Bài giảng hóa đại cương (phần 6)

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 57 pH Bước nhảy pH (3.2 ÷ 6.5) VHCl Chương XIV ĐIỆN HÓA HỌC Phản ứng oxy hóa – khử dòng điện 1.1 Phản ứng oxy hóa – khử: (O – K) Khái niệm: Phản ứng oxy hóa khử phản ứng có trao đổi electron nguyên tử nguyên tố tham gia phản ứng làm thay đổi số oxy hóa nguyên tố - Quá trình cho electron gọi trình oxy hóa, chất cho electron gọi chất khử (chất bò oxy hóa) Ví dụ: Zn  2e  Zn 2 - Quá trình nhận electrongọi trình khử, chất nhận electron gọi chất oxy hóa Ví dụ: Cu 2  2e  Cu Tổng quát: Kh I  Ox I  ne Ox II  ne  Kh II Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 58  Kh I  Ox II  Ox I  Kh II Cặp oxy hóa ‟ khử Ox I / Kh I , Ox II / Kh II 1.2 Cân phản ứng O – K: Nguyên tắc 1: Tổng số electron cho chất khử phải tổng số electron chất oxy hóa nhận vào Các bước tiến hành cân + Bước 1: Xác đònh thay đổi số oxy hóa chất + Bước 2: Lập phương trình electron ‟ ion, với hệ số cho qui tắc + Bước 3: Thiết lập phương trình ion phản ứng + Bước 4: Cân theo hệ số tỉ lượng Ví dụ: Al  CuSO  Al SO4 3  Cu Al  3e  Al3   2 Cu  2e  Cu   2Al  3Cu 2  2Al 3  3Cu 2Al  3CuSO  Al SO4 3  3Cu - - Nguyên tắc 2: Thiếu O bên nào, thêm nước bên đó, bên H  Đối với phản ứng O ‟ K xảy môi trường axit dạng Ox chất Ox có chứa nhiều nguyên tử Oxy dạng khử phải thêm H  vào vế trái (dạng Ox) thêm nước vào vế phải (dạng khử) Nếu dạng khử chất Kh chứa nguyên tử Oxy dạng Ox thêm nước vào vế trái (dạng K) H  vào vế phải (dạng Ox) Ví dụ: KMnO4  KNO2  H SO4  MnSO4  KNO3  K SO4  H O MnO 4  5e  Mn 2 NO 2  2e  NO3 MnO4  5e  8H   Mn 2  4H O NO2  2e  H O  NO3  2H  2 5 2MnO 4  5NO2  6H   2Mn   5NO3  3H O  2KMnO4  5KNO2  3H SO  2MnSO4  5KNO3  K SO  3H O Nguyên tắc 3: Thiếu O bân thêm OH  bên đó, bên nước - Phản ứng O ‟ K xảy môi trường bazơ, dạng Ox chất Ox chứa nhiều Oxy dạng khử phải thêm nước vào vế trái, OH  vào vế phải - Nếu dạng K chất K chứa Oxy dạng Ox phải thêm OH  vào vế trái, nước vào vế phải Ví dụ: KClO3  CrCl  KOH  K CrO  KCl   H O Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com   ClO 3  6e  3H O  Cl   6OH  1 Cr 2 3  3e  8OH  CrO  4H O  2 59 ClO 3  2Cr 3  OH   Cl   2CrO 42  5H O KClO3  2CrCl  10KOH  7KCl  2K CrO  5H O Nguyên tắc 4: Thêm nước vế trái hết, vế phải: OH  thêm e, H  e - Phản ứng môi trường trung tính Nếu dạng Ox chất Ox chứa nhiều nguyên tử Oxy dạng Kh phải thêm nước vào vế trái, OH  vào vế phải - Nếu dạng Kh chất Kh chứa nguyên tử Oxy dạng Ox phải thêm nươc vào vế trái, H  vào vế phải Ví dụ: KMnO4  KNO2  H O  MnO2  KNO3  KOH MnO4  3e  2H O  MnO2  4OH  NO2  2e  H O  NO3  2H  2 3 2MnO4  3NO2  7H O  2MnO2  3NO3  8OH   6H   6H O  2OH  2MnO4  3NO2  H O  2MnO2  3NO3  2OH   2KMnO4  3KNO2  H O  2MnO2  3KNO3  2KOH 1.3 Phản ứng O – K dòng điện Nguyên tố ganvanic điện cực: - Ở điều kiện bình thường, phản ứng O ‟ K xảy nơi hóa biến thành nhiệt - Ở điều kiện đặc biệt phản ứng O ‟ K xảy gián tiếp hai nơi khác hóa biến thành điện (qua dây dẫn) Nguyên tố ganvanic: Là thiết bò chuyển hóa sang điện Cấu tạo gồm hai kim loại, nhúng dung dòch muối nó, nối với qua sợi dây dẫn kim loại Zn (-) Cu (+) Màng xốp Zn2+ ZnSO4 SO42CuSO4 Ở điện cực kẽm: Zn  2e  Zn  gọi âm cực (Catod) Điện cực đồng: Cu 2  2e  Cu gọi dương cực (Anod) 60 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Tức âm cực xảy trình Oxy hóa, Zn chất khử Ở dương cực xảy trình khử, Cu chất Ox Phương trình ganvanic Zn  Cu 2  Zn 2  Cu Người ta ký hiệu nguyên tố ganvanic: Zn ZnSO CuSO Cu hay Zn Zn 2 Cu 2 Cu  1.4 Sức điện động nguyên tố ganvanic: Thế hiệu cực đại xuất hai cực nguyên tố ganvanic gọi sức điện động nguyên tố ganvanic, mà nguyên tố ganvanic hoạt động T ‟ N Kí hiệu: VMax  E - Sức điện động tiêu chuẩn nguyên tố gavanic E đo p = atm, C M (hay a) = A 'm  G  nFE  G  nFE  G  RT ln CCC C Dd C Aa C Bb Với aA  bB  cC  dD  nFE  RT ln K  RT ln C Cc C dD C aA C Bb Khi C A  C B  CC  C D   nFE  RT ln K Và G  nFE  E  E  RT C Cc C dD ln nF C aA C Bb Trong đó: n: Số đương lượng gamchất tham gia vào phản ứng Nếu tính với ion gam chất phản ứng n điện tích ion hay số electron trao đổi F = 96500 (nếu A 'm J) F = 23062 (cal) Ví dụ: RT CCu C Zn ECu / Zn  ECu ln / Zn  F C Zn CCu Do C Cu C Zn không đổi: RT C Zn   E Cu / Zn  E 0Cu / Zn  ln 2F C Cu Ta có: E  E  RT Ox ln nF Kh E     E   0   0 Ví dụ: E 0Cu / Zn   0   0  0.337   0.763  1.1V Thế điện cực chiều trình O – K: 2.1 Thế điện cực:   Là đại lượng hiệu so với điện cực hydro tiêu chuẩn  H0  Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 61 Ký hiệu:   : Thế điện cực tiêu chuẩn n: Số electron trao đổi trình điện cực Phương trình Nec: Chất khử  Ox  ne RT Ox   0  ln nF Kh 0.059 Ox     00  lg n Kh Thay T  298 K F  96500 R  8.31   phụ thuộc: Bản chất chất tham gia trình điện cực  , n nhiệt độ T, nồng độ chất tham gia trình điện cực C  gọi  Ox ‟ K hay Oxy hóa  G  nF  G  nF 2.2 Chiều trình O – K: - Xét cặp O ‟ K Ox1 / Kh1vàOx / Kh  Kh1  Ox1  ne 1 Kh  Ox  ne 2 Khi trộn cặp này, có phản ứng O- K Kh1  Ox  Kh  Ox1 - Phản ứng xảy theo chiều thuận khi: G  nFE /  nF  1      1 Quy tắc: “Phản ứng O ‟ K xảy theo chiều dạng Ox cặp O ‟ K có  lớn Ox dạng Kh cặp O ‟ K có  nhỏ hơn” - Thực tế dùng  0 , 0 để xét Nhưng  0   0 bé phải tính toán   ,  Sự điện phân – Điện phân dung dòch chất điện ly nước: Đònh nghóa: Sự điện phân trình O ‟ K xảy bề mặt điện cực cho dòng điện chiều qua dung dòch chất điện ly qua chất điện ly nóng chảy có làm theo biến đổi nhiệt thành hóa - Ở ta xét trình điện phân dung dòch chất điện ly nước 3.1 Các trình Catod: Ở dạng Ox cation kim loại hydro dung dòch chất điện ly Ta cần so sánh điện cực kim loại hydro  H2  0.059pH  0.059   0.41V Tức điều kiện trung tính  H2  0.41V Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com - Nếu  kl   H2  kim loại kết tủa: Từ Sn  cuối dãy - Nếu  kl   H2  H  : Từ Ti  đầu dãy 62 2H   2e  H  (Trong môi trường axit) 2H O  2e  H  2OH  (Môi trường trung tính hay bazơ) - Nếu  kl  0.41V tùy vào nồng độ điều kiện tiến hành (Từ Zn  Ni) 3.2 Các trình anod: Dạng khử anion, góc axit OH  dung dòch, tùy theo vật liệu, điện cực bò ăn mòn: Có anod trơ (graphit, platin….) anod tan (Ni… )  Anod trơ: Khả cho electron theo thứ tự: + Anion không chứa Oxy I  , Br  , Cl  , S + Kế đến OH  + Anion chứa Oxy: SO32 , MnO4 , SO2 Ví dụ: 2Cl   2e  Cl ;4OH   4e  O  2H O môi trường kiềm 2H O  4e  O  4H  (trung tính hay axit)  Anod tan: Hoặc anod phóng điện, hòa tan anod Nếu kim loại anod có  nhỏ  cặp O ‟ K anod bò hòa tan M  ne  M  n Ngược lại A  OH  bò oxy hóa Một số ví dụ minh họa: 1) Điện phân CuCl , anod trơ:  Cu2 / Cu  0.337  0.41  Catod Cu 2  2e  Cu  Anol 2Cl   2e  Cl  2) Điện phân dung dòch K SO với anod trơ:  K  / K  2.924  0.41  H  bò khử Catod: 4H O  4e  4OH   2H  K   OH   KOH Anod: SO 4 không bò Ox, nước OH  bò Ox     2H O  4e  4H  O  2H   SO24  H SO4  Hay nói khác trình điện phân nước 3) Điện phân dung dòch nước NiSO với anod tan Ni ken  Ni 2 / Ni  0.25  0.41,    2H O  O  4H   4e,  1.228 Nên catod: Ni 2  2e  Ni  Anod: Ni  2e  Ni 2 Ni 2  SO42  NiSO4   Thế phân giải thế: (đọc thêm SGK) - Thế phân giải hiệu tối thiểu cần thiết để tiến hành trình điện phân cho Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com 63 Ký hiệu: E P Nói chung với hệ T ‟ N E P sức điện động nguyên tố Ganvanic tạo thành từ sản phẩm điện phân - Hiệu số phân giải E P sức điện động nguyên tố Ganvanic tương ứng phản ứng nghòch gọi điện phân (bảng 33)   EP  E Đònh luật điện phân: Đònh luật Faray: 1) Lượng chất tạo thành hay hòa tan điện cực điện phân tỉ lệ thuận với lượng điện qua chất điện ly 2) Những lượng điện tạo thành hay hòa tan điện cực điện phân đương lượng chất Công thức cho đònh luật: Đ.Q AIt hay n  m F nF F: Hằng số Farây 96500 (culông) m: khối lượng chất điện phân A: Nguyên tử gam n: Hóa trò chất biến đổi I: Cường độ dòng điện (Ampe) t: Thời gian điện phân (sec) ... ứng O ‟ K xảy nơi hóa biến thành nhiệt - Ở điều kiện đặc biệt phản ứng O ‟ K xảy gián tiếp hai nơi khác hóa biến thành điện (qua dây dẫn) Nguyên tố ganvanic: Là thiết bò chuyển hóa sang điện Cấu... Ox II  Ox I  Kh II Cặp oxy hóa ‟ khử Ox I / Kh I , Ox II / Kh II 1.2 Cân phản ứng O – K: Nguyên tắc 1: Tổng số electron cho chất khử phải tổng số electron chất oxy hóa nhận vào Các bước tiến... điện ly nước: Đònh nghóa: Sự điện phân trình O ‟ K xảy bề mặt điện cực cho dòng điện chiều qua dung dòch chất điện ly qua chất điện ly nóng chảy có làm theo biến đổi nhiệt thành hóa - Ở ta xét trình