Giáo án điện tử môn Hóa Học: Hóa đại cương A1 pptx

CHƯƠNG 8: ĐIỆN HOÁ HỌC CHƯƠNG 8: ĐIỆN HOÁ HỌC 8.1Phản ứng oxi hóa- khử (Oxid hóa - khử) 8.1Phản ứng oxi hóa- khử (Oxid hóa - khử) Phản ứng oxi hóa khử là phản ứng trong đó nguyên tử hay Phản ứng oxi hóa khử là phản ứng trong đó nguyên tử hay ion này nhường điện tử cho nguyên tử hay ion khác. ion này nhường điện tử cho nguyên tử hay ion khác. Chất oxi hóa Chất oxi hóa là chất nhận điện tử được hay là Chất oxi hóa Chất oxi hóa là chất nhận điện tử được hay là chất có số oxi hóa giảm sau phản ứng. Chất oxi hóa sau chất có số oxi hóa giảm sau phản ứng. Chất oxi hóa sau khi nhận điện tử sẽ tạo thành chất khử tương ứng (chất khử khi nhận điện tử sẽ tạo thành chất khử tương ứng (chất khử liên hợp). Do đó, chất oxi hóa còn được gọi là chất bị khử. liên hợp). Do đó, chất oxi hóa còn được gọi là chất bị khử. Chất khử: Chất khử: Fe -3e Fe Fe -3e Fe 3+ 3+ (quá trình oxi hoá) (quá trình oxi hoá) Chất oxi hoá: Chất oxi hoá: Cu Cu 2+ 2+ +2e Cu (quá trình khử) +2e Cu (quá trình khử) a)P a)P hương pháp cân bằng electron : hương pháp cân bằng electron : Các bước cân bằng: Các bước cân bằng: Bước 1: Viết sơ đồ phản ứng với các nguyên tố có sự Bước 1: Viết sơ đồ phản ứng với các nguyên tố có sự thay đổi số oxi hóa. thay đổi số oxi hóa. Bước 2: Viết các quá trình: khử (cho electron), oxi hóa Bước 2: Viết các quá trình: khử (cho electron), oxi hóa (nhận electron). (nhận electron). Bước 3: Cân bằng electron: nhân hệ số để: Bước 3: Cân bằng electron: nhân hệ số để: Tổng số electron cho = tổng số electron nhận. Tổng số electron cho = tổng số electron nhận. (tổng số oxi hóa giảm = tổng số oxi hóa tăng). (tổng số oxi hóa giảm = tổng số oxi hóa tăng). Bước 4: Cân bằng nguyên tố không thay đổi số oxi hoá Bước 4: Cân bằng nguyên tố không thay đổi số oxi hoá (thường theo thứ tự: (thường theo thứ tự: kim loại (ion dương): kim loại (ion dương): gốc axit (ion âm). gốc axit (ion âm). môi trường (axit, bazơ). môi trường (axit, bazơ). nước (cân bằng nước (cân bằng H2O H2O để cân bằng hiđro). để cân bằng hiđro). Bước 5: Kiểm soát số nguyên tử oxi ở 2 vế (phải bằng Bước 5: Kiểm soát số nguyên tử oxi ở 2 vế (phải bằng nhau). nhau). vd:Fe0 → Fe vd:Fe0 → Fe 3+ 3+ + 3e + 3e 1 x 2Fe0 → 2Fe 1 x 2Fe0 → 2Fe 3+ 3+ + 6e + 6e 3 x S 3 x S 6+ 6+ + 2e → S + 2e → S 6+ 6+ 2Fe + 6H 2Fe + 6H 2 2 SO4 → Fe SO4 → Fe 2 2 (SO4) (SO4) 3 3 + 3SO + 3SO 2 2 + + 6H 6H 2 2 O O b)Phương pháp cân bằng ion – electron b)Phương pháp cân bằng ion – electron Bước 1: Tách ion, xác định các nguyên tố có số oxi hóa thay đổi và Bước 1: Tách ion, xác định các nguyên tố có số oxi hóa thay đổi và viết các nửa phản ứng oxi hóa – khử. viết các nửa phản ứng oxi hóa – khử. Bước 2: Cân bằng các bán phản ứng: Bước 2: Cân bằng các bán phản ứng: Cân bằng số nguyên tử mỗi nguyên tố ở hai vế: Cân bằng số nguyên tử mỗi nguyên tố ở hai vế: Bước 3: Cân bằng electron: nhân hệ số để Bước 3: Cân bằng electron: nhân hệ số để Bước 4: Cộng các nửa phản ứng ta có phương trình ion thu gọn. Bước 4: Cộng các nửa phản ứng ta có phương trình ion thu gọn. Bước 5: Để chuyển phương trình dạng ion thu gọn thành phương Bước 5: Để chuyển phương trình dạng ion thu gọn thành phương trình ion đầy đủ và phương trình phân tử cần cộng vào 2 vế trình ion đầy đủ và phương trình phân tử cần cộng vào 2 vế những lượng bằng nhau các cation hoặc anion để bù trừ điện những lượng bằng nhau các cation hoặc anion để bù trừ điện tích. tích. Bước 1: Cu + H+ + NO3- → Cu2+ + 2NO3- + NO + H2O Bước 1: Cu + H+ + NO3- → Cu2+ + 2NO3- + NO + H2O Cu0 → Cu2+ Cu0 → Cu2+ NO3- → NO NO3- → NO Bước 2: Cân bằng nguyên tố: Bước 2: Cân bằng nguyên tố: Cu → Cu2+ Cu → Cu2+ NO3- + 4H+ → NO + 2H2O NO3- + 4H+ → NO + 2H2O Cân bằng điện tích Cân bằng điện tích Cu → Cu2+ + 2e Cu → Cu2+ + 2e NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O Bước 3: Cân bằng electron: Bước 3: Cân bằng electron: 3 x Cu → Cu2+ + 2e 3 x Cu → Cu2+ + 2e 2 x NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O 2 x NO3- + 4H+ + 3e → NO + 2H2O Bước 4: 3Cu + 2NO3- + 8H+ → 3Cu2+ + 2NO + 4H2O Bước 4: 3Cu + 2NO3- + 8H+ → 3Cu2+ + 2NO + 4H2O Bước 5: 3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO +4H2O Bước 5: 3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO +4H2O 8.2.1 Lớp điện tích kép 8.2.1 Lớp điện tích kép Nhúng 1 tấm kim loại vào nước => kim loại tích Nhúng 1 tấm kim loại vào nước => kim loại tích điện âm và nước tích điện dương: điện âm và nước tích điện dương: M (r) +mH M (r) +mH 2 2 O -ne M O -ne M n+ n+ .mH .mH 2 2 O O => giữa bề mặt KL và dung dịch xuất hiện một => giữa bề mặt KL và dung dịch xuất hiện một lớp điện tích kép với một thế hiệu xác định. độ lớp điện tích kép với một thế hiệu xác định. độ lớn của thế hiệu phụ thuộc vào bản chất KL. lớn của thế hiệu phụ thuộc vào bản chất KL. 8.2.2Điện cực 8.2.2Điện cực Kn:điện cực là một hệ gồm một thanh dẫn điện (bằng kim loại Kn:điện cực là một hệ gồm một thanh dẫn điện (bằng kim loại hoặc phi kim như than chì…) tiếp xúc với dung dịch chứa một hoặc phi kim như than chì…) tiếp xúc với dung dịch chứa một cặp oxi hoá - khử liên hợp. cặp oxi hoá - khử liên hợp. Có 4 loại điện cực thường gặp: Có 4 loại điện cực thường gặp: 1.Điện cực kim loại – ion kim loại 1.Điện cực kim loại – ion kim loại : gồm một kim loại tiếp xúc : gồm một kim loại tiếp xúc với ion của nó trong dung dịch. Ví dụ thanh kẽm tiếp xúc dung với ion của nó trong dung dịch. Ví dụ thanh kẽm tiếp xúc dung dịch ZnSO4. dịch ZnSO4. Zn -2e Zn Zn -2e Zn 2+ 2+ (dd) (dd) Điện cực kẽm thường được kí hiệu tắt: Zn(r)/Zn(dd) Điện cực kẽm thường được kí hiệu tắt: Zn(r)/Zn(dd) 2)Điện cực khí – ion 2)Điện cực khí – ion : đó là loại điện cực trong đó chất khí tiếp : đó là loại điện cực trong đó chất khí tiếp xúc với cation của nó. Ví dụ điện cực hidro: khí hidro H xúc với cation của nó. Ví dụ điện cực hidro: khí hidro H 2 2 tiếp tiếp xúc với cation H+ xúc với cation H+ 2H 2H + + (dd)+ 2e H (dd)+ 2e H 2 2 Điện cực hidro thường được kí hiệu tắt: H Điện cực hidro thường được kí hiệu tắt: H + + (dd)/H (dd)/H 2 2 (k)/Pt(r) (k)/Pt(r) Điện cực hidro thường được kí hiệu tắt: H Điện cực hidro thường được kí hiệu tắt: H + + (dd)/H (dd)/H 2 2 (k)/Pt(r) (k)/Pt(r) Điện cực tiêu chuẩn của hidro được quy ước là có điện thế bằng 0, Điện cực tiêu chuẩn của hidro được quy ước là có điện thế bằng 0, và dùng làm chuẩn để so sánh khi đo điện thế các điện cực khác. và dùng làm chuẩn để so sánh khi đo điện thế các điện cực khác. 3)Điện cực kim loại - muối không tan của kim loại 3)Điện cực kim loại - muối không tan của kim loại : : Điện cực bạc - bạc clorua, kim loại (Ag) tiếp xúc với muối không Điện cực bạc - bạc clorua, kim loại (Ag) tiếp xúc với muối không tan của nó (AgCl) đồng thời cũng tiếp xúc với dung dịch chứa tan của nó (AgCl) đồng thời cũng tiếp xúc với dung dịch chứa muối tan cùng anion (Cl-). muối tan cùng anion (Cl-). AgCl(r) + 1e Ag +Cl AgCl(r) + 1e Ag +Cl - - Điện cực bạc được kí hiệu tắt: Cl-(dd)/AgCl(r)/Ag(r) Điện cực bạc được kí hiệu tắt: Cl-(dd)/AgCl(r)/Ag(r) Cũng thuộc loại điện cực của kim loại - muối không tan còn có Cũng thuộc loại điện cực của kim loại - muối không tan còn có điện cực calomen. điện cực calomen. 4)Điện cực trơ 4)Điện cực trơ : gồm một thanh kim : gồm một thanh kim loại trơ tiếp xúc với dung dịch chất ở loại trơ tiếp xúc với dung dịch chất ở hai trạng thái oxi hoá - khử khác nhau, hai trạng thái oxi hoá - khử khác nhau, ví dụ dung dịch chứa hỗn hợp hai ví dụ dung dịch chứa hỗn hợp hai muối FeCl muối FeCl 3 3 với FeCl với FeCl 2 2 . . Fe Fe 2+ +1e Fe +1e Fe 3+ 3+ 8.3 PIN ĐIỆN HÓA 8.3 PIN ĐIỆN HÓA 1) Hiện tượng: Kim điện kế lệch xuất hiện dòng điện một 1) Hiện tượng: Kim điện kế lệch xuất hiện dòng điện một chiều từ lá Cu (cực dương) sang lá Zn (cực âm). Chiều di chiều từ lá Cu (cực dương) sang lá Zn (cực âm). Chiều di chuyển của dòng electron ở mạch ngoài thì ngược lại, từ lá chuyển của dòng electron ở mạch ngoài thì ngược lại, từ lá Zn sang lá Cu. Zn sang lá Cu. [...]... đồng là + 0,34V Tại anot xảy ra quá trình ôxi hóa, điện thế của điện cực của anot gọi là thế oxi hóa Như vậy, điện thế sinh ra bởi điện cực catot được gọi là thế khử VD2: : 1 pin tạo thành từ 1 điện cực hidro chuẩn với 1 điện cực kẽm chuẩn, sức điện động của pin là 0,76V ( ở 250C) biết catot là điện cực hidro Hãy xác định thế điện cực khử tiêu chuẩn của điện cực kẽm Zn(r) | Zn2+(1M) || H+(1M) | H2(k,... H2(k, 1 atm) | Pt(r) khi là Điện thế này gán giá trị = 0 volt E02H+/H2 = 0  Thế điện cực tiêu chuẩn của một cặp oxi hóakhử liên hợp chính là sức điện động của một pin ráp bởi điện cực tiêu chuẩn của cặp oxi hóa – khử liên hợp đó với điện cực hidro tiêu chuẩn  VD1: Xác định thế điện cực chuẩn của điên cực đồng khi ghép với điện cực hidro tiêu chuẩn thành 1 pin Biết sức điện động của pin là 0,34V ở... tiêu chuẩn của điện cực calomen = +0,268V  2Hg(l) + Cl- (k) 8.4.2 Ý nghĩa của đại lượng thế điện cực khử tiêu chuẩn: 1/ Thế điện cực khử càng lớn thì tính oxi hóa của dạng oxi hóa càng mạnh, tính khử của dạng khử liên hợp càng yếu 2/ Dự đoán khả năng tự diễn biến của 1 phản ứng oxi hóa khử trong dung dịch ở điều kiện tiêu chuẩn 1/ Thế điện cực khử càng lớn thì tính oxi hóa của dạng oxi hóa càng mạnh,... oxi hóa của cặp có thế điện cực lớn hơn có khả năng chiếm electron của dạng khử có cặp thế khử nhỏ hơn 8.5CÔNG ĐIỆN CỦA PIN VÀ PHƯƠNG TRÌNH NERNST 1 Công điện của pin + Điện năng do pin san sinh ra nhờ công hữu ích của phản ứng hóa học.Khi có điện lượng từ AB có điện thế V thì công mà hệ đã sản sinh ra là -Q V Ví dụ: Một pin 6V tạo dòng điện 1,25A trong 1,5h.Tính điện lượng Q đã qua mạch và công điện. .. điện một điện cực, người ta chọn một điện cực nào đó để làm chuẩn so sánh và gán cho nó một giá trị điện thế nhất định Trong một điện cực bất kì được gọi là tiêu chuẩn phải có những yếu tố sau:  Hoạt động của tác chất và sản phẩm phải bằng đơn vị 1M  Áp suất khí = 1atm  Nhiệt độ : 25oC Điện cực chuẩn so sánh được quốc tế chấp nhận là “ điện cực hidro tiêu chuẩn” Điện cực hidro tiêu chuẩn được biểu... Zn2+ Như vậy, thế điện cực oxi hóa của điện cực kẽm = +0,76V Để thu được thế khử cần đổi dấu; do đó ta có thể khử chuẩn của điện cực kẽm : Zn2+ + 2e- -> Zn(r) E0Zn2+/Zn = 0.76V Ngày nay người ta còn sử dụng điện cực calomen thay thế cho điện cực hidro để tăng sự chính xác Điện cực này được chế tạo từ kim loại thủy ngân trộn calomen Hg2Cl2 trong dung dịch KCl Hg2Cl2(r) + 2e- So với điện cực hidro tiêu...2- Cơ chế phát sinh dòng điện trong pin điện hóa : Cực Zn: cực âm(hay anot) Zn → Zn2+ + 2e (chất khử) sự oxi hóa nguyên tử Zn Cực Cu: cực dương (hay catot) Cu2+ + 2e → Cu (chất oxi hoá ) sự khử ion Cu2+ + Điện cực kẽm mòn dần + Có lớp kim loại bám trên cực Cu + Màu xanh cốc đựng CuSO4 nhạt dần Cầu muối: làm cân bằng điện tích trong dung dịch I e2eZn2+(aq) Zn I e2eCu2+(aq)... pin điện hoá Zn-Cu xảy ra phản ứng oxi hoá khử:Cu2+ (chất oxi hoá mạnh hơn) đã oxi hoá Zn (chất khử mạnh hơn) thành Zn2+ (chất oxi hoá yếu hơn) và Cu (chất khử yếu hơn) và năng lượng hoá học của phản ứng oxi hoá - khử đã chuyển hoá thành điện năng  Lưu ý:chiều dòng điện là chiều từ cực dương(Cu) qua cực âm(Zn) 8.4.1  Đại lượng thế điện cực tiêu chuẩn: Để xác định giá trị tuyệt đối của thế điện một điện. .. thuận nghịch nhiệt động học thì công đó hữu ích cực đại( wmax).Tại điều kiện nhiệt độ,áp suất không đổi,biến thiên thế đẳng áp đúng bằng công hữu ích cực đại: G = wmax= wđiện = -Q V G = -nFE + Điện tích một mol electron được gọi 1 Faraday (F) 1.Công điện của pin + Tại điều kiện chuẩn: G0 = -nFE0 Ví dụ2: Cho điện thế tiêu chuẩn của hai cặp phản ứng oxi hóakhử:Fe3+ (dd) + 1e-  Fe2+ (dd) Eo1 = +0,770V... đến cực đồng (Sức điện động của pin là hiệu điện thế điện cực dương và điện cực âm) Ta có : anot là điện cực hidro Theo sơ đồ nguyên tố Galvani trên: Pt(r) | H2(k) | H+(1M) || Cu 2+ (1M) | Cu(r) Anot : H2 – 2e -> 2H+ Catot : Cu2+ + 2e -> Cu(r) Pin : H2(k) + Cu2+ -> 2H+ + Cu(r) Vì Nên E0 = 0 E0 = ? E0 = 0,34V E0pin = E0anot + E0catot E0Cu2+/Cu = E0pin - E0hidro = 0,34 0 = 0,34V  Điện cực khử tiêu chuẩn . nguyên tử hay ion này nhường điện tử cho nguyên tử hay ion khác. ion này nhường điện tử cho nguyên tử hay ion khác. Chất oxi hóa Chất oxi hóa là chất nhận điện tử được hay là Chất oxi hóa Chất. ĐIỆN HOÁ HỌC CHƯƠNG 8: ĐIỆN HOÁ HỌC 8.1Phản ứng oxi hóa- khử (Oxid hóa - khử) 8.1Phản ứng oxi hóa- khử (Oxid hóa - khử) Phản ứng oxi hóa khử là phản ứng trong đó nguyên tử hay Phản ứng oxi hóa. hóa Chất oxi hóa là chất nhận điện tử được hay là chất có số oxi hóa giảm sau phản ứng. Chất oxi hóa sau chất có số oxi hóa giảm sau phản ứng. Chất oxi hóa sau khi nhận điện tử sẽ tạo thành