BÀI GIẢNG ĐIỆN HÓA HỌC

Chào mừng thầy bạn đến với thuyết trìn h nhóm Chủ đề: ĐỘNG HỌC CÁC QUÁ TRÌNH ĐIỆN HOÁ ĐỘNG HỌC CÁC QUÁ TRÌNH ĐIỆN HOÁ I Sự khác động học cân động học không cân bằn g II Sự phân cực điện cực - Qúa III Thế phân huỷ IV Tốc độ trình điện cực V Động học số trình điện hoá I Sự khác động học cân động học k hông cân II Sự phân cực điện cực - Qúa Sự phân cực điện cực Quá khuếch tán Qúa hoá học Qúa điện hoá Ý nghĩa II Sự phân cực điện cực - Qúa  Sự phân cực điện cực gây nên nhiều nguyên nhân thay đổi nồng độ chất phản ứng gần bề mặt điện cực, giai đoạn chậm định tốc độ phản ứng II Sự phân cực điện cực - Qúa  Qúa phân cực điện cực gây nên giai đoạn chậm định tốc độ phản ứng điện cực II Sự phân cực điện cực - Qúa Qúa khuếch tán  Ta xét phản ứng điện hoá khử ion kim loại hidrat M  Phản ứng tổng quát xảy theo sơ đồ sau: M  n+ mH2O + ne M + mH2O  Qúa trình gồm số giai đoạn nối tiếp nhau: + Giai đoạn khuếch tán ion tới điện cực + Giai đoạn phóng điện ion M + Giai đoạn kết tinh n+ n+ mH2O II Sự phân cực điện cực - Qúa Qúa khuếch tán - Nếu giai đoạn chậm giai đoạn khuếch tán ion M n+ mH2O đến điện cực : nồng độ M n+ bề mặt điệ n cực thay đổi có dòng điện chạy qua → điện cực bị khống chế nồng độ ion gần bề mặt điện cực → biến thiên nồng độ chất tham gia vào phản ứng điện cực → điện cực bị thay đổi, có nghĩa điện c ực bị phân cực  Qúa gây phân cực gọi khuếch tán; phân cực trường hợp n ày gọi phân cực nồng độ II Sự phân cực điện cực - Qúa Qúa hoá học - Hầu hết trình điện cực có kèm theo biến đổi hoá học tuý → thay đổi nồng độ chất ph ản ứng bề mặt điện cực → điện cực lệch khỏi giá trị cân → hoá học  Qúa khuếch tán hoá học thuộc loại phân cực nồng độ II Sự phân cực điện cực - Qúa Qúa điện hoá  Qúa điện hoá lệch điện cực khỏi giá trị cân phản ứng điện hoá điện cực gây nên .Có loại phân cực điện hoá: + Sự phân cực anot (quá anot) đặc trưng cho khả bất thuận nghịch trình anot + Sự phân cực catot (quá catot) đặc trưng cho khả bất thuận nghịch trình catot ɳK = ϕ - ϕCB ɳA = ϕ - ϕCB (7.1) (7.2) IV Tốc độ trình điện cực n+ - Tương tự ta xét cho trình anot: M - ne → M Ta được: ia=iL.(e nFΔϕ/RT -1) (7.20) Biểu thức 7.19 7.20 biểu thức biểu thị tốc độ trình anot catot phản ứng điện hoá bị khống ch ế giai đoạn chuyển chất tới điện cực V Động học số trình điện hoá Qúa trình giải phóng hidro Qúa trình giải phóng oxi Qúa trình giải phóng kim loại V Động học số trình điện hoá Qúa trình giải phóng hidro Phản ứng thoát hidro dung dịch axit dung dịch kiềm xảy theo cách cách khác nhau: + Đối với dung dịch axit, H2 thoát từ phản ứng: + 2H3O + 2e = H2 + H2O (a) + Trong dung dịch kiềm, phân tử nước trực tiếp nhận e để tạo thành H ion OH 2H2O + 2e = H2 + 2OH - - (b) Phản ứng a b phản ứng tổng quát thoát H Phản ứng xảy qua nhiều giai đoạn nối tiếp nh au, xảy theo đường khác phụ thuộc vào điều kiện phản ứng V Động học số trình điện hoá Phản ứng phóng điện ion H 3O+ xảy qua giai đoạn nối tiếp nhau: Chuyển ion H3O+ từ dung dịch đến bề mặt điện cực H3O+dd → H3O+bm Giai đoạn trình khuếch tán điện li đảm nhiệm Các ion H3O+ bề mặt tham gia vào mặt lớp điện kép H3O+bm → H3O+lk Trong giai đoạn ion H 3O+ bị thay đổi cấu trúc, chuyển từ trạng thái hoạt động sang trạng thái hoạt động Điều làm cho trình chuyển dịch electron từ điện cực sang H 3O+ xảy dễ V Động học số trình điện hoá Giai đoạn phóng điện chậm + Các ion H3O tham gia phản ứng điện hoá điện cực + H3O + e → Hhp + H2O Giai đoạn khử Hhp : Sau phóng điện nguyên tử H bị trung tâm xúc tác bề mặt điện cực h ấp phụ tạo thành Hhp Sau Hhp tổ hợp với tạo thành phân tử H hấp ph ụ bề mặt H2bm Hhp + Hhp → H2bm Giai đoạn khuếch tán phân tử H hoà tan từ bề mặt điện cực vào dung dịch: H 2bm → H2dd V Động học số trình điện hoá Giai đoạn tạo bọt khí từ phân tử H hoà tan tách khỏi dung dịch H2dd → H2 khí  Chỉ có giai đoạn chậm gây hidro Đó giai đoạn phóng điện hidro ( giai đoạn 3) giai đoạn khử hidro hấp phụ (giai đoạn 4) Tương ứng với hai giai đoạn xuất hai thuyết chủ yếu hidro thuyết phóng điện chậm Vol mer-Frumkin thuyết tổ hợp chậm Tafel V Động học số trình điện hoá Thuyết phóng điện chậm Volmer-Frumkin kim loại hấp hidro, hay nói cách khác tr ên kim loại có hidro cao trung bình Thuyết tổ hợp chậm Tafel kim loại hấp phụ hidro mạnh, nghĩa kim loại có hidro thấp Qúa hidro số kim loại tăng theo dãy sau: Pt Pd W Ni Fe Ag Cu Zn Sn Pb Hg Qúa hidro số điện cực Điện cực Qúa η (V) Tại i = 10 -2 A/cm Tại i = 10 -1 A/cm Pt ( phủ muội Pt) -0,03 -0,05 Pt (trơn) -0,10 -0,40 Fe -0,56 -0,64 Cu -0,58 -0,82 C (graphit) -0,70 -0,99 Ni -0,75 - Ag -0,76 - Pb -1,08 -1,12 Hg -1,04 -1,21 V Động học số trình điện hoá Qúa trình giải phóng oxi - Trong dung dịch kiềm, O2 giải phóng từ phóng điện ion OH : OH - 4e = O2 + 2H2O - Trong dung dịch axit, phân tử nước bị phóng điện để tạo thành O : 2H2O - 4e = O2 + 4H + (a) (b) - Trong dung dịch muối trung tính, O2 giải phóng phóng điện ion OH phân tử H2O - Động học trình giải phóng O chế phức tạp bao gồm nhiều giai đoạn phụ thuộc vào n hiều yếu tố V Động học số trình điện hoá - Giai đoạn chậm trình giải phóng O giai đoạn sau: Sự phóng điện ion OH hay phân tử H2O Sự kết hợp nguyên tử oxi Sự khử hấp phụ điện hoá gốc hydroxyl OH Sự hình thành phân huỷ oxit trung gian bền kim loại điện cực V Động học số trình điện hoá Một số chế phản ứng thoát oxi từ dung dịch kiềm:  2OH -2e = 2OH  + 2OH + 2OH = 2O + 2H2O  2OH - 2e = 2OH  2OH + 2OH = 2O + 2H2O 2O - 2e = 2O 2O + 2MOx = 2MOx+1 + 2e 2O = O2 2MOx+1 = 2MOx + O2 4OH - 4e +M = 4OH 2OH -2e = 2OH 4MOH = 2MO +2M + 2H2O 2OH + 2OH = 2H2O2 2MO = 2M + O2 23 2H2O2 = O2 + H2O O2 2- = O2 + 2e V Động học số trình điện hoá Qúa trình giải phóng kim loại - Qúa trình giải phóng kim loại catot xảy theo phản ứng chung sau: - Qúa trình giải phóng kim loại từ dung dịch xảy điện cực: M n+ mH2O + ne = M + mH2O ϕ < ϕ + lnCM = ϕCB - Qúa trình xảy qua nhiều giai đoạn theo cách khác phụ thuộc vào chất kim loại dung môi, RT vào điều kiện kết tinh kim loại nF V Động học số trình điện hoá Sau chuyển ion kim loại tới bề mặt điện cực khuếch tán, kim loại kết tinh lên bề m ặt nhiều cách khác nhau: Ion kim loại bị hấp phụ lên bề mặt điện cực Me n+ → Mehp n+ Sau ion kim loại hấp phụ bị phóng điện để tạo nguyên tử kim loại: Me hp n+ + ne → Me Các nguyên tử kim loại liên hợp với tạo thành tinh thể nhỏ, di chuyển bề m ặt kim loại rơi vào mạng lưới tinh thể kim loại V Động học số trình điện hoá Ion kim loại bị hấp phụ lên bề mặt kim loại Mehp n+ Các ion bị hấp phụ di chuyển bề mặt điện c ực đến vị trí thuận lợi mặt lượng bị phóng điện nằm mạng lưới tinh thể Ion kim loại vừa bị hấp phụ, vừa bị thay đổi cấu trúc ( bỏ lớp vỏ hidrat, giảm số phối trí phứ c, ), sau lại bị biến đổi theo hai cách Ion kim loại vừa bị hấp phụ, vừa phóng điện nguyên tử kim loại di chuyển bề mặt điện c ực Các nguyên tử tạo thành kết hợp với để tạo thành tinh thể nhỏ Trên bề mặt điện cực xuất tướng ...ĐỘNG HỌC CÁC QUÁ TRÌNH ĐIỆN HOÁ I Sự khác động học cân động học không cân bằn g II Sự phân cực điện cực - Qúa III Thế phân huỷ IV Tốc độ trình điện cực V Động học số trình điện hoá I Sự... khác động học cân động học k hông cân II Sự phân cực điện cực - Qúa Sự phân cực điện cực Quá khuếch tán Qúa hoá học Qúa điện hoá Ý nghĩa II Sự phân cực điện cực - Qúa  Sự phân cực điện cực gây... tán hoá học thuộc loại phân cực nồng độ II Sự phân cực điện cực - Qúa Qúa điện hoá  Qúa điện hoá lệch điện cực khỏi giá trị cân phản ứng điện hoá điện cực gây nên .Có loại phân cực điện hoá: