BÀI GIẢNG Điện hóa học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ĐIỆN HÓA HỌC GIỚI THIỆU • Ăn mòn tượng phổ biến kim loại • Vấn đề ăn mòn xuất tất khía cạnh công nghệ • Để ngăn chặn ăn mòn đòi hỏi phải có hiểu biết trình hóa học Pin điện hóa Năng lương cần thiết để tạo công có ích pin điện áp Ảnh hưởng nồng độ phương trình Nernst NỘI DUNG CHÍNH Acquy pin nhiên liệu Ăn mòn chống ăn mòn Luyện kim Phân tích điện phân nước dung dịch nước I Pin điện hóa  Cấu tạo chung: gồm hai cực có chất hóa học khác ngâm chất điện phân( dung dịch axit, bazơ, muối,…) I Pin điện hóa Hoạt động chung: Do tác nhân hóa học, cực pin điện hóa tích điện khác chúng có hiệu điện giá trị suất điện động pin Khi lượng hóa học chuyển thành điện dự trữ nguồn điện I Pin điện hóa • Một mảnh Cu phần ngâm dung dịch Cu(NO3)2 mảnh Ag dung dịch AgNO3 • Hai dung dịch kết nối cầu muối hình ống, chữ U ngược có chứa dung dịch muối NaNO • Đầu cầu nối với phích cắm xốp không cho hai dung dịch trộn lẫn vào cho phép ion qua • Hai mảnh kim loại kết nối với ampe kế, công cụ để đo hướng độ lớn dòng điện qua Phản ứng kim loại Cu với ion dung dịch I Pin điện hóa  Phản ứng xảy pin 2+ • Cu Cu + 2e (quá trình oxi hóa) • Ag+ + eAg (quá trình khử) • Cu + Ag+ = Cu2+ + Ag (P/u tổng) • Trong pin điện hóa, ion âm (anion) di chuyển hướng ion dương ion dương (cation) di chuyển phía cực âm Quá trình điện phân  Khái niệm: • Sự điện phân trình oxi hóa- khử xảy bề mặt điện cực dòng điện chiều qua chất điện li nóng chảy dd chất điện li có kèm theo biến đổi điện thành hóa  Bản chất: • Khử xảy bề mặt điện cực • Năng lượng dùng cho phản ứng điện dòng điện chiều • Sự cho nhận điện tử không xảy trực tiếp ion tham gia phản ứng mà phải truyền qua dây dẫn Pin điện bình điện phân Pin điện Bình điện phân • • • • Sử dụng trình hóa học để tạo dòng điện Điện cực anot: nơi xảy oxi hóa (cực âm) Điện cực canot: nơi xảy khử (cực dương) • • Là trình sử dụng dòng điện để xảy biến đổi bề mặt Điện cực anot: nơi xảy oxi hóa (cực dương) Điện cực canot: nơi xảy khử (cực âm) Định luật Faraday Khối lượng chất giải phóng điện cực tỉ lệ với điện lượng qua dung dịch đương lượng chất F: số Faraday điện tích mol electron hay điện lượng cần thiết để mol electron chuyển dời mạch catot anot (F = 1,602.10m = �/� x ��/� 19.6,022.1023 ≈ 96500 C.mol-1) IV- Ac quy pin nhiên liệu Hình 1: Ac quy Hình 2: Pin nhiên liệu IV- Ac quy pin nhiên liệu • Pin Volta Pin khô Laclanchee Nguồn điện hóa học chế  Loại pin sử dụng phổ biến tạo, sinh dòng điện trì lâu pin Volta (1795) • Pin Volta gồm cực kẽm (Zn) cực đồng (Cu) nhúng dung dịch acid • • • • Cực dương: thỏi than bọc MnO2 graphit Cực âm: lớp vỏ Zn Dung dịch điện phân: dung dịch muối NH4Cl Suất điện động: ~ 1.5V IV- Ac quy pin nhiên liệu Pin Volta Pin khô Laclanchee Acquy  Ac quy đơn giản acquy chì, gọi acquy axid, gồm cực dương chì PbO cực âm Pb, nhúng dung dịch  Do tác dụng với dung dịch axid sunfuric cực acquy tích điện khác Suất điện động acquy thường có giá trị ổn định khoảng 2V Pin nhiên liệu  Pin hệ thống khép kín, nhằm cung cấp lượng điện phản ứng điện hóa  Đại diện pin nhiên liệu hydro-oxy,hai loại khí tham gia trình oxy hóa- khử điện cực • H2 + 1/2O2 → H2O 17.5 Ăn mòn chống ăn mòn • • Sự ăn mòn kim loại vấn đề quan trọng phải đối mặt với xã hội công nghiệp tiên tiến Ảnh hưởng ăn mòn hai mặt nhìn thấy vô hình Ăn mòn tế bào "ngắn mạch", số khu vực hoạt động bề mặt kim loại cực âm kim loại khác cực dương 17.5 Ăn mòn chống ăn mòn Sự ăn mòn sắt  Một số yếu tố liên quan đến tốc độ ăn mòn  Dung dịch muối hòa tan cung cấp chất điện phân cải thiện dòng chảy  Tính axit cao làm tăng ăn mòn  Độ chua tăng cường diện CO2 hòa tan ô nhiễm không khí từ oxit lưu huỳnh  Một số cách hạn chế ăn mòn sắt  Lớp phủ sơn nhựa bảo vệ kim loại  Một phương pháp quan trọng bảo vệ kim loại phát sinh từ tượng thụ động, oxit kim loại mỏng dạng lớp bề mặt ngăn chặn phản ứng điện hoá 17.6 Luyện kim Khái niệm: • Việc thu hồi kim loại từ nguồn trái đất khoa học khai khoáng luyện kim, ngành dựa phương pháp hóa học, vật lý kỹ thuật 17.6 Luyện kim Nhôm Nhôm nguyên tố thứ ba có nhiều vỏ trái đất (sau oxy silicon), chiếm 8,2% tổng khối lượng trái đất So với sắt, đồng, vàng chì, biết đến thời cổ Sir Humphry Davy thu hợp kim sắt chứng minh tính chất kim loại vào năm 1809 17.6 Luyện kim  Năm 1886, Charles Hall Mỹ Paul Héroult phát minh hiệu cho quy trình sản xuất Trong năm 1990, sản xuất nhôm toàn giới trình Hall-Héroult khoảng 1,5 107 năm  Quá trình Hall-Héroult liên quan đến bám điện cực âm nhôm, từ cryolit (băng thạch) nóng chảy (Na3AlF6) có hòa tan Al2O3, tế bào điện phân Hình 17.6 Một tế bào điện phân sử dụng trình Hall-Héroult để sản xuất nhôm 17.6 Luyện kim Magie  Như nhôm, magiê yếu tố có nhiều bề mặt trái đất, dễ để có dạng nguyên tố Nguồn gốc magiê hợp chất nước biển H17.7 Việc sản xuất hydroxit magiê bắt đầu với việc bổ sung vôi (CaO) vào nước biển 17.6 Luyện kim Hình 17.8 Trong tinh chế điện phân đồng, nhiều đồng cố định, xem cực dương, xen kẽ với mỏng đồng nguyên chất (cực âm) Cả hai nhúng vào dung dịch loãng axit đồng Như đồng bị oxy hóa từ cực dương bất tịnh, vào giải pháp Cu2+ di chuyển đến cathodes, hình thức tinh khiết 17.6 Luyện kim • • Kim loại sản xuất phương pháp hỏa, chẳng hạn bạc, đồng, niken thiếc không tinh khiết cho nhiều mục đích Luyện kim màu sử dụng để làm chúng thêm 17.7- Một nhìn sâu điện phân nước dung dịch nước Kiểm tra điện phân nước dung dịch có nước Xem xét điện phân nước điện cực trơ bạch kim phản ứng bán pin Kết cho điện phân dung dịch nước dung dịch trung tính tóm tắt sau:  Một dung dịch khử điện khử đại số lớn -0,414 V  Một số dung dịch bị ôxi hóa điện khử đại số nhỏ 0,815 V TÓM TẮT CHƯƠNG  Phản ứng điện hoá loại phản ứng quan trọng trình oxy hóa-khử phản ứng trao đổi hóa chất lượng điện  Điện hóa học vô quan trọng công nghệ đại chuyển đổi lượng lưu trữ công nghệ tổng hợp quy mô lớn chất hóa học clo Đây ngành khoa học cho phép cho nguồn lượng thay  Điện hoạt động pin Δ ξ đơn giản liên quan đến việc lượng tự Gibbs cho phản ứng điện, cung cấp lượng điều khiển cho phản ứng Điện hoạt động pin để không cho phản ứng trạng thái cân đó, điện tiêu chuẩn pin Δξ ° đại lượng tiêu chuẩn số cân phản ứng điện ... Pin điện hóa  Cấu tạo chung: gồm hai cực có chất hóa học khác ngâm chất điện phân( dung dịch axit, bazơ, muối,…) I Pin điện hóa Hoạt động chung: Do tác nhân hóa học, cực pin điện hóa tích điện. .. mà phải truyền qua dây dẫn Pin điện bình điện phân Pin điện Bình điện phân • • • • Sử dụng trình hóa học để tạo dòng điện Điện cực anot: nơi xảy oxi hóa (cực âm) Điện cực canot: nơi xảy khử (cực... pin điện hóa  Suất điện động: Là hiệu điện lớn (Epin) điện cực dương điện cực âm Suất điện động pin số dương Sđđ pin điện cực dương Epin =E+ - E- điện cực âm Như để tính SĐĐ pin phải xác định điện