PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA pps

12/7/2010 604006 -chương 12 11 CHƯƠNG 12 - PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA 1. Cơ sở lý thuyết 2. Lý thuyếtphản ứng điệnhóa 3. Điện phân 4. Phương pháp điệnhóa–ứng dụng 12/7/2010 604006 -chương 12 22 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN Cặpoxihóa–khử liên hợp Fe 3+ + 1e Æ Fe 2+ ][ ][ lg 059,0 2 3 0 // 2323 + + += ++++ Fe Fe n FeFeFeFe ϕϕ ][ ][ lg 1 059,0 3 2 0 // 2323 + + −= ++++ Fe Fe FeFeFeFe ϕϕ Q n FeFeFeFe lg 059,0 0 // 2323 −= ++++ ϕϕ PT Nernst 12/7/2010 604006 -chương 12 33 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN Cặpoxihóa–khử liên hợp MnO 4 - + 5 e + 8H + Æ [Mn 2+ ] + 4H 2 O 8 4 2 0 ]].[[ ][ lg 5 059,0 4 +− + −= − HMnO Mn MnO ϕϕ Q MnO lg 5 059,0 0 4 −= − ϕϕ Æ Có thể thay đổithế oxi hóa – khử bằng cách thay đổi[ ], môi trường, chấttạophức… 12/7/2010 604006 -chương 12 44 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN ϕ càng nhỏ thì dạng oxi hóa yếu-dạng khử mạnh ϕ càng lớnthìdạng oxi hóa mạnh - dạng khử yếu Chiềuphản ứng oxi hóa – khử (chiều điện hóa) Oxi hóa mạnh + khử mạnh Æ oxi hóa yếu+ khử yếu ΔG 0 T = -nFE 0 ΔG T = -nFE ΔG 0 = -RT.lgK lgK = n.E 0 /0,059 E 0 = ϕ 0 (+) - ϕ 0 (-) 12/7/2010 604006 -chương 12 55 GIẢN ĐỒ THẾ KHỬ VÀ ỨNG DỤNG MnO 4 - → MnO 4 2- → MnO 2 (r) → Mn 3+ → Mn 2+ ϕ 0 =0,56V ϕ 0 =2,26V ϕ 0 =0,95V ϕ 0 =1,51V Ứng dụng -Xác đònh được ion hay phân tử không bền: Ion có thế khử trước nó bé hơn thế khử sau nó Ỉ không bền -Tính thế khử của cặp chưa biết thế khử? - Dự đoán được sản phẩm của các phản ứng 12/7/2010 604006 -chng 12 66 Tớnh theỏ khửỷ cuỷa caởp: a. MnO 4 - / MnO 2 b. MnO 2 /Mn 2+ G 0 = G 0 1 + G 0 2 G 0 = -nF 0 Bi tp 12/7/2010 604006 -chương 12 77 2MnO 4 - + 3Tl + + 8H + Æ 2MnO 2 + 3Tl 3+ + 4H 2 O VD: Xeùt phaûn öùng: MnO 4 - + Tl + + H + Æ ? Tl 3+ Tl + Tl ϕ 0 =1,25V ϕ 0 = -0,34V V51,1 0 Mn/MnO 2- 4 = + ϕ ϕ 0 =1,69V ϕ 0 =1,23V MnO 4 - → MnO 2 (r) → Mn 2+ 12/7/2010 604006 -chương 12 88 Cho thế oxyhóa khử của một số hợp chất của nitơ: NO 3 - +0,94 V HNO 2 + 1,0 V NO NO 3 - +0,01 V NO 2 - -0,46 V NO a.Tính thế oxihóa khử đối với cặp NO 3 - /NO trong môi trường kiềm và axit b. Trong môi trường nào hợp chất của N(+3) bền, môi trường nào không bền? Tại sao? c. NO 3 - thể hiện tính oxihóa trong môi trường nào mạnh hơn? d.NO 2 - thể hiện tính khử trong môi trường nào mạnh hơn? Trong môi trường axit Trong môi trường kiềm 12/7/2010 604006 -chương 12 99 LÝ THUYẾT VỀ PHẢN ỨNG ĐIỆN HÓA Phản ứng hóa học: phản ứng hóa họcxảyrakhicácchất tiếpxúcvới nhau A + B Æ C + D Phản ứng điện hóa: khi các chất tham gia phản ứng tiếpxúc vớivậtliệu trung gian khác gọilàđiệncực Điệncựccóthể: -Trao đổi điệntử, trao đổinăng lượng không tiêu hao về chất (điệncựctrơ) -Điệncực tham gia phản ứng Æ điệncựcbị tiêu hao -Điệncựccóthể là xúc tác, hấpphụ -Điệncựccóthể là nơi cung cấp, thu năng lượng từ thiếtbị 12/7/2010 604006 -chương 12 1010 LÝ THUYẾT VỀ PHẢN ỨNG ĐIỆN HÓA Phản ứng điện hóa vẫntuântheocácquyluật chung củaphản ứng hóa học: quyluậtvề nhiệt động và động học Tốc độ phản ứng điệnhóađượcbiểudiễnbằng mật độ dòng điệni (i = I/S) Quan hệ giữatốc độ phản ứng hóa họcvàđiện hóa học được biểudiễnqua định luật Faraday O x + ne ⇔ K V t = i A = n F k o C Ox V n = i C = nFk n C k [...]... -chương 12 25 PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA ỨNG DỤNG -Điện luyện kim loại -Tách và tinh chế kim loại -Tổng hợp một số chất bằng phương pháp điện phân: điện phân xút clo, điều chế H2O2, … -Mạ kim loại (mạ bảo vệ, trang trí, kỹ thuật ) -Mạ đúc điện -Biến tính bề mặt kim loại -Đánh bóng điện hóa -Tẩy dầu mỡ điện hóa -Tẩy gỉ điện hóa 12/7/2010 604006 -chương 12 26 Điện luyện kim loại Sản xuất Al bằng cách điện phân... THUYẾT VỀ PHẢN ỨNG ĐIỆN HÓA Nếu phản ứng điện hóa có ΔG < 0 phản ứng tự xảy ra: nguồn điện hóa học, pin nhiên liệu Nếu phản ứng điện hóa có ΔG > 0 phản ứng không tự xảy ra – muốn xảy ra phải cung cấp năng lượng bên ngoài : điện phân Sơ đồ mạch điện hóa : Nguồn điện 12/7/2010 Điện phân 604006 -chương 12 11 Mô hình phản ứng điện cực theo mô hình vật lí Ox + ne ↔ Kh Tốc độ phản ứng điện cực phụ thuộc:... bằng chất hóa học -Thực hiện được quá trình oxi hóa, quá trình khử ở mỗi điện cực khác nhau -Các chất oxi hóa khử mạnh khó có thể bị oxi hóa – khử bằng chất hóa học sử dụng oxi hóa – khử bằng điện phân 12/7/2010 604006 -chương 12 15 ĐIỆN PHÂN SƠ ĐỒ ĐIỆN PHÂN 1 Nguồn điện 2 Biến trở R 3 Vôn kế một chiều 4 Ampe kế 5 Anot 6 Catot 7 Dung dịch đp 8 Bể điện phân 12/7/2010 604006 -chương 12 16 ĐIỆN PHÂN Định... + H2O Phản ứng điện phân trong dung dịch axit Catot: 2H+ + 2e = H2 Anot: H2O -2 e = ½ O2 + 2 H+ 12/7/2010 604006 -chương 12 33 Điện phân H2O sản xuất O2, H2 Thiết bị điện phân nước với điện cực đơn cực 1.Catot 2.Anot 3.Màng 4.Thoát H2 5.Thoát O2 12/7/2010 604006 -chương 12 34 Phương pháp khử điện hóa/ oxi hóa điện hóa Nguyên tắc: -điện phân dung dịch muối nóng chảy trong chén trơ bằng điện cực Pt hoặc... luyện đồng 12/7/2010 604006 -chương 12 29 Tổng hợp bằng phương pháp điện hóa Điện phân sản xuất xút clo Có 3 công nghệ để điện phân muối ăn sản xuất xút – clo: - Công nghệ điện phân bằng điện cực thủy ngân - Công nghệ điện phân bằng màng ngăn - Công nghệ điện phân bằng màng trao đổi ion 12/7/2010 604006 -chương 12 30 Điện phân sản xuất NaClO, NaClO3 Điện phân NaCl không có màng ngăn Catot: bằng thép Anot:... quá thế catot Quá thế = thế điện cực khi có dòng điện – thế điện cực cân bằng 12/7/2010 604006 -chương 12 24 ĐIỆN PHÂN Quá thế Tùy nguyên nhân gây ra quá thế mà phân loại: -Quá thế điện hóa( do năng lượng hoạt hóa phản ứng trao đổi e với điện cực lớn) -Quá thế khuếch tán (do sự khuếch tán chất phản ứng chậm đến điện cực) -Quá thế điện trở (điện trở thuần dung dịch và do bề mặt điện cực tăng lên) -Quá thế... quá trình điện phân mới bắt đầu.(E tăng thì I tăng) 12/7/2010 604006 -chương 12 21 ĐIỆN PHÂN Thế phân hủy Điện thế cần thiết giữa hai điện cực để có sự điện phân xảy ra thế phân hủy Eph i Thế phân hủy phụ thuộc nhiều yếu tố như hình dạng, kích thước, bề mặt điện cực, điều kiện thoát khí, các đặc trưng khác… Ecb 12/7/2010 Khi12 điện phân H2O thì Eph 604006 -chương 22 =1,7V ĐIỆN PHÂN Sự phân cực hóa học... phản ứng điện hóa được thể hiện bằng dòng điện i ảnh hưởng các yếu tố đến vận tốc phản ứng được xem là các trở lực cho quá trình Trở lực của tốc độ phản ứng gồm có: -Trở lực khuếch tán Rtm -Trở lực của quá trình trao đổi điện tử Rtc -Trở lực của phản ứng trung gian, hấp phụ… RR -Trở lực của điện cực và dung dịch… R Ω 12/7/2010 604006 -chương 12 13 Quá thế Trong thiết bị điện hóa cần giảm điện trở để... là tổng điện thế cần dùng để khắc phục các trở lực bên trong mô hình ∑η = i.Rtm + i Rtc + iRR + iRΩ Độ lớn của quá thế phụ thuộc bản chất điện cực, mật độ dòng điện, thành phần dung dịch, nhiệt độ, các tham số khác … 12/7/2010 604006 -chương 12 14 ĐIỆN PHÂN Khái niệm: là phản ứng oxi hóa – khử được thực hiện dưới tác dụng của dòng điện một chiều Lưu ý: -Quá trình điện phân > quá trình oxi hóa – khử... chất Ox đến điện cực và chuyển sản phẩm Kh ra khỏi bề mặt điện cực (chiều thuận) -Các sản phẩm trung gian, hấp phụ, khử hấp phụ điện cực… - Các quá trình trao đổi điện tử ở bề mặt Trong đó động lực của quá trình chuyển chất phụ thuộc: gradient nồng độ, áp suất; quá trình khuếch tán; quá trình đối lưu; gradient điện thế… 12/7/2010 604006 -chương 12 12 Mô hình phản ứng điện cực theo mô hình điện Ox + ne . 11 CHƯƠNG 12 - PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA 1. Cơ sở lý thuyết 2. Lý thuyếtphản ứng điệnhóa 3. Điện phân 4. Phương pháp điệnhóa–ứng dụng 12/7/2010 604006 -chương 12 22 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN Cặpoxihóa–khử liên. THUYẾT VỀ PHẢN ỨNG ĐIỆN HÓA Phản ứng điện hóa vẫntuântheocácquyluật chung củaphản ứng hóa học: quyluậtvề nhiệt động và động học Tốc độ phản ứng điệnhóađượcbiểudiễnbằng mật độ dòng điệni (i = I/S) Quan. ĐIỆN HÓA Phản ứng hóa học: phản ứng hóa họcxảyrakhicácchất tiếpxúcvới nhau A + B Æ C + D Phản ứng điện hóa: khi các chất tham gia phản ứng tiếpxúc vớivậtliệu trung gian khác gọilàđiệncực Điệncựccóthể: -Trao