HÓA LÝ II: PIN VÀ ĐIỆN CỰC

Chương II PIN VÀ ĐIỆN CỰC TS Trần Tấn Nhật nhathunan@yahoo.com 2.1 Những sở nhiệt động học áp dụng cho điện hóa 2.1.1 Điện cực nguyên nhân sinh điện cực ▪ Điện cực Một hệ gồm chất dẫn điện loại (kl) tiếp xúc với chất dẫn điện loại gọi điện cực ▪ Nguyên nhân sinh điện cực Trên ranh giới điện cực kim loại dd điện li hình thành hai lớp điện tích phân bố trái dấu gọi lớp điện tích kép 2.1.1 Điện cực nguyên nhân sinh điện cực Giải thích nguyên nhân tạo lớp điện tích kép điện cực ? Vì ko đo trực tiếp điện cực ? → Sự hình thành lớp điện tích kép xuất bước nhảy điện giống tụ điện tích điện thiết lập điện xác định Điện gọi điện Galvani, kí hiệu ϕ 2.1.2 Thế điện hóa Thế yếu tố cân Thế điện hóa đại lượng đặc trưng cho cân pha điện cực / dung dịch (cân điện hóa) Thế hóa học: Thế điện hóa: : lượng tự Gibbs điện hóa hệ 2.1.2 Thế điện hóa Suy ra: Zi : điện tích cấu tử i; φ: điện pha khảo sát Thế điện hóa cơng chuyển phần tử tích điện từ vơ cực đến pha khảo sát có điện φ, gồm phần: cơng hóa học μi cơng điện chuyển phần tử tích điện 2.1.3 Pin điện hóa 2.1.3 Pin điện hóa (–) Zn | ZnSO4 || CuSO4 | Cu (+) Điện cực Zn (anôt): Zn ⇌ Zn2+ + 2e Điện cực Cu (catôt): Cu2+ + 2e ⇌ Cu Phản ứng TQ : Zn + Cu2+ ⇌ Zn2+ + Cu 2.1.4 Thế điện cực sức điện động - Lớp điện tích kép sinh bước nhảy thế: Thế điện cực, φ - Không thể xác định trực tiếp giá trị điện cực Điện cực so sánh hydro: (standar hydrogen electrode – SHE) 2.1.4 Thế điện cực sức điện động  Để xác định điện cực điện cực đó, ghép đ/c với đ/c hydro thành pin, độ lớn đ/c khảo sát sức điện động pin 2.3 Các loại mạch điện hóa • Mạch có tải Mạch có tải mạch mà hai điện cực có hai dung dịch giống khác chất tiếp xúc qua màng ngăn Tại ranh giới (ký hiệu dấu chấm), ion di chuyển xuất khuếch tán (-) Zn/ ZnSO4 CuSO4/ Cu (+) (-) Ag/ AgNO3 AgNO3/ Ag (+) 2.3 Các loại mạch điện hóa • Mạch khơng tải Là mạch có điện cực nhúng vào dung dịch hay dung dịch khác ko tiếp xúc trực tiếp (-) Pt, H2 / HCl / Cl2, Pt (+) 2.3 Các loại mạch điện hóa • Mạch thuận nghịch không thuận nghịch Điều kiện nhiệt động tổng quát thuận nghịch mạch điện hóa hoạt động: - Khi hoạt động sức điện động mạch lớn hiệu tác dụng từ bên ngồi lượng vơ nhỏ; mạch làm việc với tốc độ vô chậm - P/ư mạch xảy theo chiều thuận hay nghịch tùy theo hiệu tác dụng từ bên nhỏ hay lớn sức điện động mạch điện hóa VD: Pin ( - ) Zn|ZnSO4 || CuSO4|Cu( +) Pin ( - ) Zn | CuSO4 | Cu ( +) 2.4 Ứng dụng sức điện động • Đo pH thơng qua sức điện động pin • Chuẩn độ điện • Xác định đại lượng hóa lý: số tải, tích số tan, hệ số hoạt độ, … Bài tập   Bài tập d) Tính tích số tan T AgSO4 Cho ĐS: 0,698 V; 0,711 V; 1,3.10-6 Cho biết khử chuẩn 25°C cặp sau: Tính khử chuẩn 25°C cặp đkc 25°C khơng: Tính ∆G p/ư Từ giá trị thu xét xem p/ư sau có xảy ĐS: 0,15 V; - 55970 J Bài tập Một dung dịch chứa CuSO4 0,1M; NaCl 0,2M; Cu dư CuCl dư Chứng minh xảy p/ư sau 25°C: Biết ; Có pin sau đktc 250 C: Hãy viết p/t phản ứng xảy pin, tính sức điện động chuẩn pin ΔG0 p/ư xảy pin 250 C ĐS: 0,29V; - 55970J Bài tập Sức điện động pin sau 25°C 0,303 V: Áp suất hydro điện cực 1atm Xác định Ka ĐS: 5,36.10 -10 Độ hòa tan Ag2SO4 nước nguyên chất 25°C 1,4.10-2 mol/l Tính sức điện động pin sau 25°C: Biết ĐS: 0,11 V Để nghiên cứu cân sau 25°C: Người ta chuẩn bị dd gồm CuSO4 0,5M; FeSO4 0,025M; Fe2(SO4)3 0,125M thêm vào mảnh Cu kim loại Bài tập Cho biết chiều p/ư; tính số cân p/ư; tính tỷ lệ [Fe 3+ ]/[Fe2+] có giá trị tối thiểu để p/ư đổi chiều Biết: ĐS: K= 3,77.1014 ; < 3,6.108 lần Ở 25ºC, φº điện cực Sn2+/Sn Pb2+/Pb – 0,14V – 0,1265V a) Tính tỷ số nồng độ Sn2+/Pb2+ lúc cân tính ∆Gº p/ư xảy pin - 2,6055 kJ/mol ĐS: 2,87; b) Tính E pin Sn|Sn2+(a = 0,35M)||Pb2+ (a = 0,001M)|Pb 25ºC Xác định dấu điện cực viết p/ư xảy pin Bài tập 10 Cho   ;   a) P/ư xảy theo chiều b) Nếu tăng nồng độ H+ lên lần p/ư có đổi chiều ko ? 11 Một pin điện tạo từ hai điện cực Một điện cực gồm đồng nhúng dung dịch CuSO4 0,5M Điện cực thứ hai dây Pt nhúng vào dung dịch Fe2+ , Fe3+ với lượng cho [Fe3+] = 2[Fe2+] Dùng dây dẫn điện trở R nối hai đầu Cu Pt a) Cho biết dấu hai điện cực pin Bài tập b) Viết phản ứng xảy điện cực phản ứng tổng quát xảy pin, tính sức điện động pin c) Biết thể tích dung dịch đồng lớn, tìm tỷ số [Fe3+] /[Fe2+] pin ngừng hoạt động Cho biết: ĐS: 0,457 V; 4,8.10-8 12 Người ta thực pin gồm nửa pin sau: Zn | Zn(NO3)2 0,1M Ag | AgNO3 0,1M điện cực chuẩn tương ứng – 0,76 V 0.8 V a) Thiết lập sơ đồ pin với dấu hai điện cực Bài tập b) Viết phản ứng xảy pin làm việc tính sức điện động pin c) Tính nồng độ [Ag+ ] [Zn2+ ] pin khơng có khả phát điện ĐS: 1,53 V; [Zn2+ ] = 0,15M; [Ag+ ] = 3,9.10-27 M 13 Cho: Fe3+ + e = Fe2+ φº = 0,771 V Ag+ + e = Ag φº = 0,799V Người ta lắp pin theo sơ đồ sau: Ag | Ag+ || Fe2+,Fe3+ |Pt Với [Fe2+ ] = [Fe3+ ] = 0,1 M Bài tập a) Khi nồng độ Ag+ sức điện động pin khơng ? b) Tính số cân p/ư: Fe2+ + Ag+ ⇌ Fe3+ + Ag 25ºC ĐS: 0,3353M; K = 3,353 14 Hãy xét xem kim loại có khả hòa tan nước (trung tính) giải phóng hydro ? 15 Xác định tích số ion Kw nước dựa vào pin sau: Bài tập Biết: PH2 = 1atm, KOH = 0,01m; KCl = 0,01m; E = 1,05V ϕ là: 0,222 V ĐS: 10 -14 16 Tính số cân 25°C p/ư: Cu + Cu 2+ = Cu + nồng độ dạng ion cân bằng, biết nồng độ đầu 2+ -4 + 2+ + Cu 10 M; ϕ°(Cu /Cu) = 0,521 V; ϕ°(Cu /Cu ) = 0,167 V ĐS: K = 10 -6 + -6 ; [Cu ] = 9,74.10 ; -5 [Cu ] = 9,51.10 17 Cho điện cực Ag Ag+ 0,1M Cu Cu2+ 0,01M a) Hãy ghép điện cực để tạo pin điện Viết p/ư điện hóa cho biết chiều dòng điện Biết ϕ°Cu2+/Cu = 0,34 V Bài tập b) Tính E 18 Có pin sau 25 độ C: 3+ 2+ 3+ 2+ Pt Fe 0,1M, Fe 0,2M Fe 0,2M, Fe 0,1M Pt a) Tính ΔG p/ư xảy pin b) Tính nồng độ ion Fe 3+ 2+ Fe điện cực cân bằng, biết ϕ°Fe3+/Fe2+ = 0,77 V 3+ ĐS: a) – 3474 J; b) [Fe 2+ ] = [Fe ] = 0,15M ... Tính điện cực chuẩn điện cực Cr Cr 3+ /Cr 2+ Cr 3+ /Fe biết điện cực chuẩn điện cực 2+ /Cr biết điện cực chuẩn điện cực /Cr -0,4082V -0,744V? c) Tính điện cực chuẩn điện cực Cu 2+ + /Cu biết điện. .. cho điện hóa 2.1.1 Điện cực nguyên nhân sinh điện cực ▪ Điện cực Một hệ gồm chất dẫn điện loại (kl) tiếp xúc với chất dẫn điện loại gọi điện cực ▪ Nguyên nhân sinh điện cực Trên ranh giới điện cực. .. dụ, điện cực Ag/AgCl/KCl, điện cực calomen Hg/Hg2Cl2/KCl, Hg/HgO/KOH Kí hiệu: 2.2 Các loại điện cực - Điện cực calomen: - Điện cực bac – clorua bạc: Cl- AgCl, Ag 2.2 Các loại điện cực • Điện cực