Bài 8: MỘT PHẢN ỨNG ĐIỆN HÓA pptx

Bài 8 XÁC ĐỊNH ∆G, ∆H VÀ ∆S CỦA MỘT PHẢN ỨNG ĐIỆN HÓA  I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT • Những nguyên lý cơ bản cho sự thay đổi năng lượng diễn ra trong quá trình hóa học và vật lý gồm:  Nguyên lý thứ nhât nhiệt động học (trạng thái bảo toàn năng lượng): Năng lượng không tự sinh ra cũng không tự mất đi mà chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác, nhưng năng lượng toàn phần của hệ không đổi. Trong các phản ứng hóa học, diễn ra sự sắp xếp lại các nguyên tử và các electron dẫn đến sự hình thành chất mới. Đồng thời các chất cũng tương tác với môi trường xung quanh và chính điều này làm thay đổi điện thế hóa học của hệ. Lượng nhiệt tỏa ra hoặc cần cung cấp bằng độ biến thiên entalpi của hệ:  Nguyên lý thứ hai nhiệt động học:Nguyên lý này được thiết lập trên cơ sở quan sát những quá trình diễn ra một chiều và không diễn ra theo chiều ngược lại. Một quá trình tự diễn ra liên quan đến sự xáo trộn hay mất trật tự của một hệ được nhiệt động học minh họa một cách định lượng bằng entropi S. Sự thay đổi entropi tuân theo phương trình:  Năng lượng tự do: Một quá trình tự diễn ra ở nhiệt độ thấp và áp suất không đổi thì sự biến đổi năng lượng tự do được minh họa bằng phương trình: o : Phản ứng diễn ra theo chiều thuận – chiều tự diễn biến là chiều làm giảm năng lượng tự do ở điều kiện đẳng nhiệt, đẳng áp. o : Phản ứng đạt trạng thái cân bằng. o : Phản ứng không xảy ra. Trên nguyên tắc, nó xảy ra theo chiều ngược lại. • Các hàm G, H, S là các hàm trạng thái chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và cuối mà không phụ thuộc vào cách biến đổi của quá trình. • Sự thay đổi năng lượng tự do của một phản ứng điện hóa liên quan đến điện thế E của hệ điện hóa: Trong đó: n là số mol electron trao đổi cho 1 mol chất phản ứng; F là hằng số Faraday có giá trị là 96500 coulombs (điện tích của mol điện tử). • Nếu điện thế được đo ở những nhiệt độ khác nhau, sự thay đổi entropi ở áp suất không đổi được biểu diễn bằng phương trình: • Ta vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc điện thế E vào nhiệt độ, ngoại suy tìm được hệ số góc là . • Trong bài thí nghiệm này, ta khảo sát một hệ điện hóa gồm hai điện cực Zn 2+ /Zn và Cu 2+ /Cu tiếp xúc trực tiếp với nhau qua một cầu muối KCl bão hòa. Các quá trình xảy ra trong pin điện hóa:  Anod (–) xảy ra quá trình oxy hóa: Zn – 2e Zn 2+  Catod (+) xảy ra quá trính khử: Cu 2+ + 2e Cu • Trong pin xảy ra quá trình sau: Zn + Cu 2+ Zn 2+ + Cu • Phương trình Nernst biểu diễn sự phụ thuộc E vào nhiệt độ, nồng độ – hoạt độ,… • Khi nồng độ của [Zn 2+ ] và [Cu 2+ ] trong dung dịch là như nhau thì thì . Từ đó có thể xác định được II. THỰC HÀNH 1. Chuẩn bị cầu muối:  Cân 100 mg agar-agar và 500 mg KNO 3 cho vào becher 50 mL chứa sẵn 5 mL nước cất. Đun nhẹ trên bếp điện cho hỗn hợp chảy lỏng ra – agar và KNO 3 tan hết.  Dùng ống hút plastic hút dung dịch trong becher (còn nóng) cho vào một ống thủy tinh hình chữ U (tránh có bọt khí). Để yên cho dung dịch tạo gel (khoảng 10 – 15 phút). 2. Chuẩn bị dung dịch và điện cực:  Dùng pipet 10 mL hút 7 mL dung dịch CuSO 4 0.5 M cho vào becher 50 mL và hút 7 mL dung dịch ZnSO 4 0.5 M cho vào becher 50 mL khác.Cần lấy chính xác.  Dùng giấy nhám làm sạch các bề mặt điện cực kim loại Zn và Cu. 3. Tạo hệ điện cực phản ứng: 4. Khảo sát ảnh hưởng của điện thế vào nhiệt độ:  Tạo pin điện hóa: o Đặt bản kim loại Zn vào becher chứa dung dịch ZnSO 4 0.5 M và đặt bản kim loại Cu vào becher chứa dung dịch CuSO 4 0.5 M. o Đặt hai becher vào chậu chứa nước (.) (sao cho mực nước trong chậu cao hơn mực dung dịch trong hai becher). Đặt cầu muối vào (mỗi đầu cho vào becher tức là đầu hình chữ U phải nằm trong dung dịch). o Máy đo (chỉnh về chức năng volt kế) có hai kẹp và kẹp màu đỏ kẹp vào bản kim loại Cu, kẹp còn lại kẹp vào bản kim loại Zn.  Thực hiện việc đo điện thế đối với nước trong chậu dùng nước lấy từ vòi.  Tiếp theo thực hiện với nước (.) đá ngâm lạnh.  Thực hiện với nước (.) nóng 50 o C.  Bảng số liệu: Nhiệt độ ( o C) 6 27 50 Điện thế (V) 1.046 1.057 1.065  Từ bảng số liệu, ta vẽ được đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc điện thế E vào nhiệt độ thưc hiện t o :  Từ đồ thị, ta ngoại suy tìm được:  Nếu thì o K. Khi đó, điện thế E được xác định bằng phương pháp đường chuẩn, có giá trị 1.037 (V).  Suy ra:  Từ kết quả thí nghiệm, ta thấy phản ứng tự diễn biến là: Zn + Cu 2+ Zn 2+ + Cu Vì và phản ứng này tỏa nhiệt với sự xáo trộn – mất trật tự tan III. TRẢ LỜI CÂU HỎI 1. Trong nguyên tố Galvani:  Tại anod xảy ra quá trình oxy hóa.  Tại catod xảy ra quá trình khử.  Dòng electron chạy từ anod sang catod. 2. Một pin Cu – Pb cho kết quả thí nghiệm như sau: Nhiệt độ ( o C) 2.5 26.5 80 Điện thế (V) 0.454 0.465 0.493  Ta vẽ đồ thị 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 0.45 0.46 0.47 0.48 0.49 0.50 Dien the (V) Nhiet do ( o C)  Ta tìm được:  Suy ra: 3. Từ kết quả trên, ta thấy phản ứng tự diễn biến là Cu + Pb 2+ Cu 2+ + Pb Vì và phản ứng này tỏa nhiệt với sự xáo trộn – mất trật tự tăng lên./. . do của một phản ứng điện hóa liên quan đến điện thế E của hệ điện hóa: Trong đó: n là số mol electron trao đổi cho 1 mol chất phản ứng; F là hằng số Faraday có giá trị là 96500 coulombs (điện. Trong bài thí nghiệm này, ta khảo sát một hệ điện hóa gồm hai điện cực Zn 2+ /Zn và Cu 2+ /Cu tiếp xúc trực tiếp với nhau qua một cầu muối KCl bão hòa. Các quá trình xảy ra trong pin điện hóa: . Bài 8 XÁC ĐỊNH ∆G, ∆H VÀ ∆S CỦA MỘT PHẢN ỨNG ĐIỆN HÓA  I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT • Những nguyên lý cơ bản cho sự thay đổi năng lượng diễn ra trong quá trình hóa học và vật lý