bài tập động học của các quá trình phản ứng

Bài tập sở động học điện hóa MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hóa lý môn khoa học tổng hợp, liên ngành; nghiên cứu mối quan hệ tương hỗ hai dạng biến đổi hóa học vật lý vật chất, nghiên cứu mối liên hệ phụ thuộc tính chất hóa – lý với thành phần hóa học, với cấu tạo vật chất, bao gồm nghiên cứu chế, tốc độ trình hóa học yếu tố bên ngồi ảnh hưởng đến q trình Ngày nay, Hóa lý trở thành mơn học chương trình giảng dạy cho sinh viên trường đại học có chuyên ngành Hóa học liên quan đến Hóa học Mơn học Hóa lý thường bao gồm nội dung: 3.– Cấu tạo chất: nghiên cứu cấu tạo nguyên tử, phân tử trạng thái tập hợp chất 4.– Nhiệt động hóa học: nghiên cứu ứng dụng hai nguyên lý nhiệt động học để khảo sát hiệu ứng nhiệt phản ứng, xác định khả tự diễn biến cúa q trình hóa học, vị trí cân dịch chuyển cân phản ứng hóa học, q trình chuyển pha… 5.– Động hóa học Xúc tác: nghiên cứu tốc độ phản ứng yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng… 6.– Điện hóa học: nghiên cứu tính chất dung dịch điện ly, trình điện cực… 7.– Hóa keo: nghiên cứu hệ vi dị thể quy luật, định luật hóa lý Trong nội dung Hóa lý nội dung Điện hóa học xem nội dung quan trọng tính rộng rãi, phổ biến q trình điện hóa diễn đời sống ngày Việc nghiên cứu q trình điện hóa giúp hiểu rõ giải thích xác tượng điện hóa Trong q trình học tập nghiên cứu, sinh viên khơng giải thích q trình điện hóa lý thuyết mà cần áp dụng lý thuyết để giải tập liên quan; từ giúp sinh viên hiểu sâu sắc trình điện hóa, nâng cao hiệu học tập mơn Hóa lý Từ lí trên, chúng tơi chọn đề tài “BÀI TẬP CƠ SỞ ĐỘNG HỌC ĐIỆN HÓA” 9.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 10 Tìm hiểu, tóm tắt nội dung Cơ sở động học điện hóa nhằm hiểu rõ nội dung, đặc điểm, giai đoạn số q trình điện hóa; đề xuất số tập có lời giải tập tự giải góp phần nâng cao chất lượng học tập phân mơn Hóa lý 11 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 12 – Nghiên cứu lý thuyết phân cực điện cực, phân hủy – Nghiên cứu lý thuyết tốc độ trình điện cực – Nghiên cứu đặc điểm, giai đoạn số q trình điện hóa – Đề xuất số tập có lời giải tập tự giải q trình điện hóa KHÁCH THỂ VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU – Khách thể nghiên cứu: Động học số q trình điện hóa yếu tố liên quan đến động học trình điện hóa 1 Bài tập sở động học điện hóa – Đối tượng nghiên cứu: Một số dạng tập phương pháp giải cho trình điện hóa thường gặp PHẠM VI NGHIÊN CỨU – Lý thuyết tập động học số q trình điện hóa – Thời gian nghiên cứu: 06/02/2017 – 27/03/2017 GIẢ THUYẾT KHOA HỌC Nếu tóm tắt đầy đủ lý thuyết đề xuất đầy đủ dạng tập thường gặp trình điện hóa sinh viên tìm nội dung trọng tâm phương pháp giải tập thích hợp; góp phần nâng cao hiệu học tập mơn Hóa lý sinh viên trường Đại học Đồng Nai PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU – Thu thập, đọc, nghiên cứu tài liệu liên quan đến đề tài – Phương pháp phân tích tổng hợp – Phương pháp phân loại hệ thống hóa – Phương pháp tổng kết kinh nghiệm ĐÓNG GÓP MỚI CỦA ĐỀ TÀI – Tóm tắt nội dung dễ nhầm lẫn q trình điện hóa – Nghiên cứu đề xuất số tập q trình điện hóa thường gặp CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT CƠ SỞ ĐỘNG HỌC ĐIỆN HÓA 1.1 Sự phân cực điện cực, - Thế phân hủy 1.1.1 Sự phân cực điện cực – Quá Sự phân cực điện cực gây nên nhiều nguyên nhân thay đổi nồng độ chất phản ứng gần bề mặt điên cực giai đoạn chậm định tốc độ phản ứng Nếu chất giai đoạn chậm định tốc độ phản ứng biết khái niệm phân cực thay khái niệm Như vậy: Quá phân cưc điện cực gây nên giai đoạn châm định tốc độ phản ứng điên cực Khái niệm sử dụng kèm với tên phản ứng điện cực nghiên cứu hiđro, oxi, a Quá khuếch tán Ta xét phản ứng điện hoá khử ion kim loại hiđrat Mn+.mH2O Phản ứng tổng quát xảy theo sơ đồ sau: Mn+.mH2O + ne = M + mH2O Quá trình gồm số giai đoạn nối tiếp nhau: giai đoạn khuếch tán ion tới điên cực, giai đoạn phóng điên ion Mn+, giai đoạn kết tinh Như nói trên, tốc độ tồn q trình định giai đoạn có tốc độ châm Nếu giai đoạn chậm giai đoạn khuếch tán ion M n+.H2O đến điện cực phân cực giai đoạn định, nồng độ ion M n+ bề mặt điện cực thay đổi có dòng điện chạy qua Vì điện cực khống chế nồng độ ion gần bề mặt điện cực, nên biến thiên nồng độ chất tham gia vào phản ứng điện cực làm cho điện cực bị thay đổi, có nghĩa điện cực bị phân cực Vì vậy, gây nên phân cực gọi khuếch tán; phân cực trường hợp gọi phân cực nồng độ Bài tập sở động học điện hóa b Q hố học Hầu hết q trình điện cực có kèm theo biến đổi hoá học tuý Sự biến đổi xảy trước sau trình điện hoá theo chế đồng thể dị thể Chính biến đổi hố học làm thay đổi nồng độ chất phản ứng bề mặt điện cực làm cho điện cực lệch khỏi giá trị cân Do đó, xuất trường hợp gọi hoá học Quá khuếch tán hoá học thuộc loại phân cực nồng độ c Quá điện hoá Nếu q trình điện hố giai đoạn phản ứng điện hoá tuý (giai đoạn chuyển electron bề mặt điện cực) giai đoạn quyêt định tốc độ trình, phân cực gây nên giai đoạn gọi phân cực điện hoá Quá xuất trường hợp gọi điện hoá Như vậy, điện hoá lệch điện cực khỏi giá trị cân phản ứng điện hoá điện cực gây nên Có loại phân cực điên hố: phân cực anot phân cực catot - 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 trinh catot K    c.b (7.1) A    c.b (7.2 ) Quá phụ thuộc vào mật độ dòng, chất tiểu phân tham gia phản ứng điện cực, vào vật liệu tính chất bề mặt điên cực,vào có mặt chất hoạt động bề mặt, vào nhiêt độ Sự phụ thuộc  vào yếu tố đươc biểu thị qua phương trình kinh nghiệm Tafel:   a  b lg i (7.3) i: mật độ dòng a,b số a: phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu điện cực b: đặc trưng chủ yếu cho q trình điện hố d Q điện trở (quá ohm) Quá trình điện cực thường có kèm theo hình thành lớp oxit, bazơ hay muối khó tan bám chặt vào bề mặt điện cực, ngăn cản phản ứng điện cực Trong trường hợp phổ biến điện trở cao lớp dung dịch hai điện cực làm xuất độ giảm ohm Ta làm giảm hiệu ứng cách dùng mao quản luggin-haber có đầu đặt sát bề mặt điện cực khảo sát Tuy nhiên khơng thể triệt tiêu hồn tồn điện trở điện cực nghiên cứu đầu mao quản luggin-haber Giá trị điện rơi phụ thuộc vào mật độ dòng điện độ dẫn điện dung dich khoảng cách điện cực nghiên cứu mao quản Điên rơi tuân theo định luât ohm Điên rơi có giá trị đáng kể mật độ dòng lớn độ dẫn điện dung dich thấp Điên rơi làm tăng tốc phân cực, làm lệch đường Tafel Bài tập sở động học điện hóa Q điện hố, q hình thành pha mới, điện trở đa số trường hợp tập trung ranh giới điện cực dung dịch Còn phân cực nồng độ lại xảy lớp khuếch tán hậu khuếch tán chât phản ứng diễn chậm Q điện hố ngồi phụ thuộc mật độ dòng điện, phụ thuộc vào chất, trạng thái bề mặt điên cực, chất chất tham gia phản ứng, nhiệt độ, nồng độ chất phản ứng thành phần dung dịch, phân cực nồng độ hay khuếch tán phụ thuộc vào mật độ dòng điên yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ khuếch tán chất phản ứng e Ý nghĩa Quá có ý nghĩa lớn điện hố ứng dụng, có q cao hiđro mà người ta giải phóng kim loại từ dung dịch Những giá trị lớn hiđro oxi sở nhiều phản ứng hoá học oxi hoá đường điện hố 1.1.2 Thế phân hủy Trong q trình điện phân trình xảy bề mặt điện cực người ta phải áp đặt vào hệ hiệu thế: V  (cb A  cb B )  (A  n K )  IR (7.4) 1.2 Tốc độ q trình điện hóa Tùy thuộc vào chất q trình điện hóa mà điện phân người ta phân biệt phân cực hóa với phân cực nồng độ Trong phân cực nồng độ, tốc độ khuếch tán ion điện cực tuân theo định luật Fick thứ nhất: C v  D.A  D: hệ số khuếch tán ion [ cm /giây] A: diện tích điện cực [cm2] C: nồng độ dung dịch : bề dày lớp khuếch tán [cm] Vì điện hóa học tốc độ q trình điện cực đo mật độ điện i nên ta có: v i.A n.F i  n.F.D C  Vậy: 1.3 Động học số trình điện hóa 1.3.1 Q trình giải phóng khí hidro Phản ứng thoát hidro dung dịch axit dung dịch kiềm xảy theo cách khác Đối với dung dịch axit, H2 thoát từ phản ứng: 2H3O+ + 2e = H2 + H2O (a) Trong dung dịch kiềm, phân tử H2O trực tiếp nhận e để tạo thành H2 ion OH-: 2H2O + 2e = H2 + 2OH(b) Bài tập sở động học điện hóa Phản ứng (a) (b) phản ứng tổng quát thoát H Phản ứng xảy qua nhiều giai đoạn nối tiếp nhau, xảy theo đường khác phụ thuộc vào điều kiện phản ứng Tương ứng với hai giai đoạn xuất hai thuyết chủ yếu Hidro thuyết phóng điện chậm Volmer-Frumkin thuyết tổ hợp chậm Tafel Thuyết phóng điện chậm kim loại hấp phụ Hidro hay nói cách khác kim loại có hidro cao trung bình Thuyết tổ hợp chậm kim loại hấp phụ hidro mạnh, nghĩa kim loại có q hidro thấp 1.3.2 Q trình giải phóng oxi Q trình giải phóng O2 xảy theo đường khác tùy thuộc vào thành phần dung dịch điện phân Trong dung dịch kiềm, O2 giải phóng từ phóng điện ion OH- 4OH- - 4e = O2 + 2H2O (a) Trong dung dịch axit, phân tử H2O bị phóng điện để tạo O2 2H2O – 4e = O2 + 4H+ (b) Trong dung dịch muối trung tính, O giải phóng phóng điện ion OH- phân tử H2O Động học q trình giải phóng O chế phức tạp bao gồm nhiều giai đoạn phụ thuộc vào nhiều yếu tố Giai đoạn chậm trình giải phóng oxi giai đoạn sau: Sự phóng điện ion OH- hay phân tử H2O Sự kết hợp nguyên tử oxi Sự hấp phụ điện hóa gốc hidroxyl OH4 Sự hình thành phân hủy oxit trung gian bền kim loại điện cực 1.3.3 Q trình giải phóng kim loại Sự khử catot cation kim loại sở cho nhiều q trình có ứng dụng lớn thực tiễn Điện kết tinh kim loại sử dụng luyện kim để thu nhận kim loại từ quặng thiên nhiên Q trình giải phóng kim loại catot xảy theo phản ứng chung sau: Mn+.mH2O + ne = M + mH2O Q trình giải phóng kim loại từ dung dịch xảy điện cực:   0  RT ln C M  c.b nF Q trình xảy qua nhiều giai đoạn theo cách khác phụ thuộc vào chất kim loại dung môi, vào điều kiện kết tinh kim loại Sau chuyển ion kim loại tới bề mặt điện cực khuếch tán, kim loại kết tinh lên bề mặt 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 mặt kim loại rơi vào mạng lưới tinh thể kim loại Bài tập sở động học điện hóa Me n hp Ion kim loại bị hấp phụ lên bề mặt kim loại Các ion bị hấp phụ di chuyển bề mặt điện cực đến vị trí thuận lợi mặt lượng bị phóng điện nằm ln vào 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 phức ), sau lại biến đổi theo hai cách Ion kim loại vừa bị hấp phụ, vừa phóng điện nguyên tử kim loại di chuyển bề mặt điện cực Các nguyên tử kim loại tạo thành kết hợp với để tạo thành tinh thể nhỏ Trên bề mặt điện cực xuất tướng Việc nghiên cứu động học q trình giải phóng kim loại gặp nhiều khó khăn thay đổi theo thời gian, thay đổi bề mặt điện cực nhiều yếu tố khác Bài tập sở động học điện hóa CHƯƠNG 2: BÀI TẬP CƠ SỞ ĐỘNG HỌC ĐIỆN HĨA 2.1 Bài tập có lời giải Bài Điện phân dung dịch muối kẽm với catôt Fe có diện tích 1000cm Xác định bề dày lớp kẽm phủ điện phân 25 phút với mật độ dòng trung bình 2,5 A/dm2 Khối lượng riêng Zn 7,15 g/cm3 Giải Lượng kẽm phủ catôt là: M Cu 65, 38 2,5.10.25.60 I.t mCu = n.96500 = 2.96500 = 12,7 g m 12,  1, 776 Thể tích lớp kẽm phủ bằng: V = D 7,15 cm3 Bề dày lớp kẽm phủ: a V 1, 776  1, 776.103 cm S 1000 Bài Ở 298K , dùng điện cực Pt điện phân dung dịch có nồng độ Zn 2+ Cd2+ 0,1 mol.kg-1 để tách kim loại Cho biết cùa H điện cực Pt 0,61V: hệ số hoạt độ chất a/ Kim loại xuất trước catot? b/ Khi kim loại thứ bắt đầu xuất nồng độ kim loại thứ lại dung dịch bao nhiêu? Giải a/ Thế phân hủy cation bị khử catot: RT RT ln � Zn 2 �  0, 763  ln 0,1  0, 793V � � 2F 2F RT RT 2 � Cd 2 /Cd  o Cd 2 /Cd  ln � Cd   0, 403  ln 0,1  0, 433V 2F � � 2F RT RT  � H /H  ln � H    ln � 107 � H � � � � 0,  1, 014V 2 F F Zn 2 / Zn  o Zn 2 / Zn  Thế phân hủy dương bị khử trước , Cd xuất trước b/ Zn2+ bắt đầu bị khử , tức khử Zn2+ Cd2+ xảy đồng thời , lúc Bài tập sở động học điện hóa Zn 2 / Zn  Cd 2 / Cd RT ln � Cd  � � � 2F RT 0, 793  0, 403  ln � Cd  � � � 2F �� Cd  �  6� 10 4 mol.kg 1 � � 0, 793  o Cd 2 / Cd  Bài Dùng điện cực Pt điện phân dung dịch SnCl Do có H2 catot nên � H � Sn  � 0,1 � � � 0, 01 Sn2+ bị khử trước Ở anot có khí O xuất Biết � �  O Sn2 /Sn  0,140V O O2 ,H2 /H2O  0, 23V Quá O2 anot 0,3V a/ Tính sức điện động phân cực ? b/ Biết H2 catot 0,5V Hỏi để bắt đầu có khí H nồng độ Sn2+ bao nhiêu? Giải a/ Các phản ứng xảy ra: 2 Catot: Sn  2e � Sn Anot: H O  2e � O  2H  RT RT 2 � ln � Sn   0,104  ln  0,1  0,107V 2F � � 2F RT RT anot  o O2 ,H2 /H 2O  ln � H �  O2  1, 23  ln  0, 01  0,5  1, 612V � � F F � E  anot  catot  1,612  0,170  1,782V catot  oSn 2 /Sn  b/ Ở anot, đồng thời có khí O hình thành H+ Sn2+ bị khử gần hết thì: H   0,1�2  0,01  0,21 Để có H2 RT RT ln � H �  O2  Sn 2 /Sn  oSn 2 /Sn  ln � Sn 2 � � � � � F 2F 4 1 �� Sn 2 � � � 2,9 �10 mol.kg H /H  Bài tập sở động học điện hóa o  0, 25V Bài Dùng điện cực Ni điện phân dung dịch ZnSO4 1,10M Biết Ni / Ni H2 Ni 0,42V, qúa O Ni 0,1V Hỏi chất xuất trước catot anot? Giả thuyết dung dịch trung tính hệ số hoạt độ chất 2 Giải Ở catot xảy khử Ni2+ H+ phân hủy là: RT ln � N i 2 � � � 2F RT   0, 25  ln  1,10    0, 249V 2F RT  ln � H � � � H2 F RT  ln � 10 � � � 0, 42   0,833V   Ni2 / Ni F  Ni2 / Ni  o Ni2 / Ni  H / H � Ni 2 bị khử trước 2 Ở anot xảy oxi hóa H2O Ni (dùng làm điện cực) SO khó bị 2 2 oxi hóa (2SO  2e � S2O8 2, 05V) H O  2e � O  2H  Ni  2e � Ni 2 O2 ,H2 / H2 O  o O2 ,H2 /H 2O  RT 1/ ln � H �  O2   O2 � � 2F RT ln � 10 7 � � � 0,1  0,917V 2F RT  Ni2 / Ni  o Ni2 / Ni  ln � Ni  � � � 2F RT  0, 25  ln1,10  0, 249V  O2 ,H2 / H2 O 2F  1, 23   Ni bị oxi hóa trước Bài Muốn dùng điện cực Pt điện phân dung dịch chứa CdCl 1,0M , NiSO4 1,0M cần phải đặt vào điện cực bình điện phân hiệu điện bao nhiêu? Và lúc hai cực bình điện phân xuất chất gì? Giải Bài tập sở động học điện hóa Ở catot xảy phản ứng khử Cd2+, Ni2+ H+:  Ni2 / Ni  o Ni2 / Ni  0, 25V Cd2 /Cd  o Cd 2 /Cd  0, 402V H  / H  RT RT  � ln � H  ln107  0, 414V � � F F Thế dương bị khử trước  Ni2+ bị khử thành Ni xảy trước Bài Ở 298K , dùng điện cực Pt làm catot, C (than chì) làm anot điện phân dung dịch có chứa CdCl2 0,01M CuCl2 0,02M Khơng tính đến hóa hoạt độ chất a/ Kim loại bị khử trước b/ Kim loại thứ bắt đầu bị khử hiệu điện lúc bao nhiêu? c/ Kim loại thứ bắt đầu bị khử nồng độ ion chất đầu dung dich bao nhiêu? d/ Thực tế có tồn O than chì (O )  0, 6V anot xảy phản ứng trước? Giải a/ Các ion bị khử Cd2+ , Cu2+, H+ RT RT ln � Cd 2 �  0, 403  ln 0, 01  0, 462V � � 2F 2F RT RT 2 � Cu 2 /Cu  o Cu 2 /Cu  ln � Cu  0,337  ln 0, 02  0, 287V � 2F � 2F RT RT  � H / H  ln � H  ln10 7  0, 414V � � F F Cd 2 /Cd  o Cd 2 /Cd   Cu2+ bị khử trước , H+ cuối Cd2+ b/ Ở anot 10 Bài tập sở động học điện hóa RT ln � Cl  � � � F RT  1,358  ln 0, 06  1, 430V F RT O2 ,H2 / H2O  o O2 ,H2 / H 2O  ln � H � � � F RT  1, 299  ln107  0,815V  Cl /Cl F Cl  /Cl  o Cl  /Cl   H2O bị oxi hóa thành O2 trước Khi Cd2+ bắt đầu bị khử Cu2+ bị điện phân gần hết , đồng thời có oxi hóa tạo thành H+ anot � H � � � �0, 02  0, 04M O2 ,H2 /H 2O  o O2 ,H / H 2O  RT ln � H � � � F RT ln 0, 04  1,146V F E  O2 ,H / H 2O  Cd2 /Cd  1,146  (0, 462)  1, 608V  1, 299  c/ Khi kim loại thứ bắt đầu bị khử thì: Cd2 /Cd  Cu 2 /Cu RT ln � Cu  � � � 0, 462 2F 28 �� Cu 2 � � � 9,346 �10 M � 0,337  d/ Khi tính đến q O2 O2 ,H2 / H2O  o O2 ,H2 / H 2O   1, 299  RT ln � H � � � O2 F RT ln � 10 7 � � � 0,  1, 415V  Cl2 /Cl F Sự oxi hoá tạo thành O2 xảy trước Bài Ở 298K, điện phân dung dịch có chứa Ag + 0,05M ; Fe2+ 0,01M; Cd2+ 0,01M; Ni2+ 0,1M H+ 0,001M giả thiết nồng độ H + khơng thay đổi q trình điện phân Biết q H Ag, Ni, Fe, Cd 0,2; 0,24; 0,18 0,3V đặt vào điện cực hiệu điện tăng dần từ 0, hỏi thứ tự chất bị khử catot? 11 Bài tập sở động học điện hóa Giải RT RT  � ln � Ag   0, 7794  ln 0, 05  0, 722V 2F � � 2F RT RT 2 � Fe2 / Fe  o Fe 2 / Fe  ln � Fe   0, 4402  ln 0, 01  0, 4994V 2F � � 2F RT RT Cd 2 /Cd  o Cd2 /Cd  ln � Cd 2 �  0, 403  ln 0, 001  0, 4917V � � 2F 2F RT RT  Ni 2 / Ni  o Ni 2 / Ni  ln � Ni 2 �  0, 25  ln 0,1  0, 2796V � � 2F 2F RT RT H  / H  ln � H �  ln 0, 001  0,1775V � � F F Ag  / Ag  o Ag / Ag  Ở điện cực khác: RT ln � H � � � H / Ag  0,1775  0,  0,3775V F RT Ni : H  / H  ln � H � � � H / Ni  0,1775  0, 24  0, 4175V F RT Fe : H  / H  ln � H � � � H / Fe  0,1775  0,18  0,3575V F RT Cd : H  / H  ln � H � � � H /Cd  0,1775  0,3  0, 4775V F Ag : H  / H  Có Ag /Ag   Ni2 / Ni  H /H / Ag, Ni, Fe, Cd  Cd 2 /Cd  Fe2 /Fe Thứ tự chất sinh catot : Ag, Ni, H , Cd, Fe E Bài Xác định phân hủy ph CuSO4 oxi catot 0,4V bỏ qua Cd catot Thế chuẩn Cd -0,4V ,thế oxi hóa chuẩn oxi 1,23V Giải       0,   0, E  E   E   1, 23  (0, 4)  1, 63V � E pl  E    1, 63  0,  2, 03V Bài Biết hidro điện cực Ni 0,21V oxi Pt 0,46V Hãy tìm phân hủy NiSO4 điện phân dng dịch điện cực Pt cho biết catot xảy q trình Ni hồn tồn mà khơng có giải 12 Bài tập sở động học điện hóa phóng hidro khơng? Thế oxi hóa chuẩn oxi 1,23V khử chuẩn hidro -0,8277V, khử chuẩn Ni -0,25V Giải Đối với NiSO4 E  E   E   1, 23  ( 0, 25)  1, 48V       0, 46   0, 46V � E pl  E    1, 48  0, 46  1,92V Đối với H2O E  E   E   1, 23  (0,8277)  2, 0577 V       0, 46  0, 21  0, 25V � E pl  E    2, 0577  0, 25  2,3077 V So sánh trị số phân hủy trường hợp, phân hủy nằm khoảng thế: 1, 92  E ph  2, 3077 Bài Người ta điện phân dung dịch H 2SO4 với anot Pt , phân hủy H 2SO4 2,69V, oxi Pt 0,46V Hãy tính hidro catot Thế oxi hóa chuẩn oxi 1,23V Giải E  E   E   1, 23   1, 23V E pl  2, 69  E   �   E pl  E      2, 69  1, 23  1, 46V �   0, 46  1, 46  1V Vậy hidro –1V Bài 10 Khi mạ đồng chi tiết kim loại thường dùng dung dịch CuSO H2SO4.Liệu q trình catot có hoàn toàn đồng ? cho biết oxi Pt 0,46V, hidro đồng 0,23V Giải Giả thiết điện phân có phản ứng sau: Cu   2e � Cu (trên catot) 13 Bài tập sở động học điện hóa H O  2e � O  2H  (trên anot) Do hình thành pin điện có sơ đồ Cu / CuSO , H 2SO / O , Pt Suất điện động phân cực Thế phân hủy c E p  0 H / H  0Cu 2 /Cd  1, 23  0,337  0,893V Vph  E p    c thoát đồng nhỏ bỏ qua, đó: Vph  E p    0,893  0, 46  1,353V Trường hợp điện phân có hidro catot phản ứng điện phân là: 2H   2e � H (trên catot) H O  2e � O  2H  (trên antot) Và pin điện hình thành có sơ đồ sau H / H 2SO , CuSO / O Suất điện động phân cực E p  1, 23   1, 23V  điện phân     c  0, 46  0, 23  0, 69V Và phân hủy Vph  E p    1, 23  0, 69  1,92V p (chỉ thoát Cu thoát H2) thấy So sánh trị số phân hủy trường hợ muốn cho đồng bám vào chi tiết mạ phân hủy nằm khoảng 1,35V �Vph  1,92V thế: 2.2 Bài tập tự giải Bài Xác định sức điện động phân cực điện phân dung dịch CuSO 25oC Tìm oxi điện cực Pt nhẵn phân hủy CuSO 1,35V E o 2H2O/O2 1, 23V ; E o Cu 2 /Cu  0,34V 14 Bài tập sở động học điện hóa Đáp số:  = 0,46 V Bài Người ta điện phân dung dịch CuCl với cường độ 3A Xác định lượng chất thoát điện cực Đáp số: m = 23,81g Bài Cần điện phân dung dịch NiSO với cường độ 2A để thu hồn tồn Ni catơt biết hiệu suất dòng điện 90%, thể tích dung dịch NiSO4 0,5 lít nồng độ dung dịch 0,1N Đáp số: t = 2680 giây Bài Hãy tính điện âm bé cần đặt vào điện cực Hg (catơt) để khí hiđro thoát 250C áp suất 1atm biết dung dịch điện phân HCl 0,1m, mật độ dòng điện 10-2 A/cm2,  HCl nồng độ 0,796, hiđro tuân theo phương trình Tafen dạng:   1, 410  0,116 lg i ' Đáp số: E c   1, 243V Bài Khi điện phân dung dịch ZnSO4 catơt có giải phóng H đồng thời với thoát Zn điều dẫn tới hiệu suất tách Zn theo dòng giảm Xác định lượng Zn thể tích H2 (ờ 250C 1atm) catôt cho qua dung dịch 20 ampe - giờ, hiệu suất tách Zn 90% Đáp số: 21,96 g; 0,925 L Bài Tính phân hủy CdSO4 oxi anot 0,4V, bỏ qua thoát Cd Cho biết chuẩn Cd oxi -0,403 1,23V Đáp số: 2,03 V Bài Xác định điện âm nhỏ cần đặt vào catot Cu nhúng vào dung dịch CuSO4 nồng độ 1M, 250C để Cu thoát mật độ dòng 31,6 A/m Chấp nhận khơng có phân cực nồng độ Cho biết chuẩn Cu 0,34V;  �CuSO4  0, 043 ; hệ số chuyển  =0,5 dòng trao đổi 0,2A/m2 Đáp số: 0,17V Bài Tính phân hủy dung dịch H2SO4 1M, dùng Pt nhẵn làm điện cực Cho biết anôt 0,4V catôt -0,07V Đáp số: 1,7V 15 Bài tập sở động học điện hóa CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN Sau tiến hành tìm hiểu, nghiên cứu đề tài “Bài tập sở động học điện hóa” Chúng tơi hồn thành nhiệm vụ nêu, cụ thể là: - Nghiên cứu lý thuyết phân cực điện cực, phân hủy - Nghiên cứu lý thuyết tốc độ trình điện cực - Nghiên cứu đặc điểm, giai đoạn số trình điện hóa - Đề xuất số tập có lời giải tập tự giải q trình điện hóa Trên kết nghiên cứu đề tài “Bài tập sở động học điện hóa” Hi vọng đề tài góp phần nâng cao chất lượng học tập mơn Hóa lý, giúp cho sinh viên có thêm nhiều nguồn tài liệu để có lựa chọn tốt phương pháp học tập Do thời gian nghiên cứu có hạn nên việc triển khai có hạn chế định, mong nội dung lý thuyết tập đề xuất nhận xét, đánh giá góp ý quý thầy cô bạn sinh viên để xây dựng đề tài tốt Xin chân thành cảm ơn! 16 Bài tập sở động học điện hóa TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS.TS Lê Tự Hải (2009), Giáo trình điện hóa học, NXB Trường Đại học Sư phạm Nguyễn Hạnh (1992), Cơ sở lý thuyết hóa học, NXB Giáo dục Th.S Bùi Thu Quỳnh, Bài tập hóa lý (Tập 3: Điện hóa học), NXB Đại học Quốc gia Lâm Ngọc Thiềm, Trần Hiệp Hải, Bài tập hóa lý sở, NXB Giáo dục Việt Nam 17 ... Bài tập sở động học điện hóa Phản ứng (a) (b) phản ứng tổng quát thoát H Phản ứng xảy qua nhiều giai đoạn nối tiếp nhau, xảy theo đường khác phụ thuộc vào điều kiện phản ứng Tương ứng với hai... nghiên cứu động học trình giải phóng kim loại gặp nhiều khó khăn thay đổi theo thời gian, thay đổi bề mặt điện cực nhiều yếu tố khác Bài tập sở động học điện hóa CHƯƠNG 2: BÀI TẬP CƠ SỞ ĐỘNG HỌC ĐIỆN.. .Bài tập sở động học điện hóa – Đối tượng nghiên cứu: Một số dạng tập phương pháp giải cho q trình điện hóa thường gặp PHẠM VI NGHIÊN CỨU – Lý thuyết tập động học số q trình điện hóa