Bài giảng Hóa học đại cương: Chương 10 - GV. Quách An Bình

Bài giảng Hóa học đại cương: Chương 10 - GV. Quách An Bình

Chương 10:

Điện hóa học

10.1 Khái niệm về phản ứng oxy hóa khử 10.2 Cân bằng ptrình pứng oxy hóa khử 10.3 Poxhk và dđiện Ntố Ganvanic và đcực

10.5 Thế điện cực10.4 Sức điện động của nguyên tố Ganvanic

Enter

Chương 10:

Điện hóa học

10.6 Thế đcực và chiều của các pư-oxhk 10.7 Sự điện phân

10.8 Sự điện phân dd chất đly trong nước

10.10 Các nguồn điện hóa học 10.9 Các định luật điện phân

Back

10.1 Khái niệm về phản

ứng oxy hóa khử

 Phản ứng oxhk là phản ứng trong đó có sự thay đổi số oxy hóa của nguyên tố tham gia vào thành phần phân tử của các chất trong

10.1 Khái niệm về phản

ứng oxy hóa khử

Back Enter

 Như vậy trong mỗi phản ứng oxy hóa khử

luôn xảy ra hai quá trình đồng thời:

- Quá trình oxy hóa là qtrình nhận e gọi là sự

khử, chất oxy hóa là chất chứa nguyên tố

nhận e

- Quá trình khử là qtrình cho e gọi là sự oxy

hóa, chất khử là chất chứa nguyên tố nhường

Số oxy hóa

Sự khử (số oxy hóa giảm )

Sự oxy hóa (số oxy hóa tăng)

Back Enter

10.1 Khái niệm về phản

ứng oxy hóa khử

Một số thuật ngữ

thông dụng

• Sự oxy hóa – nhường electron

tăng số oxy hóa

• Sự khử – nhận electron

giảm số oxy hóa

• Chất oxy hóa – nhận electron

• Chất khử – nhường electron

• Cặp oxi hóa - khử liên hợp

Back Enter

Một số thuật ngữ

thông dụng

Back Enter

Ví dụ

Back

10.2 Cân bằng phương

trình phản ứng oxy hóa khử

 Một pư oxhk luôn có 2 quá trình cùng xảy ra

là qt oxh và qt khử

 Có 2 pp cân bằng pư oxh khử là cân bằng

electron và cân bằng ion- electron

Back

Ví dụ 2

Ví dụ 1

Ví dụ 1

 Các quá trình oxy hóa xảy ra gồm:

2(6) Mn+4 - 3e = Mn+7

1(3) Cl+5 + 6e = Cl-

Thay các hệ số trên vào phản ứng ta có:

MnO2 + KClO3 + KOH → KMnO4 + KCl + H2O

2MnO2 + KClO3 + 2KOH → 2KMnO4 + KCl + H2O

Back

10.3 Pứng oxhk và dòng điện

Nguyên tố Ganvanic và điện cực

 Hóa năng của pư oxhk có thể chuyển thành

nhiệt năng hay điện năng tùy vào phương pháp

Click xem Ví dụ

Q= -51,82 kcal

Back

Back Enter

Ví dụ

Back Enter

Ví dụ

Back Enter

Back Enter

Xem violip

Back Enter

Nguyên tố Ganvanic

 Để đơn giản và thuận tiện trong biểu diễn người

ta ký hiệu nguyên tố Ganvanic đồng-kẽm như

Nguyên tố Ganvanic

Dùng ký hiệu | để chỉ sự phân cách giữa hai pha;

các chất trong cùng một pha dùng dấu phẩy (,);

dùng | | để chỉ cầu muối ; anot được viết bên trái,

catot được viết bên phải

(-) Zn/ZnSO4 // CuSO4 /Cu(+)

Back

10.4 Sức điện động của

nguyên tố Ganvanic

Chất dẫn điện Điện cực 2

Thế hiệu cực đại = E (sức điện động) Nguyên tố ganvanic

Điện cực 1

Back Enter

10.4 Sức điện động của

nguyên tố Ganvanic

 Giả sử xét nguyên tố ganvanic hoạt động thuận

nghịch dựa trên phản ứng oxhk tổng quát:

CCc.CDd

CAa.CBb

RTnF

RTnF

CCc.CDd

CAa.CBb

CZn+2.CCu

CCu+2.CZn

RT2F

CZn+2

10.5 Thế Điện cực

 Mỗi hệ thống điện cực có đại lượng thế hiệu

đặc trưng gọi là thế hiệu điện cực

 Những đại lượng thế hiệu điện cực đặc trưng cho thế hiệu của các điện cực

 Đại lượng này được xác định trên việc so

sánh với thế điện cực của điện cực hydrô tiêu chuẩn

Back Enter

10.5 Thế Điện cực

Như đã nói thế điện cực tiêu chuẩn của một

cặp oxy hoá - khử là sức điện động của một pin tạo bởi điện cực chuẩn của cặp oxy hoá - khử

đó với điện cực hidro chuẩn

Thế Điện cực chuẩn

Back Enter

10.5 Thế Điện cực

Thế Điện cực chuẩn

Back Enter

10.5 Thế Điện cực

 Thế điện cực hydro tiêu chuẩn được biểu thị:

Pt(r)| H2 (k, 1atm)| H+ (1M) khi là anot

H+(1M) | H2 (k, 1atm)| Pt(r) khi là catot

E0

2H+/H2= 0 Thế Điện cực chuẩn

Back Enter

10.5 Thế Điện cực

 Hiện nay người ta thường dùng điện cực

calomen làm điện cực so sánh thay cho điện cực hydrô Điện cực này chế tạo từ kim loại thủy

ngân trộn calomen Hg2Cl2 trong dung dịch KCl

 So với điện cực tiêu chuẩn của hydrô thế điện

cực chuẩn của điện cực calomen bằng +0.268V

1/2Hg2Cl2(r) + 1e ↔ Hg(l) + Cl-(dd)

Thế Điện cực chuẩn

Back Enter

10.5 Thế Điện cực

 Thế điện cực của một điện cực là đại lượng

bằng thế hiệu của nó so với điện cực hydro tiêu

chuẩn ký hiệu là φ

 Thế điện cực được áp dụng các biểu thức

Trong đó:

φ0: thế điện cực tiêu chuẩn

n: số electron trao đổi trong quá trình điện cực

ΔG = -nFφ ΔG0 = -nFφ0

Back Enter

10.5 Thế Điện cực

 Ta có sức điện động của nguyên tố ganvanic

đồng-kẽm

RT2F

10.5 Thế Điện cực

 Như vậy:

Tổng quát hóa với quá trình điện cực viết theo

chiều oxy hóa:

φ = φ0 + Coxh

Ckh ln

Back Enter

φ = φ0 + Coxh

Ckh ln

Back Enter

10.5 Thế Điện cực

 Khi thay T= 2980K, R = 3,14 J/mol.K,

F = 965000culong và ln= 2,3lg ta được dạng cụ thể của pt Nernst cho phép tính thế điện cực của một

điện cực bất kỳ ở 250C

0,059 n

φ = φ0 + Coxh

Ckh lg

Back Enter

Ví dụ

Pt|Fe2+(0.10 M),Fe3+(0.20 M)||Ag+(1.0 M)|Ag(s)

Áp dụng phương trình Nernst để tính Ecell

Ví dụ

Fe2+(aq) + Ag+(aq) → Fe3+(aq) + Ag (s) (-)Pt|Fe2+(0.10 M),Fe3+(0.20 M)||Ag+(1.0 M)|Ag(s)(+)

0,059 n

Ta có φ0 = 0.80 - 0.77 = 0.03

0,059 1

φ = 0.03 - [0.2]

[0.1].[1.0]

lg = 0.011V

Back

10.6 Thế điện cực và chiều

phản ứng oxy hóa khử

Back Enter

10.6.1 Thế điện cực

10.6.2 Chiều phản ứng oxy hóa khử

10.6.3 Ý nghĩa của thế điện cực khử tiêu chuẩn

10.6.1 Thế điện cực

 Điều kiện tổng quát quyết định chiều tự diễn ra

của các phản ứng hóa học là thế đẳng áp của quá trình phải giảm Với pư oxy hóa khử dĩ nhiên cũng vậy

Back Enter

Khử hóa mạnh Bán phản ứng khử

Bảng thế điện cực tiêu chuẩn ở 25 0 C

10.6.2 Chiều của phản ứng

oxy hóa khử

 Giả sử chúng ta có cặp oxy hóa khử Oxh1/Kh1 và

Oxh2/Kh2 với thế điện cực tương ứng sau:

 Khi trộn lẫn các cặp oxy hóa khử này với nhau

sẽ có pư oxy hóa khử xảy ra mà có thể biểu diễn dưới dạng:

10.6.3 Ý nghĩa của thế điện

Back

So sánh độ mạnh của

chất oxy hóa và chất khử

Thế điện cực khử càng lớn thì tính oxi hóa của

dạng oxi hóa càng mạnh, tính khử của dạng liên

hợp càng yếu

Ví dụ:

Fe3+ + e  Fe2+ E0 = + 0,71V

Cu2+ + 2e  Cu0 E0 = + 0,337V

Tính oxi hóa của Fe3+ lớn hơn mạnh hơn Cu2+,

tính khử của của đồng kim loại lớn hơn tính khử

Dự đoán khả năng diễn

biến của một pư oxh khử

Phản ứng sau có xảy ra không nếu tất cả các chất

10.7 Sự điện phân

 Điện phân là quá trình oxi hóa- khử xảy ra trên

các điện cực khi có dòng điện 1 chiều đi qua chất

điện ly ở trạng thái nóng chảy hoặc dung dịch

Back Enter

10.7 Sự điện phân

 Lưu ý : Theo qui ước điện cực, ở đó có qt oxi

hóa (nhường e) là anot, còn điện cực mà tại đó

xãy ra qt khử (nhận e) là catot

+ Trong pin anot là cực âm, catot là cực dương

+ Trong điện phân catot là cực âm, anot là cực

dương

Back Enter

10.7 Sự điện phân

Back

10.8 Sự điện phân dung dịch

chất điện ly trong nước

Back

Điện phân chất điện

ly ở trạng thái nóng chảy

10.8.1 10.8.2

Điện phân chất điện

ly ở trạng thái dung dịch

10.8.1 Điện phân chất điện

ly ở trạng thái nóng chảy

 Đối với chất điện ly nóng chảy sự điện phân xảy

ra đơn giản Chẳng hạn điện phân NaCl nóng

10.8.2 Điện phân chất điện

ly ở trạng thái dung dịch

 Điện phân dung dịch chất điện ly trong nước thì

phức tạp hơn

 Trong nước có ion H+ và OH- có thể phóng điện

 Ví dụ khi điện phân dd NaCl trong nước, ion Na+,

H+ chạy về catot, còn Cl-, OH- về anot Ion nào

trong chúng sẽ phóng điện

Back

Click xem violip

Click xem violip

10.8.2 Điện phân chất điện

ly ở trạng thái dung dịch

 Trong quá trình điện phân trên catot trước hết

phải khử dạng oxy hóa của cặp oxy hóa khử có

khả năng oxy hóa mạnh nhất (thế điện cực lớn

nhất)

 Trên anot trước hết phải oxy hóa dạng khử của

cặp oxy hóa khử có thế điện cực nhỏ nhất

Click xem violip

Click xem violip

10.9.2 Định luật 1

- Khối lượng chất thoát ra tỉ lệ với điện lượng qua

bình điện phân

Trong đó:

- k: là đương lượng điện hóa về giá trị nó bằng khối lượng

chất thoát ra ở điện cực khi có một đơn vị điện lượng đi qua bình điện phân

- Q: là điện lượng có thể tính bằng đơn vị Faraday (F),

coulomb (C) hay ampe-giờ(I.t) (Ah)

Với: 1F= 96485,4 C ≈ 96.500 C

1F= 26,8015 Ah ≈ 26,8 Ah Back

m = k.Q

Quach An Binh

10.9.3 Định luật 2

- Những điện lượng như nhau đi qua bình điện

phân làm thoát ra cùng một số đương lượng gam

chất

- Cứ 1 F điện lượng đi qua bình điện phân thoát ra

1 đương lượng gam chất bất kỳ

Thay Q=I.t và Đ= A/n thì biểu thức toán học của định luật là

Ví dụ 1

 Tính khối lượng các chất thoát ra khi cho dòng

điện 10 A đi qua bình điện phân chứa dung dịch

Cu(NO3)2 trong 2h

 Khối lượng Cu kết tủa ở catot: Cu+2 + 2e = Cu

 Lượng O2 bay ra ở anot H2O – 2e= 2H+ + ½ O2

mCu = = 23,72 63,6 x 10 x 3600 x 2 (g)

2 x 96500

mO2 = = 5,96 16 x 10 x 3600 x 2 (g)

2 x 96500

Quach An Binh

Ví dụ 2

 Tìm khối lượng Cu thoát ra ở catot khi cho dòng

điện 2,68A qua bình điện phân CuSO4 trong

10.9.4 Ứng dụng

của điện phân

 Trong công nghệ luyện kim

 Bằng điện phân nóng chảy điều chế:Al, Mg,Na…

 Điện phân dung dịch muối có thể kết tủa: Zn,

Cd…Và điều chế F2, Cl2, H2, O2, H2O2

 Phương pháp xi mạ điện(Cr, Ni…) dùng để bảo

vệ chống ăn mòn kim loại, mỹ thuật

 Phương pháp đúc điện chế tạo ra các sản phẩm

có hình dạng phức tạp như khuôn ép tinh vi,

mạch điện tử

Back

Click xem violip

10.9.4 Ứng dụng

của điện phân

1 Điều chế oxy và hydrô

2 Điều chế Al

Back

10.10.1 Pin

Click xem violip

Back

 Pin phổ biến là pin Zn-Mn

Click xem violip

Click xem violip

10.10.1 Pin

 Hoạt động của pin Zn-Mn như sau:

- Vỏ kẽm là cực âm bị hòa tan:

10.10.1 Pin

10.10.1 Pin

 Ngoài ra còn có các loại pin khác:

- Pin oxyt thủy ngân hoạt động dựa trên sự oxy

hóa Zn bằng HgO trong môi trường kiềm(KOH)

- Pin Mg-Ag với quá trình điện hóa bằng pt phản

ứng oxy hóa khử:

HgO + Zn + 2KOH = Hg + K2ZnO2 + H2O

2AgCl + Mg = 2Ag + MgCl2

10.10.2 Acquy

Back

10.10.2 Acquy

10.10.2 Acquy

 Acquy là loại nguyên tố Ganvanic

 Acquy hoạt động thuận nghịch và nhiều vòng

 Có thể khôi phục khả năng phóng điện của nó

 Để tái sử dụng phải nạp điện cho nó

 Loại acquy phổ biến nhất là acquy chì

10.10.2 Acquy

Acqui chì gồm hai tấm chì khoét nhiều lỗ chứa

PbO nhúng trong dung dịch H2SO4 nồng độ 25%

10.10.2 Acquy

Như thế trong cả acqui xảy ra phản ứng:

- PbSO4 ở cực âm biến thành chì xốp hoạt động,

- Ở cực dương biến thành PbO2

Khi acqui hoạt động sẽ xảy ra quá trình phóng điện:

Cực (-) : Pb - 2e- + SO42- ↔ PbSO4

Cực (+) :

10.10.2 Acquy

Như thế trong cả acqui xảy ra phản ứng:

Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O

Tóm lại qtrình phóng điện và nạp điện của acquy

chì được biểu diễn bằng phản ứng thuận nghịch

Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O

Sức điện động lý thuyết của acquy chì là 2,04V

Phóng điện nạp điện

10.10.2 Acquy

 Ngoài ra còn có các loại acquy chì khác như:

- Acquy niken-cađimi với phản ứng oxy hóa khử:

2Ni(OH)3 + Cd 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2

- Acquy kẽm-bạc hoạt động dựa trên phản ứng

oxy hóa khử:

2AgO +2Zn + 2H2O 2Ag + 2Zn(OH)Phóng điện 2

nạp điện Phóng điện

nạp điện

Click xem violip 2

Click xem violip 3

Click xem violip 4

Back

LOGO

www.themegallery.com