Pin điện hóa Khái niệm Cơ chế phát sinh dòng điện trong pin điện hóa Pin điện hóa Suất điện động Điện hóa là tên gọi một lĩnh vực trong hóa học nghiên cứu về mối liên hệ giữa các quá trình hóa học và dòng điện. Một phản ứng hóa học xảy ra khi có dòng điện chạy qua, hay qua phản ứng hóa học có một hiệu điện thế, đây là những quá trình điện hóa. Trong các quá trình này luôn tồn tại đồng thời hai hiện tượng: ôxi hóa và ôxi hóa khử ( phản ứng ôxi hóa khử 1799: Alexandro Volta lần đầu tiên chế tạo ra pin hoạt động được, trước đấy Luigi Galvani đã có nhiều thí nghiệm trên đùi ếch, các cơ chúng co lại khi chạm vào kim loại khác nhau 1832: Michael Faraday phát hiện ra định luật cơ bản về điện hóa 1929: Jaroslav Heyrovský nghiên cứu về phương pháp cực phổ và nhận được giải Nobel hóa học cho công trình này vào năm 1959 1969: tế bào nhiên liệu hiđrô đã được nghiên cứu và dùng trong chương trình Apollo, chúng không chỉ là nguồn điện mà còn cung cấp cả nước cho phi hành đoàn Hai nhà hóa học Anh John Daniell (Trái) and Michael Faraday (Phải), là cha đẻ của ngành điện hóa ngày nay. Hai cốc thủy tinh, một cốc chứa 50 ml dung dịch CuSO4 1M, cốc kia chứa 50 ml dung dịch ZnSO4 1M. Nhúng một lá Cu vào dung dịch CuSO4, một lá Zn vào dung dịch ZnSO4. Nối hai dung dịch bằng một hình chữ U đựng dung dịch Na2SO4 (hoặc KNO3). Ống này được gọi là cầu muối. Thiết bị nói trên được gọi là pin điện hóa vì khi nối hai lá kim loại bằng một dây dẫn sẽ đo được một dòng điện đi từ lá Cu (điện cực +) đến lá Zn (điện cực –) - Sự xuất hiện dòng điện đi từ cực Cu sang cực Zn chứng tỏ rằng có sự chênh lệch điện thế giữa hai điện cực nói trên, tức là trên mỗi điện cực đã xuất hiện một thế điện cực nhất định - Suất điện động của pin (E) là hiệu của thế điện cực dương (E(+)) và điện cực âm (E(-)). Điện cực dương là điện cực có thế lớn hơn và suất điện động của pin luôn là số dương E = E(+) – E(-) - Suất điện động chuẩn của pin (Eo) là suất điện động khi nồng độ ion kim loại ở điện cực đều bằng 1M (ở 25oC) Eo = Eo(+) – Eo(-) hoặc Eo = Eocatot – Eoanot - Ví dụ Eo = EoCu2+/Cu – EoZn2+/Zn gọi là suất điện động chuẩn của pin điện hóa Zn – Cu a)Thớ nghieọm Cho chaùy caựi naứy ủi Pin dien hoa 123.s wf • - Trong quá trình hoạt động của pin điện hóa Zn – Cu, nồng độ ion Zn2+ trong cốc đựng dung dịch ZnSO4 tăng dần, nồng độ ion Cu2+ trong cốc kia giảm dần. Đến một lúc nào đó, dòng electron trong dây dẫn không còn, dòng điện tự ngắt - Để duy trì được dòng điện trong quá trình hoạt động của pin điện hóa, người ta dùng cầu muối. Vai trò của cầu muối là trung hòa điện tích của 2 dung dịch: các ion dương Na+ hoặc K+ và Zn2+ di chuyển qua cầu muối đến cốc đựng dung dịch CuSO4. Ngược lại , các ion âm SO42- hoặc NO3- di chuyển qua cầu muối đến dung dịch ZnSO4 - Điện cực Zn bị oxi hóa: Zn → Zn2+ + 2e (sự mất electron xảy ra trên bề mặt lá Zn và lá Zn trở thành nguồn electron nên đóng vai trò cực âm, các electron theo dây dẫn đến cực Cu). Do vậy cực Zn bị ăn mòn - Trong cốc đựng dung dịch CuSO4, các ion Cu2+ di chuyển đến lá Cu, tại đây chúng bị khử thành Cu kim loại bám trên cực đồng: Cu2+ + 2e → Cu. Nồng độ Cu2+ trong dung dịch giảm dần, khiến cho màu xanh trong dung dịch nhạt dần - Ở mạch ngoài (dây dẫn), dòng electron đi từ cực Zn sang cực Cu còn dòng điện đi từ cực u sang cực Zn. Vì thế điện cực Zn được gọi là anot (nơi xảy ra sự oxi hóa), điện cực Cu được gọi là catot (nơi xảy ra sự khử). Vậy trong pin điện hóa, anot là cực âm còn catot là cực dương Kết luận: • - Có sự biến đổi nồng độ của các ion Cu2+ và Zn2+ trong quá trình hoạt động của pin - Năng lượng của phản ứng oxi hóa – khử trong pin điện hóa đã sinh ra dòng điện một chiều - Những yếu tố ảnh hưởng đến suất điện động của pin điện hóa như: nhiệt độ, nồng độ của ion kim loại, bản chất của kim loại làm điện cực • Trong sản xuất các kim loại như kali, nhôm, hay các halogen như clo, flo, qua điện phân • Sản xuất các nguồn điện di động như pin, ắc quy, tế bào nhiên liệu, • Phân tích các chất hóa học trong hóa phân tích, ví dụ trong phương pháp cực phổ . Trong cốc đựng dung dịch CuSO4, các ion Cu2+ di chuyển đến lá Cu, tại đây chúng bị khử thành Cu kim loại bám trên cực đồng: Cu2+ + 2e → Cu. Nồng độ Cu2+ trong dung dịch giảm dần, khiến cho. caựi naứy ủi Pin dien hoa 123 .s wf • - Trong quá trình hoạt động của pin điện hóa Zn – Cu, nồng độ ion Zn2+ trong cốc đựng dung dịch ZnSO4 tăng dần, nồng độ ion Cu2+ trong cốc kia giảm dần muối là trung hòa điện tích của 2 dung dịch: các ion dương Na+ hoặc K+ và Zn2+ di chuyển qua cầu muối đến cốc đựng dung dịch CuSO4. Ngược lại , các ion âm SO 42- hoặc NO3- di chuyển qua cầu