HÓA LÝ II: ĐIỆN HÓA HỌC

CHƯƠNG 10 ĐIỆN HÓA HỌC Nội dung 10.1 Pin điện hóa 10.2 Nhiệt động học pin điện cực 10.3 Các loại điện cực 10.4 Bài tập 10.1 Pin điện hóa 10.1.1 Khái niệm pin điện hóa Quan sát mơ hình sau (ngun tố Gavanic Cu – Zn) 10.1 Pin điện hóa 10.1.1 Khái niệm pin điện hóa Cấu tạo Nguyên tố gồm hai điện cực Điện cực kẽm Điện cực đồng Zn/ZnSO4 Cu/CuSO4 Hai dung dịch sunfat chứa dụng cụ riêng biệt tiếp xúc với cầu muối ống thủy tinh chứa đầy dung dịch chất dẫn điện Na 2SO4 Hai kẽm đồng nối với dây dẫn kim loại 10.1 Pin điện hóa 10.1.1 Khái niệm pin điện hóa Hiện tượng  Kim điện kế G dòng điện từ Cu sang Zn  Khối lượng Zn giảm, khối lượng Cu tăng  [ZnSO4] tăng, [CuSO4] giảm 10.1 Pin điện hóa 10.1.1 Khái niệm pin điện hóa Quá trình làm việc Ở điện cực kẽm (cực âm): xảy q trình oxy hóa, khử Zn - 2e = Zn +2 Ở điện cực đồng (cực dương): xảy q trình khử, oxy hóa Cu+2 + 2e = Cu Tổng phản ứng Cu+2 + Zn = Cu + Zn2+ 10.1 Pin điện hóa 10.1.1 Khái niệm pin điện hóa Khái niệm PIN Pin hệ biến đổi hoá thành điện nhờ phản ứng oxy hóa – khử xảy điện cực 10.1 Pin điện hóa 10.1.1 Khái niệm pin điện hóa Ký hiệu Ký hiệu nguyên tố Gavanic đồng - kẽm sơ đồ sau: (-) Zn/ ZnSO4// CuSO4/ Cu (+) hay (-) Zn/ Zn+2// Cu2+/ Cu (+) 10.1 Pin điện hóa 10.1.1 Khái niệm pin điện hóa Quy ước viết ký hiệu Pin  Điện cực âm viết bên trái, cực dương viết bên phải  Ngăn cách điện cực dung dịch điện ly dấu gạch chéo (khác pha) Điện cực gồm nhiều thành phần ngăn cách thành phần dấu phẩy  Ngăn cách dung dịch điện ly dấu gạch chéo (//) vạch chấm ranh giới có điện khuếch tán (-) Zn/ ZnSO4//CuSO4/Cu (+); (-) Zn/ ZnSO4  CuSO4/Cu (+); (-) Pt/Fe2+(0.10 M),Fe3+(0.20 M)//Ag+(1.0 M)/Ag(+) 10.1 Pin điện hóa 10.1.1 Khái niệm pin điện hóa Một vài mơ hình Pin điện hóa 10 10.1 Pin điện hóa 10.1.2 Thế điện cực Phương trình Nernst Khi T = 298K, R = 8,314 J/mol.K; F = 96500 Culông ln = 2,3lg ta dạng cụ thể phương trình Nernst cho phép tính điện cực điện cực 250C: φ φ  16 RT akh ln nF a oxy 0,059 akh φ φ  lg n a oxh 10.1 Pin điện hóa 10.1.2 Thế điện cực Ví dụ Xét nguyên tố ganvanic đồng - kẽm: (-) Zn/ Zn2+// Cu2+/ Cu (+) Xác định sức điện động PIN trên??? 17 10.2 Nhiệt động học Pin điện cực 10.2.1 Công điện pin  Khi làm việc, pin sinh dòng điện tạo từ cơng hữu ích A phản ứng oxy hóa – khử  Khi pin làm việc thuận nghịch nhiệt động cơng cơng hữu ích cực đại A’max Theo nguyên lý 2: ΔG = -A’max  Cơng điện chuyển hố mol chất: A’max = q.E = nFE  Vậy: ΔG = -nFE 18 n : số electron trao đổi trình điện cực 10.2 Nhiệt động học Pin điện cực 10.2.2 Sức điện động pin Sức điện động = (Thế điện cực dương) – (Thế điện cực âm) Vậy: E = φ+ - φ- Điều kiện chuẩn: E  0   0 Chú ý: [1] E > nên φ+> φ- 19 [2] Cho điện cực  cực dương – âm PIN 10.2 Nhiệt động học Pin điện cực 10.2.3 Ảnh hưởng nồng độ đến E - ; PT Nernst Giả sử phản ứng xảy pin: aA + bB = cC + dD Từ phương trình đẳng nhiệt Van’t Hoff a cC a dD ΔG T  RTlnK a  RTln a b a A a B Suy 20 c d a a RT E = E0 ln Ca Db nF a A a B 250C c d a a 0,059 E = E0 lg Ca Db n a A a B 10.2 Nhiệt động học Pin điện cực 10.2.4 Khảo sát phản ứng Khảo sát chiều phản ứng ΔG = - n.F.E - Nếu E >  ΔG < 0: phản ứng xảy theo chiều thuận - Nếu E <  ΔG > 0: phản ứng xảy theo chiều ngược lại - Nếu E =  ΔG = 0: phản ứng cân 21 10.3 Các loại điện cực 10.3.1 Phân loại điện cực Điện cực loại Điện cực Điện cực calomel Điện cực loại Điện cực Ag - AgCl 22 10.3 Các loại điện cực 10.3.1 Phân loại điện cực Nội dung cần nắm điện cực 23  Định nghĩa điện cực  Ký hiệu điện cực  Phản ứng xảy điện cực  Phương trình Nernst áp dụng tính  10.3 Các loại điện cực 10.3.1 Phân loại điện cực Điện cực loại Định nghĩa Kim loại (á kim) nhúng dung dịch chứa ion kim loại (á kim) Ký hiệu Mn+/ M An-/ A Phản ứng điện cực: PT Nernst: 24 Mn+ + ne φMn  /M φM n /M φ A/A n - φ 0A/A n- = M; A + ne = An- RT aM RT  ln φMn  /M  lnaMn  nF aMn  nF  RT ln a A n- φ 0A/A n-  RT lna A n - 10.3 Các loại điện cực 10.3.1 Phân loại điện cực Điện cực loại Định nghĩa Kim loại M phủ hợp chất khó tan (muối, oxit hay hydroxit) kim loại nhúng vào dung dịch chứa anion hợp chất khó tan Ký hiệu An-/ MA/ M Phản ứng điện cực: PT Nernst: 25 MA + ne = M + An0 φMA/M,A n  φMA/M,  An RT lna A n  nF 10.3 Các loại điện cực 10.3.1 Phân loại điện cực Điện cực loại 26 [1] Điện cực Calomel  : [2] Điện cực bạc – clorua bạc  : Pt, Hg/ Hg2Cl2/ ClAg/ AgCl/ Cl- 10.3 Các loại điện cực 10.3.1 Phân loại điện cực Điện cực khí Định nghĩa 27 Kim loại trơ tiếp xúc đồng thời với khí dung dịch chứa ion khí (Kim loại trơ thường Pt) [1] Điện cực hydro : H+ / H2, Pt [2] Điện cực oxy : OH– / O2, Pt [3] Điện cực clo : Cl– /Cl2, Pt 10.3 Các loại điện cực 10.3.1 Phân loại điện cực Điện cực oxy hóa khử - Redox Định nghĩa Ký hiệu Hệ gồm kim loại trơ (Pt) nhúng vào dung dịch chứa đồng thời hai dạng oxy hóa khử Oxh / kh,Pt Phản ứng điện cực PT Nernst 28 Oxh + ne = Kh φ oxh/kh φ 0oxh/kh RT akh  ln nF aoxh 10.3 Các loại điện cực 10.3.1 Phân loại điện cực Điện cực oxy hóa khử - Redox Một số điện cực thơng dụng: + Điện cực đơn giản: Pt, Fe2+/ Fe3+ + Điện cực phức tạp: Pt, Mn2+/ MnO4-, H+ + Điện cực quinhidron: Pt, C6H4(OH)2/ C6H4O2 29 10.4 Bài tập 30 ... dung 10. 1 Pin điện hóa 10. 2 Nhiệt động học pin điện cực 10. 3 Các loại điện cực 10. 4 Bài tập 10. 1 Pin điện hóa 10. 1.1 Khái niệm pin điện hóa Quan sát mơ hình sau (ngun tố Gavanic Cu – Zn) 10. 1... Pt/Fe2+(0 .10 M),Fe3+(0.20 M)//Ag+(1.0 M)/Ag(+) 10. 1 Pin điện hóa 10. 1.1 Khái niệm pin điện hóa Một vài mơ hình Pin điện hóa 10 10.1 Pin điện hóa 10. 1.1 Khái niệm pin điện hóa (-)Pt|Fe2+(0 .10 M),Fe3+(0.20... Cu+2 + Zn = Cu + Zn2+ 10. 1 Pin điện hóa 10. 1.1 Khái niệm pin điện hóa Khái niệm PIN Pin hệ biến đổi hoá thành điện nhờ phản ứng oxy hóa – khử xảy điện cực 10. 1 Pin điện hóa 10. 1.1 Khái niệm pin