứng với yếu tố làm biến pha Hệ có bậc tự (còn gọi hệ biến) Hệ cân cần biết thông số cường độ hệ xác định trạng thái cân hệ, thơng số nhiệt độ áp suất nước Nếu biết nhiệt độ biết áp suất nước hệ cân ngược lại 2.2.7 Công thức quy tắc pha Gibbs v=c–q–f+2 (1.13) c: số cấu tử hệ q: số phương trình liên hệ nồng độ cấu tử f: số pha hệ 2: hai thông số nhiệt độ áp suất xác định trạng thái cân hệ Ví dụ 1.7: Xét cân tính bậc tự trình sau: 1) Nước(l) nước(h) 3) CO(k) + H2O(k) 2.3 2) 2NO2(k) CO2(k) + H2(k) 4) NH4Cl(tt) N2O4(k) NH3(k) + HCl(k) Sự chuyển dịch cân hóa học 2.3.1 Nồng độ Khi tăng nồng độ chất phản ứng cân hóa học chuyển dịch theo chiều làm giảm nồng độ chất Khi giảm nồng độ chất phản ứng, cân hóa học chuyển dịch theo chiều tăng nồng độ chất 2.3.2 Áp suất Khi tăng áp suất hệ, cân hóa học chuyển dịch theo chiều giảm số phân tử khí Khi giảm áp suất hệ, cân hóa học chuyển dịch theo chiều tăng số phân tử khí n Kp = Kx.P cb (1.14) Kp phụ thuộc vào nhiệt độ, nên nhiệt độ không đổi Nếu n > 0, Pcb tăng Kx giảm, cân chuyển dịch từ phải sang trái Nếu n < 0, Pcb giảm Kx tăng, cân chuyển dịch từ trái sang phải 2.3.3 Nhiệt độ Khi giảm nhiệt độ, cân hóa học chuyển dịch theo chiều phản ứng tỏa nhiệt Khi tăng nhiệt độ, cân hóa học chuyển dịch theo chiều phản ứng thu nhiệt Phương trình Gibbs-Helmholtz H G =T T p T2 Giáo trình HĨA HỌC ĐẠI CƢƠNG (1.15) 1nK p H Thay Go = - RT ln KP vào: T p RT Nếu Ho > (phản ứng thu nhiệt ) KP tăng , nghĩa cân chuyển dịch từ trái sang phải (theo chiều thuận) Nếu Ho < (phản ứng toả nhiệt) KP giảm, nghĩa cân chuyển dịch từ phải sang trái (theo chiều nghịch) Khi Ho= const T2 T1 ln H R d1nK p = K T2 = K T1 dT T2 T2 T1 H 1 R T1 T2 (1.16) Ho tính J/mol cal/mol R = 8,314 J/K.mol R = 1,987 cal/K.mol Ví dụ 1.8: Cho phương trình hóa học sau: NO(k) + ½ O2(k) ⇌ NO2(k) Biết: H To = -56,484kJ Kp = 1,3.106 25oC Tính Kp phản ứng 325oC 2.4 Nguyên lý Le Châtelier Khi có thay đổi yếu tố nồng độ, nhiệt độ, áp suất, cân hóa học chuyển dịch theo chiều làm giảm thay đổi BÀI TẬP 1.1 Viết biểu thức số cân theo áp suất Kp cho phản ứng : 1) NO2(k) + SO2(k) NO(k) + SO3(k) 2) Fe3O4(r)+ 4H2(k) 3Fe(r) + 4H2O(k) CO2(k) 3) N2(k) + 3H2(k) 2NH3(k) 4) CO(k) + ½ O2(k) 5) H2(k) + CO2(k) H2O(k) + CO(k) 6) COCl2(k) CO(k) + Cl2(k) 1.2 Lập biểu thức tính số cân theo áp suất phản ứng : C(gr) + H2O(k) CO(k) + H2(k) Biết CO(k) + H2O(k) CO2(k) + H2(k) K P1 CO2(k) + C(gr) 2CO(k) K P2 1.3 Tính số cân theo áp suất phản ứng sau: 1) 3O2(k) 2O3(k) 2) C(r) + H2O(l) CO(k) + H2(k) 3) Fe2O3(r) + 3H2(k) 3H2O(k) + 2Fe(r) Cho biết O3(k) H2O(l) H2O(k) CO2(k) Fe2O3(r) CH3OH(l) CO(k) G o298 (kJ/mol) 163,4 -237,2 -228,6 -394,4 -251,4 -174,8 -137,3 1.4 Dựa vào giá trị nhiệt động H o298,tt (kJ/mol) S o298 (J/mol.K) chất tính số cân theo áp suất Kp chuyển hóa sau 298K: Giáo trình HĨA HỌC ĐẠI CƢƠNG 1) NO2(k) + SO2(k) 3) 2NO2(k) NO(k) + SO3(k) 2) 2SO2(k) + O2(k) N2O4(k) 4) H2(k) + CO2(k) 2SO3(k) CO(k) + H2O(k) Cho : H2(k) CO2(k) NO2(k) NO(k) SO2(k) SO3(k) CO(k) H2O(k) O2(k) N2O4(k) 298,tt -393,5 33,9 90,4 -296,1 -395,2 -110,5 -241,8 9,16 S o298 130,6 214,6 240,5 210,6 248,5 256,2 197,9 188,7 205,03 304,3 1.5 Tính số cân theo áp suất Kp cho phản ứng: N2 (k) + 3H2 (k) 2NH3 (k) trường hợp sau: a) Người ta cho 3mol nitơ 7mol hidro vào bình kín tích 5L 0oC, nung để phản ứng xảy phản ứng đạt trạng thái cân có 37% nitơ phản ứng, sau đưa điều kiện ban đầu b) Người ta cho mol nitơ 7mol hidro vào bình kín tích 5L 0oC nung để phản ứng xảy ra, phản ứng đạt trạng thái cân bình có 2mol amoniac, đưa điều kiện ban đầu 1.6 Viết biểu thức số cân theo nồng độ Kc cho phản ứng : 1) 2NO2(k) N2O4(k) (3) Fe3O4(r) + 4CO(k) (5) 2SO2(k) + O2 (k) (2) N2(k) + 3H2(k) 3Fe(r) + 4CO2(k) (4) C(r) + O2(k) 2NH3(k) CO2(k) 2SO3(k) 1.7 Phản ứng este hóa CH3COOH C2H5OH thực với 1mol axit mol ancol Khi phản ứng đạt trạng thái cân số mol este thu 2/3mol Tính số cân theo nồng độ phản ứng 1.8 Tính số cân KC phản ứng este hóa axit axetic rượu etylic cho biết giá trị nhiệt động sau: H o298 = -3,828 kJ/mol S o298 = 8,7 J/mol.K 1.9 Cho phản ứng : 2NO(k) + Cl2(k) 2NOCl(k) Cho nồng độ chất ban đầu NO 0,5M; Cl2 0,2M đạt trạng thái cân có 20% lượng khí NO tham gia phản ứng Tính số cân theo nồng độ phản ứng 1.10 Ở 850oC phản ứng : CO(k) + H2O(k) CO2(k) + H2(k) trạng thái cân có số cân theo nồng độ KC = Tại thời điểm ban đầu nồng độ chất CO 0,2M H2O 0,1M Tính nồng độ chất trạng thái cân 1.11 Trộn 8mol SO2 với 4mol O2 bình kín có dung tích 2L; đạt trạng thái cân cịn lại 20% SO2 Tính : a) Hằng số cân phản ứng : 2SO2 (k) + O2(k) 2SO3(k) b) Tính áp suất hỗn hợp khí trạng thái cân bằng; cho biết áp suất hỗn hợp khí ban đầu 3atm 1.12 Cho phản ứng H2(k) + I2(k) 2HI(k) có số cân theo nồng độ 60 Tính số cân theo áp suất phản ứng (trong điều kiện nhiệt độ không đổi) 1.13 Trộn mol khí CO với mol H2O 850oC bình L Khi cân hóa học thiết lập số mol khí CO2 thu 0,75mol Tính giá trị số cân theo áp suất theo nồng độ Giáo trình HĨA HỌC ĐẠI CƢƠNG 1.14 Cho phản ứng thuận nghịch : A(k) + B(r) C(k) + D(k) Tại 127oC phản ứng thuận nghịch có giá trị số cân theo nồng độ 49 Tính giá trị số cân theo áp suất phản ứng 1.15 Cho phản ứng : CaCO3(r) 0,236 atm CaO(r)+ CO2(k) Ở 800oC áp suất khí cacbonic 1) Tính số cân theo nồng độ áp suất 2) Cho 20gam CaCO3 vào bình có dung tích 10L Tính tỉ lệ phần trăm khối lượng CaCO3 bị nhiệt phân trạng thái cân 1.16 Phản ứng phân hủy photgen COCl2 sau: COCl2(k) CO(k) + Cl2(k) o Ở 550 C, atm mức độ phân hủy COCl2 77% Tính số cân theo nồng độ theo áp suất phản ứng ban đầu có mol photgen 1.17 Cho phản ứng : CO(k) + H2O(k) CO2(k) + H2(k) Tính Kp phản ứng 800K Biết: H o298 = - 42,6768 kJ Kp = 2,76.104 (ở 25oC) 1.18 Có pha trường hợp sau: 1) Một bình kín chứa nước, bề mặt chất lỏng khơng khí bão hịa nước 2) Một bình có dung tích 1L chứa 2gam nước nhiệt độ 100oC, khơng có khơng khí 3) Hỗn hợp dầu nước phân tán dạng nhũ tương 1.19 Có cấu tử độc lập hệ gồm: 1) N2(k) + O2(k) 2) N2(k) + O2(k) oxit nitơ xuc tac 3) NaCl(r) + dung dịch NaCl bão hịa chứa HCl 4) NaCl(r) + KCl(r) 1.20 Cho phản ứng : 2A(k) + B(k) 4D(k) + Q Để phản ứng chuyển dịch theo chiều tạo sản phẩm, phải thực biện pháp thay đổi nồng độ, nhiệt độ áp suất nào? 1.21 Nêu nguyên lý chuyển dịch cân Le Châtelier cho phản ứng sau: a) CO(k) + H2O(h) CO2(k) + H2(k) H > b) N2(k) + H2(k) 2NH3(k) H < c) 2SO2(k) + O2(k) 2SO3(k) H > d) N2(k) + O2(k) H > 2NO(k) e) 2CO(k) + 2H2(k) CH4(k) + CO2(k) H < g) CaO(r) + CO2(k) CaCO3(r) H < h) N2O4(k) H > 2NO2(k) Cân hóa học chuyển dịch theo chiều khi: (1) Tăng áp suất hệ? (2) Tăng nhiệt độ? Giáo trình HĨA HỌC ĐẠI CƢƠNG (3) Giảm nồng độ tác chất? Chƣơng Điện hóa học BÀI PHẢN ỨNG OXI HĨA – KHỬ CƠ SỞ ĐIỆN HĨA HỌC Phản ứng oxi hóa – khử 1.1 Độ oxi hóa nguyên tố Sự không đồng phân bố electron nguyên tử hợp chất gọi độ oxi hóa Số oxi hóa ngun tử điện tích mà nguyên tử có xem electron tham gia tạo liên kết di chuyển hẳn phía nguyên tử có độ âm điện cao 1.2 Khái niệm Các phản ứng hóa học chia thành hai loại: tác chất Phản ứng khơng có biến đổi độ oxi hóa nguyên tố thành phần - Phản ứng có biến đổi độ oxi hóa nguyên tố thành phần tác chất Phản ứng oxi hóa – khử phản ứng có thay đổi số oxi hóa nguyên tố tác chất Sự oxi hóa tách electron, kèm theo tăng mức oxi hóa nguyên tố Sự khử kết hợp electron, kèm theo giảm mức oxi hóa nguyên tố Chất khử chất mà thành phần chứa nguyên tố bị oxi hóa Chất oxi hóa chất mà thành phần chứa nguyên tố bị khử Cặp oxi hóa – khử liên hợp: Cặp gồm có chất khử chất oxi hóa nguyên tố nhóm nguyên tố Điện cực thực oxi hóa gọi anode Điện cực thực khử gọi cathode Ví dụ: Sn2+ - e Sn4+ (sự oxi hóa) Fe3+ + e Fe2+ (sự khử) 1.3 Điều kiện xảy phản ứng oxi hóa-khử Phản ứng oxi hóa – khử xảy theo qui luật: Chất khử mạnh + Chất oxi hóa mạnh → Chất khử yếu + chất oxi hóa yếu Dựa nguyên tắc tổng electron tách chất khử tổng electron mà chất oxi hóa kết hợp 1.4 Cách cân phương trình phản ứng oxi hóa – khử Việc cân phương trình phản ứng oxi hóa – khử dựa hai nguyên lý: - Nguyên lý bảo tồn electron - Ngun lý bảo tồn ngun tử Có thể thiết lập cân phản ứng oxi hóa- khử hai cách: Giáo trình HĨA HỌC ĐẠI CƢƠNG 45 - Theo phương pháp thăng electron: tổng electron chất khử cho tổng electron chất oxi hóa nhận - Theo phương pháp lập sơ đồ ion – electron 1.5 Một số dạng phương trình phản ứng oxi hóa – khử 1.5.1 Phản ứng oxi hóa-khử nội phân tử Phản ứng có biến đổi mức oxi hóa nguyên tử khác phân tử to Ví dụ: 2KNO3 2KNO2 + O2 1.5.2 Phản ứng tự oxi hóa-khử Phản ứng có biến đổi mức oxi hóa ngun tử chất Ví dụ: 3Cl2 + 6KOH to KClO3 + 5KCl + 3H2O Ví dụ 5.1: Tính số oxi hóa S hợp chất sau: H2S; Na2SO4; CS2; H2SO4; As2S3 Ví dụ 5.2: Tính số oxi hóa Cr hợp chất sau: Cr2(SO4)3; Na3[Cr(OH) 6]; K2CrO4; Cr2O3; Fe(CrO2)2; K2Cr2O7 Ví dụ 5.3: Cân phản ứng oxi hóa khử sau: 1) SO2 + Br2 + H2O HBr + H2SO4 2) Cu + H2SO4 CuSO4 + SO2 + H2O 3) I2 + KOH KIO3 + KI + H2O 4) KMnO4 + KOH K2MnO4 + O2 + H2O 5) H2SO3 + H2S S + H2O 6) P + KOH + H2O PH3 + KH2PO2 7) K2SO3 + KMnO4 + H2O K2SO4 + MnO2 + KOH 8) K2SO3 + KMnO4 + H2SO4 K2SO4 + MnSO4 + H2O Điện hóa học 2.1 Nguồn điện hóa Những thiết bị dùng để biến trực tiếp lượng phản ứng hóa học thành điện gọi nguồn điện hóa 2.1.1 Nguyên tắc biến hóa thành điện Trong phản ứng oxi hóa khử thơng thường, electron chuyển trực tiếp từ chất khử sang chất oxi hóa lựơng phản ứng hóa học biến thành nhiệt Năng lượng phản ứng thoát dạng nhiệt Nếu thực phản ứng nơi khác cho electron chuyển động từ kim loại sang ion kim loại khác qua dây dẫn nghĩa cho electron chuyển động theo dòng định lượng chuyển từ hóa sang điện năng, q trình xảy pin 2.1.2 Điện cực Điện cực hệ gồm dẫn điện tiếp xúc với dung dịch chứa cặp oxi hóakhử liên hợp 2.1.3 Các loại điện cực Giáo trình HĨA HỌC ĐẠI CƢƠNG 46 Điện cực trơ Điện cực trơ điện cực không chuyển ion vào dung dịch, điện cực làm kim loại bền phương diện hóa học platin, vàng … Ví dụ: Thanh platin tiếp xúc với dung dịch hỗn hợp hai muối FeCl3 FeCl2 Điện cực kim loại – ion kim loại (điện cực tan) Điện cực gồm kim loại tiếp xúc với ion dung dịch Ví dụ: Thanh kẽm tiếp xúc với ion kẽm dung dịch Điện cực khí-ion: Điện cực khí điện cực tiếp xúc đồng thời với khí dung dịch chứa ion khí Ví dụ: Điện cực hidro kim loại platin phủ muội platin nhúng vào dung dịch axit sunfuric sau thổi hidro qua ống K, hidro bị platin hấp phụ nhúng vào dung dịch chứa ion kim loại Điện cực kim loại – muối không tan kim loại Điện cực gồm có kim loại tiếp xúc với muối khơng tan kim loại đồng thời với dung dịch chứa muối tan có anion giống với muối khơng tan Ví dụ: Điện cực bạc – bạc clorua gồm có bạc tiếp xúc với dung dịch chứa NaCl AgCl Điện cực tiêu chuẩn điện cực nhúng vào dung dịch có nồng độ M 2.1.4 Ký hiệu pin Hệ điện hóa hệ gồm hai điện cực nhúng vào dung dịch điện li Nếu hệ sinh dòng điện gọi pin Nếu hệ nối với nguồn điện bên thực thêm phản ứng hóa học gọi hệ điện phân Theo công ước quốc tế Hiệp hội quốc tế hóa học ứng dụng (IUPAC) hệ điện hóa ký hiệu sau: (-)Vật liệu điện cực 1(r) dung dịch 1(CM 1) || dung dịch (CM 2) vật liệu điện cực 2(r) (+) Nếu điện cực dung dịch gồm nhiều chất chất có dấu phẩy Ví dụ: Pin gồm điện cực hidro điện cực đồng hai dung dịch H 2SO4 CuSO4 khơng khuếch tán ký hiệu sau: (-) Pt, H2 (k) H2SO4 (dd) || CuSO4 (dd) Cu (r) (+) Hoặc đơn giản: (-) Pt, H2 (k) H3O+ (dd) || Cu2+ (dd) Cu (r) (+) Ví dụ 5.4:Viết ký hiệu cho hệ điện hóa gồm kim loại Al nhúng vào dung dịch AlCl nồng độ 0,1 M kim loại chì nhúng vào dung dịch Pb(NO3)2 nồng độ 0,5 M 2.1.5 Thế điện cực chuẩn Mỗi phản ứng oxi hóa – khử kết hợp từ nửa phản ứng oxi hóa khử Điện cực hidro tiêu chuẩn Giáo trình HĨA HỌC ĐẠI CƢƠNG 47 Về mặt thực nghiệm đo suất điện động pin nghĩa đo E E không xác định điện cực riêng biệt Để làm bất định cần phải đưa vào điều kiện bổ trợ: Lấy điện cực qui ước 0, sau xác định điện cực khác theo thang Người ta lấy điện cực hidro làm việc hoạt độ H3O+ hoạt áp H2 làm điện cực chuẩn o o Theo công ước quốc tế Stockhom (1968) phản ứng điện cực phản ứng khử: Mn+ + ne M Thế điện cực cân theo công ước khử Qui ước dấu suất điện động pin để phù hợp với nhiệt động hóa học Giá trị biến thiên đẳng nhiệt đẳng áp G < trình tự xảy nghĩa phản ứng theo chiều thuận - Thế điện cực suất điện động pin gồm điện cực hidro tiêu chuẩn ghi bên trái điện cực khảo sát ghi bên phải - Suất điện động pin coi dương dòng điện pin từ trái sang phải (dòng electron từ phải sang trái) Vậy muốn đo cân điện cực ta thiết lập pin gồm điện cực hidro tiêu chuẩn (trái) điện cực (phải) Cặp oxi hóa khử điện cực tiêu chuẩn lớn dạng oxi hóa oxi hóa dạng khử cặp điện cực tiêu chuẩn nhỏ Ví dụ 5.5: Dự đốn chiều phản ứng : Fe3+(dd) + Cu(r) Fe2+(dd) + Cu2+(dd) Ví dụ 5.6: Pin điện gồm kẽm nhúng vào dung dịch Zn(NO3)2 nồng độ 0,1 M chì nhúng vào dung dịch Pb(NO3)2 nồng độ 0,02 M Tính suất điện động pin 2.1.6 Suất điện động pin- Công thức Nernst Xét pin: (-) Zn (r) ZnSO4 (dd) || CuSO4 (dd) Cu (r) (+) Phản ứng xảy pin làm việc: Zn (r) + 2e Zn2+ (dd) oZn Cu2+ (dd) + 2e → Cu (r) oCu Tổng quát : Zn (r) + Cu2+ (dd) → Zn2+ (dd) + Cu (r) Suất điện động pin: E = oi (5.1) Công thức Nernst Xét phản ứng tổng quát : aA + bB → cC + dD E Eo RT [C ]c [ D ]d ln nF [ A]a [ B ]b (5.2) n: số electron trao đổi F: số Faraday F = 1,602.10 – 19 6,022 1023 = 9,6472 104 C/mol Công thức Nernst cho thấy ảnh hưởng nồng độ nhiệt độ đến suất điện động pin điện hóa Giáo trình HĨA HỌC ĐẠI CƢƠNG 48 Bảng 5.1 Dãy điện kim loại (ở 25oC) Phương trình phản ứng o (V) Phương trình phản ứng o (V) Li+(dd) + e → Li(r) -3,045 Ni2+(dd) + 2e → Ni(r) -0,250 + Rb (dd) + e → Rb(r) K (dd) + e → K(r) Cs (dd) + e → Cs(r) -2,923 2+ - 0,126 Pb (dd) + 2e → Pb(r) -2,925 + - 0,136 2+ Sn (dd) + 2e → Sn(r) -2,925 + 2+ + 2H3O (dd) +2e →H2 +2H2O (l) 2+ + Ba (dd) + 2e → Ba(r) - 2,90 Cu (dd) + e → Cu (dd) +0,153 Ca 2+(dd) + 2e → Ca(r) -2,866 Sn4+(dd) + 2e → Sn2+(dd) +0,15 Na+(dd) + e → Na(r) -2,714 Bi3+(dd) + e → Bi(r) +0,215 Mg2+(dd) + 2e → Mg(r) -2,363 Cu2+ (dd) + 2e → Cu(r) +0,337 Be2+(dd) + 2e → Be(r) -1,850 Cu+(dd) + e → Cu(r) +0,521 Al3+(dd) + 3e → Al(r) -1,662 Fe3+ (dd) + e → Fe2+(dd) +0,771 Ti2+(dd) + 2e → Ti(r) -1,628 Hg22 (dd)+ 2e → 2Hg(r) +0,798 Mn2+(dd) + 2e → Mn(r) -1,18 Ag+(dd) + e → Ag(r) +0,799 Cr2+(dd) + e → Cr(r) -0,913 Hg2+(dd) + 2e → Hg(r) +0,854 Zn2+(dd) + 2e → Zn(r) - 0,763 +0,91 Cr3+(dd) + 3e → Cr(r) -0,744 2Hg2+(dd) + 2e → Hg22 (dd) Fe2+(dd) + 2e → Fe(r) -0,440 Cr3+(dd) + e → Cr2+(dd) -0,410 2+ Cd (dd) + 2e → Cd(r) -0,403 2+ -0,277 3+ - 0,036 Co (dd) + 2e → Co(r) Fe (dd) +3e → Fe(r) Pt2+(dd) + 2e → Pt(r) Au3+(dd) + 3e → Au(r) Ce4+(dd) + e Ce3+(dd) Au+(dd)+ e → Au(r) +1,2 +1,498 +1,61 +1,691 2.1.7 Chiều phản ứng oxi hóa – khử dung dịch nước G = - nFE (5.3) E hay Eo > phản ứng xảy theo chiều thuận Go = - nFEo (5.4) o E hay E < phản ứng xảy theo chiều nghịch 2.1.8 Hằng số cân phản ứng oxi hóa – khử Mối quan hệ biến thiên đẳng áp chuẩn số cân trình biểu diễn biểu thức: Go = - RT lnK Giáo trình HĨA HỌC ĐẠI CƢƠNG 49 ln K nFE o RT (5.5) Ví dụ 5.7: Tính số cân phản ứng sau: Zn(r) + (CH3COO)2Pb (dd) (CH3COO)2Zn (dd) + Pb (r) Zn (r) + Pb2+ (dd) Zn2+ (dd) + Pb (r) oPb = - 0,126 V oZn = - 0,763 V 2.2 Một số nguồn điện hóa Pin loại nguồn điện hóa phổ biến dùng cho nhiều mục đích, pin lượng phản ứng hóa học biến thành điện 2.2.1 Pin khô Pin khô Leclanché có anode kẽm thành ống trụ kiêm chức hộp đựng, cathode than chì bao bọc lớp MnO2 Chất điện li hỗn hợp NH4Cl với ZnCl2 hòa hồ tinh bột với gelatin 1- Nắp đồng 2- Lớp xi nhựa 3- Khoảng trống 4- Lớp giấy bồi xốp 5- Kẽm 6- Lõi carbon 7- Hỗn hợp NH4Cl ZnCl2 Hình 5.1 Pin khô Leclanché Sơ đồ: Zn NH4Cl , ZnCl2 MnO2 , C Anode : Zn – 2e Zn2+ Cathode: 2MnO2 + H2O + 2e Mn2O3 + 2OH – Tổng quát : Zn + 2MnO2 + H2O Zn2+ + Mn2O3 + 2OH – Ion hidroxyl tiếp tục tham gia phản ứng : 2N H4 + 2OH – 2NH3 + 2H2O Zn2+ + 2NH3 + 2Cl– [Zn(NH3)2]Cl2 Suất điện động pin 1,2 đến 1,5 V pin dùng lần khơng thể sạc Ví dụ 5.8: Tìm suất điện động pin có ký hiệu pin sau: (-)Sn (r)Sn(NO3)2 (dd) (0,25M) || Ag+ (dd) (0,05 M)Ag (r)(+) 2.2.2 Pin kiềm Pin kiềm giống pin Leclanché khác điện cực chứa KOH, thời gian sử dụng lâu pin khô Leclanché Suất điện động pin khoảng 1,5 V Giáo trình HĨA HỌC ĐẠI CƢƠNG 50 Anode : Zn2+ + 2OH – - 2e Zn(OH)2 Cathode: 2MnO2 + 2H2O + 2e Mn2O3 + 2OH – Tổng quát: Zn2+ + 2MnO2 + 2H2O Zn(OH)2 + Mn2O3 + 2OH – Điện phân 3.1 Bản chất điện phân Bản chất điện phân khử xảy cathode oxi hóa xảy anode 3.2 Định nghĩa Sự điện phân oxi hóa khử xảy bề mặt điện cực cho dòng điện chiều qua dung dịch chất điện li qua chất điện li nóng chảy có kèm theo biến đổi điện thành hóa 3.3 Điện phân dung dịch nước có chứa chất điện li Trong dung dịch ion chất điện li cịn có ion H3O+ OH – nên thiết lập hiệu điện hai điện cực cation kim loại H3O+ cathode anion OH – anode Quá trình xảy cathode: Nếu phóng điện cation dương phóng điện H3O+ cation kim loại nhận electron Mn+ + n e M Trong trường hợp ngược lại: H3O+ + e H + H2O 2H H2 Nếu không để ý đến hidro cation kim loại cân lớn cân hidro dung dịch phóng điện, có q hidro mà có chuyển tới kim loại đứng sau nhơm Q trình xảy anode: Nếu phóng điện anion OH – lớn cân kim loại làm anode anode bị oxi hóa tan Mr – n e Mn+ Trong trường hợp ngược lại anode không tan (trơ) anion OH – bị oxi hóa Ion OH – phóng điện anode dương cân cặp OH – O2 3.4 Một số trình điện phân 3.4.1 Điện phân chất điện li nóng chảy Ví dụ: Điện phân NaCl nóng chảy Cathode NaCl Anode Na+ + e Na Na+ + Cl – Cl – - e Cl Tổng quát: NaCl(nc) dp 2Cl Cl2 Na + ½ Cl2 Ví dụ 5.9: Viết phản ứng xảy điện cực điện phân Al2O3 nóng chảy Giáo trình HĨA HỌC ĐẠI CƢƠNG 51 1- Nhơm 2- Điện cực than chì 3- Nhơm tan cryolic nóng chảy Hình 5.2 Điện phân Al2O3 nóng chảy 3.4.2 Điện phân dung dịch chứa chất điện li Ví dụ: Điện phân dung dịch Na2SO4 với điện cực graphit Cathode Na2SO4 Anode Na+ 2Na+ + SO4 2–- SO4 2–- 2H2O + 2e H2 + 2OH – Bản chất trình điện phân nước 2H2O – 2e → O2+ 4H+ Ví dụ: Điện phân dung dịch CuCl2 với điện cực đồng Cathode CuCl2 Cu2+ + 2e Cu Tổng quát: CuCl2(dd) Anode Cl e Cl dp Cu (r) + Cl2 Ví dụ: Điện phân dung dịch CuSO4 Cathode CuSO4 Cu2+ + 2e Cu Tổng quát: CuSO4 + H2O Anode 2H2O – 2e → O2 + 4H+ dp Cu + H2SO4 + ½ O2 3.4.3 Điện phân dung dịch nước chứa nhiều chất điện li Thường điện phân dung dịch nước thứ tự phóng điện anion sau: anion không chứa oxi, sau OH – sau anion chứa oxi 3.4.4 Điện phân cách mắc nối tiếp bình điện phân Trong trường hợp mắc nối tiếp cường độ dòng điện nên điện lượng điện cực Ví dụ 5.10: Viết phương trình hóa học q trình xảy điện cực thực phương pháp điện phân trường hợp sau đây: a) Dung dịch KCl b) Dung dịch KNO3 c) Dung dịch H2SO4 d) NaOH nóng chảy e) Dung dịch chứa hỗn hợp chất HCl, NaCl, CuSO4 Giáo trình HĨA HỌC ĐẠI CƢƠNG 52 3.5 Định luật Faraday - Lượng chất bị biến đổi hóa học điện cực điện phân tỉ lệ thuận với lượng điện phóng qua bình điện phân - Lượng chất bị biến đổi hóa học điện cực điện phân tỉ lệ thuận với đương lượng chất Áp dụng 5.11 Khi điện phân dung dịch CuCl2 thu 560 mL khí anode (đo điều kiện tiêu chuẩn) Tính khối lượng đồng thu đuợc cathode Công thức Faraday m AIt A.Q = 96500n n.F (5.6) A: Nguyên tử lượng chất thu điện cực m: khối lượng chất tạo thành điện cực I: cường độ dòng điện t : thời gian điện phân n: số electron cho nhận điện cực Ví dụ 5.12: Trong cho dịng điện cường độ 0,402 A qua bình điện phân chứa 200 mL dung dịch Cu(NO3)2 AgNO3 kim loại thoát vừa hết, cathode thu 3,44 g hỗn hợp kim loại Tính nồng độ chất dung dịch ban đầu 3.6 Sự phân cực điện hóa Q Khi dịng điện qua ranh giới phân chia điện cực – dung dịch trạng thái điện điện cực: điện cực, mật độ điện lớp điện tích kép thay đổi Đó tượng phân cực điện cực, phân cực điện cực khác với cân Sự phân cực anode Khi phân cực, điện cực chuyển dịch phía dương so với cân Sự phân cực cathode Khi phân cực, điện cực chuyển dịch phía âm so với cân Sự phân cực nồng độ Phân cực nồng độ sinh dự biến đổi nồng độ ion lớp gần bề mặt điện cực Ở gần lớp bề mặt anode ion kim loại tăng, nồng độ ion tăng theo công thức Nernst điện cực tăng Ở gần lớp bề mặt cathode ion kim loại bị khử , nồng độ ion giảm, theo công thức Nernst điện cực giảm Mật độ dòng điện lớn phân cực mạnh Sự phân cực hóa học Khi dịng điện qua ranh giới phân chia điện cực, dung dịch xảy phản ứng mơi trường chất điện li với chất làm điện cực, sản phẩm sinh làm biến đổi tính chất bề mặt điện cực, làm thay đổi điện cực, tượng gọi phân cực hóa học Sự phân cực điện hóa Theo định luật Ohm cho dòng điện qua dây dẫn cường độ dòng điện tỉ lệ với điện áp đặt vào Thực nghiệm cho thấy dòng điện bắt đầu qua dung dịch điện li điện áp hai cực có giá trị hồn tồn xác định, điều có nghĩa điện phân xảy với điện áp xác định Giáo trình HĨA HỌC ĐẠI CƢƠNG 53 3.6.1 Thế phân hủy Thế phân huỷ điện áp tối thiểu hai điện cực để điện phân bắt đầu xảy Cu2+(dd) + 2e Cu(r) 2Cl–(dd) - 2e 2Cl (Cl2) Phản ứng xảy chất suất điện động pin tạo chất thoát anode cathode 3.6.2 Quá Trong nhiều trường hợp, phân huỷ thường lớn suất điện động pin tạo chất thoát điện cực Hiệu số phân huỷ suất điện động pin tạo chất thoát điện cực gọi Khi điện phân dung dịch nước bên cạnh cation kim loại anion cịn có ion H 3O+ OH việc nghiên cứu hidro oxi có tầm quan trọng đặc biệt: biết hidro oxi điều khiển trình theo mong muốn cách điều chỉnh điều kiện điện phân: độ pH, mật độ dòng, nhiệt độ, điện cực – Kết nghiên cứu thực nghiệm cho thấy hidro oxi phụ thuộc vào mật độ dòng, chất chất làm điện cực, trạng thái bề mặt, thành phần dung dịch Trong miền mật độ dịng trung bình ( 10 – A cm – ) oxi tăng theo dãy sau: Co , Fe, Cu, Cd, Pb, Pd, Au, Pt Sự ăn mòn kim loại 4.1 Định nghĩa Sự tự phá hủy vật liệu kim loại gây nên chất môi trường xung quanh gọi ăn mòn kim loại 4.2 Phân loại 4.2.1 Sự ăn mịn hố học Sự ăn mịn hóa học (sự ăn mịn khơ hay ăn mịn khí) phá hủy kim loại hợp kim tác dụng hóa học trực tiếp chất khí khơ có mơi trường với vật liệu kim loại Sự ăn mòn xảy nhiệt độ cao mức bình thường, mà ngưng tụ ẩm bề mặt vật liệu kim loại có 4.2.2 Sự ăn mịn điện hóa Sự ăn mịn điện hóa (sự ăn mịn khơng khí ẩm, ăn mòn ướt) ăn mòn dung dịch chất điện li có mặt đồng thời oxy nước thiên nhiên Nguyên nhân ăn mòn điện hố kim loại khơng ngun chất tiếp xúc với oxy khơng khí nước thiên nhiên tạo thành vi pin điện hoá, kim loại bị ăn mịn đóng vai trị anode, cịn cấu tử tạp chất cathode pin Ví dụ: Thép thường (thép cabon) chứa Fe, C graphit, Fe3C số tạp chất khác bị ăn mịn khơng khí ẩm sau: Hơi ẩm khơng khí bám bề mặt thép hồ tan số khí oxi, CO2 tạo thành dung dịch chất điện li H2CO3 Fe đóng vai trò anode nên bị ăn mòn: Fe Fe2+ + 2e Giáo trình HĨA HỌC ĐẠI CƢƠNG 54 2OH – Cathode C graphit, Fe3C tạp chất xảy khử oxi: ½ O2 + 2e + H2O Các sản phẩm tạo phản ứng với nhau: Fe2+ + 2OH- Fe(OH)2 Fe(OH)2 bị oxi khơng khí oxi hố: 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3 Fe(OH)3 bị phân hủy tác dụng nhiệt, ánh sáng: 2Fe(OH)3 Fe2O3 + 2H2O Fe2O3 thành phần gỉ sắt Sự ăn mịn sinh học ăn mòn gây nên nấm vi sinh vật môi trường mà vật liệu kim loại tiếp xúc Kim loại Nước Hình 5.3 Sơ đồ giải thích tượng kim loại bị ăn mịn nước 4.3 Các phương pháp bảo vệ vật liệu kim loại khỏi bị ăn mòn - Dùng hợp kim bền môi trường - Trong hợp kim bền thép khơng gỉ có ứng dụng rộng rãi nhất, thành phần hợp kim có khoảng 18% crom 10% niken - Bảo vệ bề mặt vật liệu kim loại chất phủ - Để chống ăn mòn sinh học, người ta trộn chất chống nấm, chống vi sinh vật vào chất phủ bề mặt kim loại - Xử lý mơi trường ăn mịn - Phương pháp điện hóa Giáo trình HĨA HỌC ĐẠI CƢƠNG 55 BÀI TẬP 5.1 Cân phương trình phản ứng oxi hóa-khử sau: 1) KMnO4 + FeSO4 + H2SO4 → MnSO4 + Fe2(SO4)3 + K2SO4 + H2O 2) KMnO4 + Na2SO3 + H2O → MnO2 + Na2SO4 + KOH 3) KMnO4 + Na2SO3 + KOH → K2MnO4 + Na2SO4 + H2O 4) Al + NaNO3 + NaOH + H2O → NaAlO2 + NH3 5) KMnO4 + H2C2O4 + H2SO4 → MnSO4 + K2SO4 + CO2 + H2O 5.2 Dự đóan chiều phản ứng : Fe2+(dd) + Cu(r) Fe(r) + Cu2+(dd) 5.3 Viết ký hiệu cho hệ điện hóa sau: a) Mg nhúng vào dung dịch Mg(NO3)2 nồng độ 0,2 M chì nhúng vào dung dịch Pb(NO3)2 nồng độ 0,3 M b) Al nhúng vào dung dịch Al(NO3)3 nồng độ 0,1 M đồng nhúng vào dung dịch CuSO4 nồng độ M 5.4 Viết biểu thức toán phương trình Nernst cho trình: 1) Al(r ) – 3e Al3+ (dd) 2) MnO 4 (dd) + 8H+ (dd) + 5e Mn2+ (dd) + 4H2O (l) 3) Cr2O72- (dd) + 6Fe2+ (dd)+ 14H+ 2Cr3+ (dd)+ 6Fe3+ (dd)+ 7H2O (l) 5.5 Cho hệ điện hóa ráp cực nhôm nhúng dung dịch Al(NO3)3 nồng độ 0,01M với cực bạc nhúng dung dịch AgNO3 nồng độ M a) Tìm suất điện động hệ b) Tính giá trị biến thiên đẳng nhiệt đẳng áp chuẩn hệ (G o298 ) 5.6 Tính giá trị suất điện động số cân phản ứng hệ điện hóa sau: Mg nhúng vào dung dịch Mg(NO3)2 nồng độ 0,2 M chì nhúng vào dung dịch Pb(NO3)2 nồng độ 0,3 M 5.7 Tính giá trị suất điện động hệ điện hóa sau: Al nhúng vào dung dịch Al(NO3)3 nồng độ 0,1 M đồng nhúng vào dung dịch CuSO4 nồng độ M 5.8 Cho sơ đồ : Sn4+(dd) + 2e Sn2+(dd) o = +0,15 V Tính điện cực oxi hóa điện cực Sn2+(dd) - e Sn4+ (dd) Tính điện cực oxi hóa điện cực Sn2+(dd) - 2e Sn4+ (dd) Cho [Sn2+] = 0,1 M [Sn4+]= 0,01 M 5.9 Ở 25oC điện cực tan magie tiêu chuẩn nối với điện cực tan kẽm nồng độ kẽm phải để pin có suất điện động 1,6 V? 5.10 Dự đoán chiều phản ứng : 2Cu2+(dd) + I-(dd) o Cho biết Cu = +0,17V 2 / Cu CuI (r) + I2 (dd) I0 / I = +0,54V Tích số hịa tan CuI 10-12 Giáo trình HĨA HỌC ĐẠI CƢƠNG 56 5.11 Cho:AsO 34 (dd)+2H+(dd) + 2e AsO 33 (dd)+ H2O (l) khử tiêu chuẩn +0,57V Tính điện cực khử phản ứng với pH = [AsO 34 ]=[ AsO 33 ] = 0,1 M 5.12 Có hai dung dịch HNO3 nồng độ M dung dịch HCl nồng độ M Dung dịch oxi hóa Hg thành Hg22 ? 5.13 Tính số cân phản ứng sau: 1) Mg2+ (dd) + H2 (k) Mg(r) + 2H+ (dd) 2) 2Fe3+ (dd) + Sn2+ (dd) Sn4+ (dd) + 2Fe2+ (dd) Cho biết oFe3 ,Fe2 0,77V oSn4 ,Sn2 0,15V 3) Fe3+(dd) + Fe (r) Fe2+(dd) 4) Sn (r) +2 Cu2+ (dd) Sn2+ (dd) +2Cu+ (dd) 5.14 Cho ký hiệu pin sau: (-) Ag (r) Ag2SO4 (dd) || AgNO3 (dd) (2M) Ag (r) (+) Tính độ hịa tan mol/L Ag2SO4 nước dựa vào suất điện động pin 25oC 0,109 V 5.15 Viết sơ đồ biểu diễn q trình điện phân chất sau: CaCl2 (nóng chảy); dung dịch KCl; dung dịch CuCl2 ; dung dịch H2SO4 ; dung dịch Cu(NO3)2 5.16 Cho dòng điện cường độ 0,291 A qua bình điện phân chứa dung dịch CuSO4 tính thời gian cần thiết để có 1,68 g Cu 5.17 Cần thời gian để phân huỷ hoàn tồn mol nước dịng điện cường độ A? 5.18 Cho dịng điện qua hai bình điện phân mắc nối tiếp chứa AgNO3 Bi(NO3)3 bình (1) có 0,9 g Ag ra, Tính khối lượng Bi bình (2) 5.19 Cho dịng điện qua bình điện phân mắc nối tiếp: bình (A) có điện cực đồng nhúng vào dung dịch muối đồng, bình (B) có điện cực kim loại B nhúng vào dung dịch muối B, bình (C) có kim loại C nhúng vào muối C Sau điện phân cathode bình (A) tăng 0,96 g Cathode bình (B) tăng 1,68 g cathode bình (C) tăng 3,24 g Xác định B C 5.20 Cho dòng điện cường độ 3,7 A qua dung dịch NiSO4 nồng độ 2,3 M có hai điện cực Ni 1) Khối lượng ca-tốt biến đổi nào? 2) Tính nồng độ dung dịch sau điện phân 5.21 Dung dịch D tích 400 mL chứa AgNO3 nồng độ 0,1M Ni(NO3)2 nồng độ 0,15M Điện phân dung dịch D với điện cực Platin dịng điện có cường độ 3,86 A 30 phút 1) Tính độ tăng khối lượng cathode 2) Tính thể tích khí thu anode 3) Tính nồng độ mol/L chất sau điện phân ( xem thể tích dung dịch khơng thay đổi) 5.22 Có hai bình điện phân mắc nối tiếp: Bình (1) chứa dung dịch 0,3725 g muối clorua kim loại kiềm bình (2) chứa dung dịch CuSO4 Sau thời gian bình (2) có 0,16 g kim loại bám Giáo trình HĨA HỌC ĐẠI CƢƠNG 57 vào bình (1) muối điện phân hết Thể tích dung dịch thu 50 mL có chứa chất tan với pH dung dịch 13 1) Tính thể tích dung dịch bình (1) 2) Xác định tên kim loại 5.23 Tíến hành điện phân 200 mL dung dịch AgNO3 bình điện phân có hai điện cực than chì cathod bắt đầu xuất bọt khí Để trung hịa dung dịch thu cần 500 mL dung dịch KOH nồng độ 0,4 M 1) Tìm CM dung dịch AgNO3 ban đầu 2) Sau điện phân khối lượng cathode tăng hay giảm gam ? 3) Tính thể tích khí nhiệt độ 54,6oC áp suất 760 mmHg 4) Khối lượng dung dịch tăng hay giảm gam? Giáo trình HĨA HỌC ĐẠI CƢƠNG 58 PHỤ LỤC Ngun tố H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Z 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 A 10,8 12 14 16 19 20,1 23 24 27 28 31 32 35,5 40 39 40 45 47,8 51 52 55 56 59 58,6 64 65 70 72,6 75 79 80 83,8 85,4 87,6 89 91 93 96 (98) 101 103 106,4 Nguyên tố Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Th Pa U Giáo trình HÓA HỌC ĐẠI CƢƠNG Z 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 A 108 112 114,8 118,7 121,8 127,6 127 131,3 133 137 139 140 141 144 (145) 150,3 152 157,3 159 162,5 165 167,3 169 173 175 178 181 183,8 186,2 190,2 192,2 195,1 197 200,6 204,4 207,2 209 209 210 222 223 226 227 232 231 238 Nguyên tố Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Z 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 A (237,0) (244,1) (243,1) (247,1) (247,1) (251,1) (252,1) (257,1) (258,1) (259,1) 59 ... Cs(r) -2, 923 2+ - 0, 126 Pb (dd) + 2e → Pb(r) -2, 925 + - 0,136 2+ Sn (dd) + 2e → Sn(r) -2, 925 + 2+ + 2H3O (dd) +2e →H2 +2H2O (l) 2+ + Ba (dd) + 2e → Ba(r) - 2, 90 Cu (dd) + e → Cu (dd) +0,153 Ca 2+ (dd)... + O2 + H2O 5) H2SO3 + H2S S + H2O 6) P + KOH + H2O PH3 + KH2PO2 7) K2SO3 + KMnO4 + H2O K2SO4 + MnO2 + KOH 8) K2SO3 + KMnO4 + H2SO4 K2SO4 + MnSO4 + H2O Điện hóa học 2. 1 Nguồn điện hóa. .. S o298 (J/mol.K) chất tính số cân theo áp suất Kp chuyển hóa sau 29 8K: Giáo trình HĨA HỌC ĐẠI CƢƠNG 1) NO2(k) + SO2(k) 3) 2NO2(k) NO(k) + SO3(k) 2) 2SO2(k) + O2(k) N2O4(k) 4) H2(k) + CO2(k) 2SO3(k)