Bài giảng cân bằng oxi hóa khử

Trong phản ứng oxi hoá - khử có sự cho và nhận electron nên có sự thay đổi số oxi hoá của các chất tham gia phản ứng...  Chất có thế oxi hoá-khử cao: chất oxi hoá mạnh; chất khử yếu  C

Trang 1

1

CÂN BẰNG OXI HểA – KHỬ

2 5/13/2013

Kiem tra 15’ (Lam 2 trong 3 cau)

1 Tính pH để:

(a) Bắt đầu kết tủa Mg(OH)2từ dung dịch MgCl20,01M

(b) Mg(OH)2kết tủa thực tế hoàn toàn, tức là sau khi kết tủa [ Mg2+] = 10-5M Mg(OH)2có tích số tan là 10-9,22

2.Tính độ tan của PbS trong nước ; Khi tính kể đến sự tương tác của ion S2- với ion H+của nước H2S có pK1= 7, pK2= 15

PbS có tích số tan tương ứng là 6,8.10-29

3 Nồng độ của dung dịch NH3 phải bằng bao nhiêu để hoà tan hết 0,01 mol AgCl trong 100 ml dung dịch Biết AgCl có T = 10-9,75 các phức bạc amonicat có các hằng số tạo phức tổng công là: 10 2,32 ; 107,24

Trang 2

2

3 5/13/2013

- KHÁI NIỆM PHẢN ỨNG OXI HÓA-KHỬ

- THẾ OXI HOÁ-KHỬ, PHƯƠNG TRÌNH NERNST

- NHỮNG YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI THẾ OXI HOÁ-KHỬ

- HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA PHẢN ỨNG OXI HOÁ-KHỬ

PHẢN ỨNG OXI HOÁ KHỬ

4 5/13/2013

KHÁI NIỆM PHẢN ỨNG OXI HÓA – KHỬ

“Phản ứng oxi hoá-khử là phản ứng giữa chất oxi hoá, có khả năng nhận electron

và chất khử có khả năng cho electron”

Trong phản ứng oxi hoá - khử có sự cho và nhận electron nên có sự thay đổi số oxi hoá của các chất tham gia phản ứng

Ví dụ:

Ce4+ + Fe2+ = Ce3+ + Fe3+

Trang 3

3

5 5/13/2013

Các phản ứng oxi hoá khử là gì?

6 5/13/2013

Thế oxi hoá khử

 Cốc 1: dung dịch CuSO4, nhúng điện cực Cu;

 Cốc 2: dung dịch ZnSO4nhúng điện cực Zn.

 Hai dung dịch tiếp xúc qua cầu muối Khi nối các điện cực xuất hiện dòng điện chạy theo chiều nào?

Trang 4

4

7 5/13/2013

Zn – e = Zn2+

Cu2+ + e = Cu + SO4

Zno + Cu2+ = Cuo + Zn2+

 Cực Cu: nhận electron, chất oxi hoá; Cực Zn: cho electron,

chất khử.

 Chiều di chuyển e: từ cực kẽm Zn sang cực Cu; Chiều dòng

điện: từ cực Cu sang cực Zn

Tại sao phản ứng xảy ra theo chiều

Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+

KHÁI NIỆM PHẢN ỨNG OXI HÓA – KHỬ

8 5/13/2013

THẾ OXI HÓA- KHỬ- Xác định chiều phản ứng

 Thế oxi hoá-khử: thước đo mức độ oxi hoá-khử của một cặp bất kỳ, còn gọi là cường độ oxi hoá-khử

 Chất có thế oxi hoá-khử cao: chất oxi hoá mạnh; chất khử yếu

 Chất có thế oxi hoá-khử thấp: chất oxi hoá yếu, chất khử mạnh;

 Để xác định chiều phản ứng giữa 2 cặp oxi hoá khử:

So sánh 2 thế oxi hoá khử, chất nào có thế oxi hoá-khử cao đóng vai trò chất oxi hoá còn chất nào có thế oxi hoá-khử thấp đóng vai trò chất khử

Trang 5

5

9 5/13/2013

 Thế oxi hoá khử tiêu chuẩn: thế đo được trong điều kiện

tiêu chuẩn, nồng độ các chất tham gia phản ứng bằng

đơn vị

 Kí hiệu: E0

ox/Kh:

 Cho biết cường độ oxi hoá khử của chất

 Xem bảng thế oxi hoá khử tiêu chuẩn cho biết chất nào

là chất oxi hoá mạnh, chất nào là chất khử mạnh?

 Từ bảng trên cho biết kim loai nào phản ứng được với

axit sinh ra H2?

10 5/13/2013

Trang 6

6

11 5/13/2013

tính thế oxi hoá khử như thế nào?

Thay đổi nhiệt độ

Thay đổi p

Thay đổi nồng độ các chất oxi hoá; khử

 Sử dụng phương trình Nernst!

12 5/13/2013

Phương trình Nernst: tính thế oxi hoá-khử

E = E0ox/kh +

kh

ox

a

a nF

RT

ln Trong dung dịch rất loãng, hệ số hoạt độ gần bằng1, nên:

E = E0ox/kh + 0,059/n log([Ox]/[Kh]) Trong đó: E : thế của cặp oxi hoá khử nghiên cứu

E0ox/kh: là thế ox-kh tiêu chuẩn

n : số electron trao đổi

R : hằng số khí (8,3144)

T : nhiệt độ tuyệt đối

THẾ OXI HÓA – KHỬ, PHƯƠNG TRÌNH NERNST

Trang 7

7

13 5/13/2013

Bài tập

Tính thế của:

a) Dung dịch chứa Fe3+có nồng độ là 0.1M và Fe2+có

nồng độ là 0.01M Cho E0của cặp Fe3+/Fe2+là 0.77V

b) Dung dịch chứa KMnO4có nồng độ là 0.01M và Mn2+là

0.02M và pH = 3.8 Cho E0của cặp KMnO4/Mn2+là 1.55

V

c) Khi thêm 50mL dung dịch Fe2+0.1M vào 1L dung dịch ở

truờng hợp (b)

14 5/13/2013

Thế oxi hoá khử tiêu chuẩn điều kiện

khử

Tác nhân tạo phức (với chất oxi hoá/khử)

Tác nhân tạo kết tủa (với chất oxi hoá/khử)

Trong các điều kiện này, sử dụng thế oxi hoá khử

tiêu chuẩn điều kiện

Trang 8

8

15 5/13/2013

* Ảnh hưởng của axit

a) H+ tham gia vào phản ứng oxi hoá khử

Ví dụ:

Cho EAsO43-/AsO33- = 0,57V;

EI2/2I- = 0,54V

 AsO4

phản ứng với I2

tuy nhiên khi thay đổi nồng độ H+, phản ứng chạy theo

chiều ngược lại, I- oxi hoá được AsO33-.

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN THẾ OXI HÓA – KHỬ

16 5/13/2013

Xét cặp AsO43-/AsO33- :

AsO43- + 2 H+ + 2e = AsO33- + H2O Phương trình Nernst được viết:

E = EoAsO 43-/AsO 3

+

] [

] ].[

[ log 2

059 , 0

3 3

2 3 4







AsO

H AsO

Thế tiêu chuẩn là thế tại đó nồng độ các chất bằng 1M:

[AsO43-] =[ AsO33-] = 1M Nếu nồng độ H+ =10-8, khi đó thế tiêu chuẩn điều kiện:

E = 0,57 + 0,059/2.log(10-8)2 = 0,11V Với điều kiện này, I2 oxi hoá được asenit thành asenat.

Trang 9

9

17 5/13/2013

b) Ảnh hưởng của môi trường axit

- Trong một số trường hợp, ion H+ không trực tiếp

tham gia vào phản ứng ox-kh nhưng tạo môi

trường axit, cụ thể là loại axit lại ảnh hưởng nhiều

đến thế ox-kh VD E0 của cặp Ce4+/Ce3+ tại các

MT axit khác nhau.

18 5/13/2013

* Ảnh hưởng của chất tạo phức :

Xét cặp Fe3+/Fe2+

Fe3+ +e = Fe2+→ E = EoFe3+/Fe2+ + 0,059 log

] [ ] [ 2 3



Fe

(1) Khi có F-:

Fe2+ -e = Fe3+ ; Fe3+ + 6F- = FeF6

3-Fe2+ + 6F--e = FeF63- → E = E’oFeF6/Fe2+ + 2 6

3 6 ] ].[

[

] [ log 059 ,



F Fe

FeF

(2)

Mặt khác: FeF 63-= 3 6

3 6 ] ].[

[

] [







F Fe FeF

> [FeF63-]/[F-]6 =FeF6-.[Fe3+]

Trang 10

10

19 5/13/2013

Phương trình Nernst viết cho cặp Fe3+/Fe2+ khi có chất tạo

phức là:

E = E’oFeF6/Fe2++ 0,059 log 6

2

3

] [

FeF

Fe





(2’) Lấy1 trừ đi 2’ ta có:

E’oFe3+/Fe2+= EoFe3+/Fe2+ +0,059 log 1/ FeF 6

3-Thay EoFe 3+ /Fe 2+ và FeF 63- vào ta có:

E= 0,77V+0,059.(-16) = -0,174V

Kết luận: Khi có chất tạo phức, thế ox-kh của cặp Fe3+/Fe2+

giảm đáng kể.

20 5/13/2013

Ảnh hưởng của phản ứng kết tủa?

Cu2+/Cu+= 0.17V còn E0

I2/I-= 0.54V?

Trang 11

11

21 5/13/2013

* Ảnh hưởng của phản ứng kết tủa

Khi có chất kết tủa phản ứng với chất oxi hoá-khử, thế oxi hoá-khử bị ảnh

hưởng, gọi là thế oxi hoá-khử tiêu chuẩn điều kiện Chiều của phản ứng có thể

thay đổi.

Ví dụ: trường hợp Cu2+, khi không có I- phương trình Nernst được viết:

E = EoCu 2+ /Cu + + 0,059log

] [ ]



Cu

(1)

Khi có mặt I- các phản ứng như sau:

Cu2+ + e = Cu+

Cu+ + I- = CuI 

Cu2+ + I- +e = CuI 

→ E = E’oCu2+/CuI + 0,059log [Cu2+].[I-]

22 5/13/2013

Mặt khác [I-] có thể tính từ tích số tan:

[I-] = TCuI/[Cu+] Phương trình Nernst được viết lại là:

E = E’o

Cu 2+ /Cu + + 0,059log

] [

]



Cu

T

Cu CuI

(2) Lấy (1) trừ đi (2) ta có:

E’oCuI/Cu + = EoCu 2+

/Cu + - 0,059logTCuI

Thay EoCu 2+

/Cu + = 0,17V và TCuI = 10-12 ta có:

E’oCu 2+ /Cu + = 0,88V

Trang 12

12

23 5/13/2013

THẾ CẶP OX

THẾ CẶP OX KH KHÔNG LIÊN HỢP KH KHÔNG LIÊN HỢP

1 Viết phương trình phản ứng

2 Tính nồng độ các chất sau phản ứng

3 Tính thế theo cặp nào còn dư sau phản ứng

4 Nếu không dư (phản ứng vừa đủ) : tính theo 2

cặp rồi cộng lại (để triệt tiêu nồng độ)

Lưu ý: nếu hệ số của phản ứng không bằng

nhau, phải nhân hệ số trước khi cộng thế

24 5/13/2013

Ví dụ: Trộn 50 ml dung dịch Ce4+ 0,1M với 50 ml dung dịch Fe2+ 0,05M, tính thế của dung dịch.

Giải: Sau phản ứng, chất oxi hoá dư, thế của dung dịch được tính theo phương trình

E = EoCe 4+

/Ce 3+ + 0,059log

] [

3

4



Ce Ce

E = 1,44V + 0,059 log 1 = 1,44V

THẾ OX-KH CỦA CẶP KHÔNG LIÊN HỢP

Trang 13

13

25 5/13/2013

Ví dụ: Trộn 50 ml dung dịch Ce4+ 0,05M với 50 ml dung dịch

Fe2+ 0,1M, tính thế của dung dịch

Giải: sau phản ứng, Fe2+dư, thế của dung dịch như sau:

E = EoFe 3+ /Fe 2+ + 0,059log

] [Fe

2 3



E = 0,77V + 0,059 log 1 = 0,77V

26 5/13/2013

Ví dụ: Khi trộn 50 ml dung dịch Ce4+ 0,1M với 50 ml dung dịch Fe2+

0,1M, tính thế của dung dịch sau khi trộn

Giải: Các bán phản ứng:

Ce4+ + e = Ce3+; E = EoCe 4+

/Ce 3+ + 0,059log

] [ ] [

3 4



Ce Ce

Fe3+ + e = Fe2+; E = EoFe 3+

/Fe 2+ + 0,059log

] [ ] [

2 3



Fe Fe

Cộng: 2E = EoCe 4+ /Ce 3+ + EoFe 3+ /Fe 2+ +

] ].[

[

] ].[

[ log 059 ,

3 4



Fe Ce Fe Ce

Theo ĐL bảo toàn e-: [Ce3+]= [Fe3+] Theo bảo toàn khối lượng: [Ce4+] =[Fe2+]

2E = EoCe 4+

/Ce 3+ + EoFe 3+ /Fe 2+ ; →

2

E E

E

o /Fe Fe o

/Ce

Ce 4  3   3  2 



Trang 14

14

27 5/13/2013

Ví dụ: Lấy 50 ml dung dịch MnO4

0,02M trộn với 50 ml dung dịch

Fe2+ nồng độ 0,1M Nồng độ H+ luôn bằng 1M Tính thế củ dung dịch

sau phản ứng

28 5/13/2013

Giải: Có các bán phản ứng:

MnO 4 -+5e + 8H+= Mn2+ +4 H 2 O

E = EoMnO 4-/Mn 2+ +0,059/5log

] [ ] ].[

[

2

8 4





Mn H MnO

(1)

Fe3+ + e = Fe2+

E= EoFe 3+ /Fe 2+ + 0,059log

] [ ] [

2 3



Fe

(2)

Nhân (1) với 5 rồi cộng với (2) ta có:

6E = 5EoMnO 4-/Mn 2+ + EoFe 3+ /Fe 2+ +

] ][

[

] ].[

[ log 059 ,

3 4





Fe Mn Fe MnO

Theo định luật bảo toàn electron: 5[Mn2+] = [Fe3+] Theo định luật bảo toàn khối lượng: 5[MnO 4-] = [ Fe2+]

Do đó: 6E = 5EoMnO4-/Mn2+ + EoFe 3+ /Fe 2+

>

6

o Fe Fe o

Mn

E

6 77 , 0 52 , 1

=1,396V

Trang 15

15

29 5/13/2013

Ví dụ: Trộn 50 ml dung dịch K2Cr2O7 0,02M với 50 ml dung

dịch Fe2+ 0,12M; cho nồng độ H+ = 1M.

30 5/13/2013

Ta có: Cr2O7

2-+6e +14H+ =2Cr3+ +7 H2O

E = EoCr 2 O 72-/2Cr 3++ 3 2

14 2 7 2

] [

] ].[

[ log 6 059 , 0





Cr H O Cr

Fe3+ + e = Fe2+

E = EoFe 3+

/Fe 2++ 0,059log

] [ ] [

2 3



Fe Fe

→ 7E = 6EoCr 2 O 72-/2Cr 3+ + EoFe 3+ /Fe 2+ + 0,059log 3 2 2 2

3 2 7 2

] [

] ].[

[





Fe Cr

Fe O Cr

Theo định luật bảo toàn electron: [Fe3+] = 3[Cr3+] > [Cr3+]=[Fe3+]/3

Theo định luật bảo toàn khối lượng: [Fe2+] = 6[Cr2O7

2-] > [Cr2O7

2-]=[Fe2+]/6

] [ 9 ].

[ ] [ 6 ] [

2 3 2 3 2



Fe

Fe Fe

Fe

= ] [ 2

3

3 

Fe

7E = 6EoCr 2 O 72-/2Cr 3+ +EoFe 3+

/Fe 2+ +0,059log

] [ 2

3

3 

Fe

Trang 16

16

31 5/13/2013

aOx1 +b Kh2 = aKh1 + bOx2    

   a b

b a

Kh Ox

Ox Kh K

2 1

2



Viết các phương trình Nernst riêng cho từng cặp:

Đối với cặp oxi hóa:

aOx1 + ne = a Kh1

Eox = Eoox + a

a

Kh

Ox

n [ ]

] [ log 059 , 0

1 1

Đối với cặp khử:

bOx2 + ne = b Kh2

Ekh = Eokh + b

b

Kh

Ox

n [ ]

] [ log 059 , 0

2 2

HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA PHẢN ỨNG OX-KH

32 5/13/2013

a

Kh

Ox

n [ ]

] [ log 059 , 0

1

1 = Eokh + b

b

Kh

Ox

n [ ]

] [ log 059 , 0

2 2

> Eoox - Eokh = a b

a b

Kh Ox

n [ ] [ ]

] [ ] [ log 059 , 0

2 1

1 2

> Eoox - Eokh = K

n log

059 , 0

> LogK =

059 , 0

) (E o ox E o kh

n 

Có thể viết: K= 10X

trong đó: x =

059 , 0

) (E o ox E o kh

n 

HẰNG SỐ CÂN BẰNG CỦA PHẢN ỨNG OX-KH

Trang 17

17

33 5/13/2013

Tóm tắt

1 Thế oxi hóa – khử, phương trình Nersnt:

E = E0

ox/kh + 0,059/n log([Ox]/[Kh])

2 Khi có ảnh hưởng của pH, chất tạo phức, kết tủa:

phải tính thế oxi hóa – khử điều kiện

3 Thế oxi hóa – khử của cặp không liên hợp:

- Viết phương trình phản ứng

- Tính nồng độ các chất sau phản ứng

- Tính thế theo cặp nào còn dư sau phản ứng

- Nếu không dư (phản ứng vừa đủ) : tính theo 2 cặp

rồi cộng lại (để triệt tiêu nồng độ)

* Lưu ý: nếu hệ số của phản ứng không bằng nhau,

phải nhân hệ số trước khi cộng thế

4 Hằng số cân bằng của phản ứng:

K= 10X trong đó: x =

059 , 0

) (E o ox E o kh

Định dạng
Số trang	17
Dung lượng	195,75 KB