CHƯƠNG 8 điện hóa học

CHƯƠNG ĐIỆN HÓA HỌC 8.1 Phản ứng oxi hoá khử – Dòng điện 8.2 Điện cực 8.3 Nguyên tố Ganvanic 8.4 Thế điện cực 8.5 Chiều phản ứng oxi hoá – khử ĐIỆN HÓA HỌC nghiên cứu chuyển hóa hóa điện Pin điện hoá Hoá Điện Điện phân Cơ sở chuyển hóa: phản ứng oxi hóa - khử Chương 8: Điện hóa học 8.1.Phản ứng oxi hóa – khử - Dòng điện 8.1.1 Quá trình oxi hóa, trình khử - Cặp oxi hoá – khử Phản ứng oxi hóa - khử Quá trình oxi hóa Quá trình khử chứa chất khử (KhI) sản phẩm (OxI): Cặp OxI/ KhI KhI - ne  OxI chứa chất oxi hóa (OxII) sản phẩm (KhII): Cặp OxII/ KhII OxII + ne  KhII Phản ứng oxi hoá – khử tổng quát KhI + OxII  OxI + KhII Chương 8: Điện hóa học 8.1.Phản ứng oxi hóa - khử - Dòng điện 8.1.1 Quá trình oxi hóa, trình khử - Cặp oxi hoá – khử Chương 8: Điện hóa học 8.1.Phản ứng oxi hóa - khử - Dòng điện 8.1.1 Quá trình oxi hóa, trình khử - Cặp oxi hoá – khử Quá trình oxi hoá Zn - 2e ⇌ Zn2+ Cặp Zn2+/Zn Quá trình khử Cu 2+ + 2e ⇌ Cu Cặp Cu2+/Cu +2 Cu2+ 0 (dd) + Zn(r) +2 ⇌ Cu(r) + Zn2+ (dd) Chất oxi hoá Chất khử Chất bị khử Chất bị oxi hoá Zn + CuSO4  ZnSO4 + Cu (Pt phân tử) Chương 8: Điện hóa học 8.1.Phản ứng oxi hóa - khử - Dòng điện 8.1.1 Quá trình oxi hóa, trình khử - Cặp oxi hoá – khử Các loại phản ứng oxi hoá - khử Phản ứng chất oxi hoá khác chất khử 2Ag+(dd) + Cu ⇌ 2Ag + Cu2+ Phản ứng oxi hoá - khử nội phân tử AgNO3 (r) ⇌ Ag (r) + NO (k) + O2(k) Phản ứng tự oxi hoá - khử (pư dị phân ) Cl2 (k) + H2O (l) ⇌ HClO (dd) + HCl (dd) Chương 8: Điện hóa học 8.1.Phản ứng oxi hóa - khử - Dòng điện 8.1.1 Quá trình oxi hóa, trình khử - Cặp oxi hoá – khử Cân phản ứng oxi hóa – khử  Nguyên tắc chung: Bảo toàn: điện tích, điện tử, nguyên tử  Nếu dạng khử dạng oxi hoá có số oxi khác có tham gia môi trường Môi trường axit : dư oxi + 2H+  thiếu oxi + H2O Môi trường kiềm : dư oxi + H2O  thiếu oxi + 2OHMôi trường trung tính: dư oxi + H2O  thiếu oxi + 2OHthiếu oxi + H2O  dư oxi + 2H+ Chương 8: Điện hóa học 8.1.Phản ứng oxi hóa - khử - Dòng điện 8.1.2.Cách tiến hành phản ứng oxi hóa – khử phát sinh dòng điện • Chất OXH tiếp xúc trực tiếp với chất khử Trực tiếp • Hóa -> nhiệt • Vd: nhúng Zn vào dung dịch CuSO4, trao đổi e trực tiếp từ Zn sang Cu2+ • Chất OXH không tiếp xúc trực tiếp với chất khử Gián tiếp • Hóa thành điện • Vd: có sợi dây dẫn nối Zn với CuSO4, trao đổi e từ Zn sang Cu2+ thông qua dây dẫn: phát sinh dòng điện Chương 8: Điện hóa học 8.2 Điện cực 8.2.1 Các loại điện cực o Điện cực kim loại Zn Zn2+(dd) Zn2+(dd) +2e ⇌ Zn o Điện cực kim loại phủ muối AgAgCl Cl-(dd) AgCl +1e ⇌ Ag + Cl-(dd) o Điện cực khí Pt H2 H+ (dd) 2H+(dd) +2e ⇌ H2 o Điện cực oxi hóa – khử Pt  Fe2+(dd), Fe3+ (dd) Fe3+(dd) +1e ⇌ Fe2+(dd) 8.2 Điện cực 8.2.2 Điện cực kim loại • Gồm kim loại nhúng vào dung dịch muối • Trong hệ đồng thời xảy hai trình :  Các cation kim loại chuyển vào dung dịch, để lại electron bề mặt kim loại: M dc - ne dc  M ddn +  Các cation dung dịch chuyển động, va chạm với bề mặt kim loại, nhận electron kết tủa kim loại: M ddn + + ne dc  M dc 10 Chương 8: Điện hóa học 8.3 Nguyên tố Ganvanic 8.3.2 Sức điện động nguyên tố Ganvanic E Xét nguyên tố Ganvanic hoạt động thuận nghịch dựa phản ứng oxi hóa - khử tổng quát: aKh1 + bOx2 ⇄ cOx1 + dKh2 c d Ox Kh DG  DG + RT ln 1a 2b Kh1 Ox2 Ox1c Kh2d -nFE  -RT ln K + RT ln a b Kh1 Ox2 c a d b RT RT Ox Kh E ln K ln nF nF Kh Ox Chương 8: Điện hóa học 8.3 Nguyên tố Ganvanic 8.3.2 Sức điện động nguyên tố Ganvanic E Xét nguyên tố Ganvanic hoạt động thuận nghịch dựa phản ứng oxi hóa - khử tổng quát: aKh1 + bOx2 ⇄ cOx1 + dKh2 Ở điều kiện tiêu chuẩn, nồng độ tất chất 1M E0  RT ln K nF DG0 = -nFE0 E0 – sức điện động tiêu chuẩn c d RT Ox Kh E  E0 ln 1a 2b nF Kh1 Ox2 Chương 8: Điện hóa học 8.3 Nguyên tố Ganvanic 8.3.2 Sức điện động nguyên tố Ganvanic E Epin = + -  - = Cu - Zn Chương 8: Điện hóa học 8.4 Thế điện cực Thế điện cực điện cực đại lượng hiệu điện so với điện cực tiêu chuẩn -> Có giá trị sức điện động nguyên tố Ganvanic tạo thành từ điện cực điện cực so sánh (thường lấy điện cực hidro tiêu chuẩn) Điện cực Hidro tiêu chuẩn Pt | H2 | H+(dd) [H+] =1mol/l PH2 =1atm 20 Chương 8: Điện hóa học 8.4 Thế điện cực Cách tính điện cực 0 ( Cu2+/Cu) = 0,34V 21 Chương 8: Điện hóa học 8.4 Thế điện cực Cách tính điện cực 0( Zn2+/Zn) = - 0,76V EOS 22 Chương 8: Điện hóa học 8.4 Thế điện cực Thế điện cực tiêu chuẩn 250C 23 8.4 Thế điện cực Phân loại chất oxi hoá khử Phân loại Chất OXH mạnh Khoảng > 1,5V Ví dụ MnO4- ,O3 , F2 Chất OXH trung bình +1,0V +1,5V CrO42- , MnO2 ,Cl2 Chất OXH yếu +0,5V +1,0V I2 , Fe3+ , Ag+ Chất khử yếu ±0V …+0,15V -0,5V… ± 0V < - 0,5V Chất khử trung bình Chất khử mạnh Chương 8: Điện hóa học Sn2+ , Cu , HI H2S , Fe , H2 Na , Al , Zn 8.4 Thế điện cực Phương trình Nernst: Điện cực kim loại: Cu2+ + 2e  Cu Cặp oxy hóa khử: Fe3+ + e  Fe2+ Cặp oxy hóa khử có môi trường tham gia: MnO4- + 5e + 8H+  Mn2+ + 4H2O Điện cực hidro: 2H+ + 2e  H2 Nếu điện cực hidro tiêu chuẩn: [H+] = 1M  pH =  φ0 = 0.00V 25 Chương 8: Điện hóa học 8.4 Thế điện cực Quy ước dấu điện cực : Theo tiêu chuẩn châu Âu  điện cực điều kiện định có dấu xác định  phụ thuộc vào chất điện cực  không phụ thuộc vào chiều viết trình điện cực Zn – 2e  Zn2+ Zn2+ + 2e  Zn 26 Chương 8: Điện hóa học 8.4 Thế điện cực Quy ước dấu điện cực : Theo tiêu chuẩn châu Mỹ Dấu  phải có ý nghĩa nhiệt động, nói lên khả xảy trình điện cực → dấu  phụ thuộc vào chiều viết trình điện cực Zn – 2e  Zn2+ → Chiều oxi hóa: dấu + Zn2+ + 2e  Zn → Chiều khử: dấu Chương 8: Điện hóa học 8.5 Chiều phản ứng oxi hoá – khử Xét cặp oxi hóa - khử với điện cực tương ứng: Ox1 + ne  Kh1 1 Ox2 + ne  Kh2 2 Phản ứng xảy (nếu có): Kh1 + Ox2 ⇄ Ox1 + Kh2 Phản ứng xảy theo chiều thuận DG < DG = -nFE = -nF(2 - 1) <  E = 2 - 1 >  2 > 1 *Quy tắc nhận biết chiều PƯ oxy hóa - khử: xảy theo chiều dạng oxi hóa cặp điện cực lớn oxi hóa dạng khử cặp oxi hóa - khử điện cực nhỏ Ox > + Kh <  Kh > + Ox < 28 Chương 8: Điện hóa học BÀI TẬP Cho nguyên tố Ganvanic tạo điện cực (1) (gồm Cu nhúng dung dịch CuSO4 0,1M) điện cực (2) (gồm Cu nhúng dung dịch CuSO4 1M) Hãy xác định catod, anod 29 Chương 8: Điện hóa học (-)Cu| Cu2+; 0,1M || 1,0M ; Cu2+ |Cu (+) 30 Chương 8: Điện hóa học PIN NỒNG ĐỘ 0,059 C+ E lg n C- 250C 31 [...]... hiệu điện thế của nó so với điện cực tiêu chuẩn -> Có giá trị bằng sức điện động của nguyên tố Ganvanic tạo thành từ điện cực đó và điện cực so sánh (thường lấy điện cực hidro tiêu chuẩn) Điện cực Hidro tiêu chuẩn Pt | H2 | H+(dd) [H+] =1mol/l PH2 =1atm 20 Chương 8: Điện hóa học 8. 4 Thế điện cực Cách tính thế điện cực 0 ( Cu2+/Cu) = 0,34V 21 Chương 8: Điện hóa học 8. 4 Thế điện cực Cách tính thế điện. .. oxi hóa dạng khử của cặp oxi hóa - khử có thế điện cực nhỏ hơn Ox > + Kh <  Kh > + Ox < 28 Chương 8: Điện hóa học BÀI TẬP Cho nguyên tố Ganvanic tạo bởi điện cực (1) (gồm một thanh Cu nhúng trong dung dịch CuSO4 0,1M) và điện cực (2) (gồm thanh Cu nhúng trong dung dịch CuSO4 1M) Hãy xác định catod, anod 29 Chương 8: Điện hóa học (-)Cu| Cu2+; 0,1M || 1,0M ; Cu2+ |Cu (+) 30 Chương 8: Điện hóa học. .. phản ứng oxi hóa - khử tổng quát: aKh1 + bOx2 ⇄ cOx1 + dKh2 Ở điều kiện tiêu chuẩn, nồng độ tất cả các chất bằng 1M E0  RT ln K nF DG0 = -nFE0 E0 – sức điện động tiêu chuẩn c d RT Ox Kh E  E0 ln 1a 2b nF Kh1 Ox2 Chương 8: Điện hóa học 8. 3 Nguyên tố Ganvanic 8. 3.2 Sức điện động của nguyên tố Ganvanic E Epin = + -  - = Cu - Zn Chương 8: Điện hóa học 8. 4 Thế điện cực Thế điện cực của một điện cực bất... Al , Zn 8. 4 Thế điện cực Phương trình Nernst: Điện cực kim loại: Cu2+ + 2e  Cu Cặp oxy hóa khử: Fe3+ + e  Fe2+ Cặp oxy hóa khử có môi trường tham gia: MnO4- + 5e + 8H+  Mn2+ + 4H2O Điện cực hidro: 2H+ + 2e  H2 Nếu là điện cực hidro tiêu chuẩn: [H+] = 1M  pH = 0  φ0 = 0.00V 25 Chương 8: Điện hóa học 8. 4 Thế điện cực Quy ước về dấu của thế điện cực : Theo tiêu chuẩn châu Âu  của mọi điện cực... với một điện cực chuẩn làm điện cực so sánh (thường lấy điện cực hidro tiêu chuẩn) 12 Chương 8: Điện hóa học 8. 3 Nguyên tố Ganvanic là một thiết bị biến hóa năng của phản ứng oxi hóa - khử thành điện năng 8. 3.1 Cấu tạo – Hoạt động  gồm hai điện cực nối với nhau bởi một dây dẫn -> chất oxi hóa và chất khử không tiếp xúc trực tiếp với nhau -> electron được chuyển từ chất khử đến chất oxi hóa thông... oxi hóa: Zn – 2e  Zn2+ -> Zn tan ra, để lại electron trên điện cực CỰC DƯƠNG (CATOD): QT khử: Cu2+ + 2e  Cu ->ion Cu2+ từ dung dịch đến điện cực nhận electron • Cân bằng của lớp điện tích kép trên hai điện cực được khôi phục và quá trình chuyển electron lại xảy ra Hệ đã sinh ra một dòng điện nhờ phản ứng oxi hóa khử xảy ra trên hai điện cực 15 Chương 8: Điện hóa học 8. 3 Nguyên tố Ganvanic 8. 3.2... 0,76V EOS 22 Chương 8: Điện hóa học 8. 4 Thế điện cực Thế điện cực tiêu chuẩn ở 250C 23 8. 4 Thế điện cực Phân loại các chất oxi hoá khử Phân loại Chất OXH mạnh Khoảng thế > 1,5V Ví dụ MnO4- ,O3 , F2 Chất OXH trung bình +1,0V +1,5V CrO42- , MnO2 ,Cl2 Chất OXH yếu +0,5V +1,0V I2 , Fe3+ , Ag+ Chất khử yếu ±0V …+0,15V -0,5V… ± 0V < - 0,5V Chất khử trung bình Chất khử mạnh Chương 8: Điện hóa học Sn2+ , Cu... và nhận electron của kim loại làm điện cực và được 11 gọi là thế điện cực kim loại Chương 8: Điện hóa học 8. 2 Điện cực 8. 2.2 Điện cực kim loại • Thế điện cực kim loại kí hiệu  càng dương  Mn+ có tính oxi hoá càng mạnh  M có tính khử càng yếu  càng âm M  Mn+ có tính oxi hoá càng yếu  M có tính khử càng mạnh • Thế điện cực tiêu chuẩn nồng độ cation bằng 1M • Thế điện cực không thể đo trực tiếp ... phụ thuộc vào bản chất điện cực  không phụ thuộc vào chiều viết quá trình điện cực Zn – 2e  Zn2+ Zn2+ + 2e  Zn 26 Chương 8: Điện hóa học 8. 4 Thế điện cực Quy ước về dấu của thế điện cực : Theo tiêu chuẩn châu Mỹ Dấu của  phải có ý nghĩa nhiệt động, nói lên khả năng xảy ra của quá trình điện cực → dấu của  phụ thuộc vào chiều viết quá trình điện cực Zn – 2e  Zn2+ → Chiều oxi hóa: dấu + Zn2+ + 2e... dương 13 Chương 8: Điện hóa học 8. 3 Nguyên tố Ganvanic 8. 3.1 Cấu tạo – Hoạt động  Xét nguyên tố Ganvanic Cu – Zn: Ký hiệu: (anod) (-) Zn Zn2+  Cu2+  Cu (+) (catod) Hoạt động của pin Cu – Zn 14 8. 3 Nguyên tố Ganvanic 8. 3.1 Cấu tạo – Hoạt động Xét nguyên tố Ganvanic Cu – Zn: Khi đóng mạch: • e chuyển từ điện cực Zn sang điện cực Cu > phá vỡ cân bằng của các lớp điện tích kép trên hai điện cực •