ĐỘNG HỌC - CÁC QUÁ TRÌNH ĐIỆN HÓA pps

„ Quá trình điện cực cân bằng: nghiên cứu ở đk không có dòng điện đi qua mạch, ở trạng thái cân bằng.. „ Quá trình có dòng điện đi qua mạch là quá trình không cân bằng: các hiện tượng di

Chương 15

ĐỘNG HỌC CÁC

QUÁ TRÌNH ĐIỆN HÓA

„ Quá trình điện cực cân bằng: nghiên cứu ở

đk không có dòng điện đi qua mạch, ở trạng

thái cân bằng

„ Quá trình có dòng điện đi qua mạch là quá

trình không cân bằng: các hiện tượng diễn ra

có liên quan tới sự có mặt của dòng điện sẽ

phụ thuộc thời gian

> Động hóa các quá trình điện cực xem xét các quá trình phụ thuộc vào cường độ dòng

điện (quá trình không cân bằng diễn ra trên

điện cực theo thời gian)

I HIỆN TƯỢNG ĐIỆN PHÂN

Nhờ dòng điện -> tạo ra phản ứng hóa học

Sn 2+ (dd) + 2 Cl - (dd) -> Sn(r) + Cl 2 (k)

1 Điện phân: Điện năng > Hĩa năng

„ Điện phân là quá trình xảy ra phản ứng (khơng tự xảy ra) nhờ tác dụng của

dịng điện áp từ bên ngồi

„ Quá trình điện phân giúp ta tiến hành

phản ứng mà ở điều kiện bình thường

khơng xảy ra được ( ΔG > 0)

„ Tốc độ phản ứng:

ªCó thể thay đổi W nhờ thay đổi I

Mật độ dòng điện:

o

m = k

dm

dt

dq

dt

=

I i

S

= diện tích bề

mặt điện cực

2 ĐIỆN THẾ PHÂN HỦY

Khi tăng điện thế bên ngồi E:

„ Ban đầu, I tăng chậm

(đường OA) & không có khí

O2 và H2 thoát ra trên các điện cực

„ Khi E > Ef (Ef =1,7V) thì:

I tăng vọt (đường AB) & có khí O2 và H2 thoát ra trên

các điện cực

I(mA)

E (V)

B

ĐL Ohm

A

E f

O

Giá trị Ef =1,7 V gọi là : Điện thế phân hủy

E f là điện thế mà phản ứng bắt đầu xảy ra

3 SỰ PHÂN CỰC

„ Là hiện tượng phát sinh giữa 2 điện cực 1 hiệu điện thế ngược chiều với điện thế tác dụng từ bên ngoài trong quá trình điện phân

pin hóa học

pin nồng độ

II QUÁ ĐIỆN THẾ (quá thế)

Trong 1 số trường hợp, điện thế phân hủy lớn

hơn suất điện động phân cực của pin:

E f (thực tế sẽ cần) > E pcực (lý thuyết)

Sự chênh lệch này gọi là QUÁ THẾ

η = E f - Epcực

Quá thế là điện thế phải tăng thêm (so với E pcực )

để sự điện phân xảy ra Quá thế thể hiện xu hướng chậm trễ phóng điện

Nguyên nhân gây ra quá thế:

sự khống chế của giai đoạn chậm nhất trong

quá trình điện phân (gồm hàng loạt các giai

đoạn nối tiếp nhau) Các yếu tố ảnh hưởng đến quá thế:

„ Bản chất của chất thoát ra ở điện cực

„ Bản chất và trạng thái của bề mặt điện cực

„ Mật độ dòng điện

„ Nhiệt độ

„ Thành phần của dung dịch

Các giai đoạn xảy ra trong quá trình phóng điện

của ion H 3 O + , giải phóng khí H 2 :

- Giai đoạn khuếch tán:

H 3 O + khuếch tán dung dịch → bề mặt điện cực

- Giai đoạn khử nước:

- Phóng điện & hấp phụ H :

- Kết hợp:

-Thoát khí:

Quá thế Hydro

H O+ → H + + H O

1

H+ + →e H

H Me+ → Me H

( )

2

2H hf → H dd

( ) ( )

Tốc độ của quá trình bị khống chế

bởi giai đoạn chậm nhất

„ Thuyết TAFEL:

giai đoạn kết hợp

chậm nhất

„ Thuyết phĩng

điện chậm: giai

đoạn phĩng điện

chậm nhất

Ý nghĩa của quá thế

„ Điện phân nước:

¾ Không có quá thế: E = 1,23 V

ªĐiện năng tiêu hao tăng lên khoảng 40%

ªQuá thế không có lợi

Mạ điện: Mạ kẽm: Zn 2+ + 2e -> Zn

Điện phân dd có Zn 2+ và H + với:

2

2

2

2

2

1,0 khi i = 0,1 A/cm

H V

η =

2

0

Không có quá thế: tại catod H + phóng điện trước

Có quá thế:

thì tại catod, H + chỉ phóng điện khi

ªQuá thế có lợi

III ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN PHÂN Điều chế các hĩa chất cơ bản: NaOH, …

Tinh chế kim loại

IV ĂN MÒN KIM LOẠI BẢO VỆ KIM LOẠI KHỎI ĂN MÒN

Ăn mòn kim loại là hiện tượng kim loại bị

môi trường oxy hóa

2 cơ chế ăn mòn

„ Ăn mòn hóa học: do các chất khí khô (O 2 ,

mòn theo cơ chế của phản ứng dị thể, không

có dòng điện

„ Ăn mòn điện hóa: do có mặt chất điện ly

pin tế vi, tạo thành dòng điện

2 cơ chế ăn mòn có thể xảy ra đồng thời,

phần lớn kim loại bị hư hại do ăn mòn điện hóa

E > 0 (E = 0,8 ÷ 1.2 V) Ö quá trình tự xảy ra

tạo thành 1 pin

Hình thành Gỉ sét:

4Fe (dd) + O (k) + 4H (dd) = 4Fe (dd) + 2H O(l)

Fe (dd) + 4H O(l) = Fe O H O(r) + 6H (dd)

- 2+

Fe(r) -2e Fe (dd)

O (k) + 4H (dd) + 4e 2H O(l)

2Fe(r) + O (g) + 4H (dd) 2Fe (dd) + 2H O(l)

=

=

=

Anod:

Catod:

Trong môi trường ẩm có oxy hòa tan:

BẢO VỆ KIM LOẠI KHỎI ĂN MÒN

„ Dùng lớp phủ bảo vệ kim loại bằng:

™Sơn

™Màng oxit kim loại bền vững như Al 2 O 3

nguyên tử bề mặt nhờ quá trình oxy hóa:

2Fe(r) + 2Na 2 CrO 4 (l) + 2H 2 O(l) >

Fe 2 O 3 (r) + Cr 2 O 3 (r) + 4NaOH(l)

thay cho Fe)

„ Xử lý môi trường ăn mòn:

™Giảm chất khử cực (O 2 hòa tan trong

nước) trong môi trường : đun nước nóng, thổi khí trơ, thêm chất khử (Na 2 SO 3 ), cho nước chảy qua phoi thép

™Thêm chất ức chế làm giảm tốc độ ăn

mòn bằng cách làm giảm tốc độ quá trình anod hoặc catod

„ Bảo vệ Catod

™ Nối kim loại cần bảo vệ với kim loại khác

dễ bị oxy hóa hơn: Mg

„Fe thành catod

kim loại cần bảo vệ, cực (+) nối với vật

khác

Ö cung cấp electron cho chất khử cực