Điện phân và pin ,tế bào nhiên liệu

Chào mừng cô bạn đến với thuyết trình nhóm Thành viên nhóm LÊ DUY THỌ HOÀNG XUÂN ÁI HUỲNH QUỐC MINH Chủ Đề: Điện Phân, pin ,tế bào nhiên liệu Nội dung nghiên cứu I Phân tích điện hóa II Pin tế bào I Phân tích điện hóa I.1 Định luật điện phân Faraday • Khối lượng m chất bị phân li tỉ lệ thuận với điện lượng q chuyển qua chất điện phân (định luật F thứ nhất) với đương lượng hoá học A (xt Đương lượng hóa học) chất (định luật F thứ 2) • Định luật F biểu thị phương trình: M=  — — — — — Trong đó: m khối lượng chất bị phân li Q điện lượng chuyển qua chất điện phân −1 F = 96485 C mol số Faraday M khối lượng mol chất tham gia điện phân z số đương lượng ion chất điện phân Xét phương trình bán phản ứng: Men+ + ne-  Me(r) (Meo) • Phương trình Nernst: o E Ind = EMe n+ / Meo Nếu biết n E 0,0592 + lg [Men+ ] n o n+ o Me / Međịnh xác nồng độ ion kim loại 7 I.2 Vị trí ưu điểm phương pháp PTĐH: Phân tích công cụ: bao gồm phương pháp (PP.) + Phân tích quang phổ + Phân tích tách + Phân tích điện hóa:⇒ PP đo thế: E = f(C) ⇒ PP điện lượng: Q = f(i, t) ⇒ PP von – ampe: i = f(E)  Xác định đồng thời nhiều kim loại hợp chất hữu  Chi phí thiết bị phân tích thấp  PP tiêu chuẩn xác định lượng vết Cd, Pb Cu  Giới hạn phát thấp I.2 Phân loại phương pháp phân tích điện hóa: Các phương pháp phân tích điện hóa Các PP dòng thay đổi (I ≠ 0) Các PP dòng không đổi (i = 0) Đo Kiểm tra Thay đổi Dòng – Thế (Voltammetry) (Các PP Ph/tích Đ/hóa đại) Kiểm tra dòng Cố định Đo dòng Kiểm tra dòng, Đo điện lượng Kiểm tra thế, Đo điện lượng Dòng – Thế (Voltammetry) DD khuấy trộn - Hòa tan đo (SP) DD yên tĩnh Cực phổ (Polarography) Von-ampe hòa tan (SV) Hòa tan đo thế-chất oxy hóa (CO-SP) Von-ampe hòa tan Von-ampe hòa tan anot (ASV) catot (CSV) Von-ampe hòa tan hấp phụ (AdSV) Hòa tan đo thếdòng không đổi (CC-SP) Von-ampe vòng Hòa tan đo thế-dòng không đổi (CV) hấp phụ (AdCC-SP) I.3 Phương pháp điện phân 1.Lý thuyết điện phân (Anot )Quá trình oxy hóa: o 2+ Zn  Zn + 2e ( Catot) Quá trình khử: + Ag + e  Ag Áp vào anot E < EZn2+/Zn + Áp vào Catot E > EAg+/Ag 10 I.3 Phương pháp điện phân I.3.1 Lý thuyết điện phân + Áp vào anot E < EZn2+/Zn Zn đóng vai trò chất oxi hóa + + Áp vào Catot E > EAg+/Ag Ag đóng vai trò chất khử Pin trở thành bình điện phân => Vậy : Khi áp vào + E - E > EAg+/Ag – EZn2+/Zn pin điện hóa trở thành bình điện phân QT điện phân cưỡng Ngoài để thiết lập cần thiết để thắng điện trở BĐP dây dẫn 11 I.3 Phương pháp điện phân I.3.2 Các tượng xảy trình điện phân Có thể chia thành giai đoạn - Chuyển chất điện hoạt đến bề mặt điện cực, có dạng chuyển quan trọng + CĐ đối lưu: Xuất khuấy trôn… + CĐ điện chuyển: chuyển động phần tử mang điện tác dụng điện trường + CĐ khuếch tán: Xuất có giảm đột ngột nồng độ chất điện phân lớp sát điện cực - PƯ điện cực: xảy trao đỏi electron chất điện hoạt với điện cực - Chuyển SP phản ứng khỏi điện cực 12 I.3 Phương pháp điện phân  Xét tế bào điện hóa (như hình 1.1) Bên trái: Bên phải: - Xảy trình oxy hóa: - Xảy trình khử: o 2+ Zn – 2e  Zn + o Ag + e  Ag o 2+ o Ea = E Zn /Zn + 0,0592/2 lgCZn(II) o + o Ec = E Ag /Ag + 0,0592 lg CAg(I) Vôn kế o 2+ o E Zn /Zn = –0,7628 V o + o E Ag /Ag = +0,7994 V (Cực Zn gọi cực anot) (1 – Trái) (Cực Ag gọi catot) Zn Ag CZnCl2 = 0,0167 M (2 – Phải) CAgNO3 = 0,100 M Cầu muối 14 I.3 Phương pháp điện phân - Từ phương trình (1) (2) ta có: o 2+ (1): Ea = E Zn /Zn + 0,0592/2 lg CZn(II) = -0,7628 + 0,0592/2 lg(0,0167) = -0,8154 V o + (2): Ec = E Ag /Ag + 0,0592 lg CAg(I) = 0,7994 + 0,0592 lg(0,100) = +0,7402 V ⇒ Ec dương Ea ⇒ Phản ứng xảy tế bào điện hóa là: + 2+ Zn(S) + Ag (aq)  Zn (aq) + Ag(s) - Từ cấu tạo tế bào điện hóa, xác định: ECell = Ephải – Etrái = Ec – Ea = 0,741 – (-0,815) = +1,556 V - Tế bào điện hóa biểu diễn sau: Zn(r) | ZnCl2 0,0167 M || AgNO3 0,100 M | Ag(r) II Pin tế bào II.1.Tế bào nhiên liệu II.1.1 Khái niệm - Pin nhiên liệu thiết bị chuyển đổi trực tiếp hóa nhiên liệu thành điện nhờ vào trình điện hóa - Hai nhiên liệu cần thiết cho pin nhiên liệu vậ hành hydro oxy  Quá trình biến đổi lượng pin nhiên liệu • II.1.2 Cấu tạo chung nguyên lý pin nhiên liệu a) Cấu tạo chung pin nhiên liệu b) Nguyên lý hoạt động pin nhiên liệu • • Phản ứng anode: • Phản ứng cathode: • Tổng quát: c) Ứng dụng • Trong quân du hành vũ trụ: - Điện thoại, đàm số thiết bị tàu vũ trụ, tàu ngầm Trong vận tải: • - Xe máy điện, taxi, xe tải nhẹ d) Ưu nhược điểm Ưu điểm Hiệu cao không phụ thuộc vào độ lớn hệ thống: hiệu suất sản xuất điện từ 40 – 70%,cả điện nhiệt 85% Không phát sinh tiếng ồn Không gây ô nhiễm môi trường Tăng tuổi thọ độ tin cậy Cho phép dùng turbine hay áp dụng nước nóng Nhược điểm Giá thành sản xuất caoThể tích cồng kềnh: khó lắp đặt vào bên xe cộ Chất đốt hydro khó bảo quản vận chuyển Yêu cầu tuổi thọ pin nhiên liệu trạm phát điện lớn: tối thiểu 4000h II.2 Pin II.2.1 Khái niệm - Pin hệ biến đổi hóa thành điện nhờ phản ứng oxi hóa-khử xảy điện cực Vd: pin nguyên tố gavanic đồng – kẽm (-) Zn / ZnSO4 // CuSO4 / Cu (+) Hay (-) Zn / Zn 2+ // Cu 2+ / Cu (+) II.2.2 Cấu tạo Nguyên tố gồm hai điện cực Điện cực kẽm Zn/ZnSO4 Điện cực đồng Cu/CuSO - Hai dung dịch sunfat chứa dụng cụ riêng biệt tiếp xúc qua cầu muối ống thủy tinh chứa đầy dung dịch chất dẫn nhiệt Na2SO4 Hai đồng kẽm nối với dây dẫn kim loại - Hiện tượng + Kim điện G dòng điện từ Cu sang Zn + Khối lượng Zn giảm , Khối lượng Cu tăng + [ZnSO4] tăng , [CuSO4] giảm II.2.3 Quá trình làm việc Ở điện cực kẽm ( cực âm ): xảy trình oxi hóa-khử Ở điện cực đồng xảy trình khử, oxi hóa • Quy ước viết ký hiệu pin - Điện cực âm bên trái , điện cực dương bên phải - Ngăn cách điện cực dung dịch điện ly dấu gạch chéo Điện cực gồm nhiều phần ngăn cách dấu chấm phẩy - Ngăn cách hai dung dịch điện ly dấu gạch chéo Cám ơn cô bạn ý lắng nghe thuyết trình nhóm em 25