ĐỘNG HỌC CÁC QUÁ TRÌNH ĐIỆN CỰC

Chương III ĐỘNG HỌC CÁC QUÁ TRÌNH ĐIỆN CỰC TS Trần Tấn Nhật nhathunan@yahoo.com 3.1 Những đặc trưng trình điện cực khơng cân Ở phần trước nghiên cứu điện cực pin đ/k thuận nghịch nhiệt động học (t/t cân bằng, I = 0), φ E xác định t/t cân (ko có dòng điện chạy qua) Một hệ điện hóa: pin bình điện phân làm việc ln có dòng điện liên tục chạy qua, pin điện cực hoạt động đ/k bất thuận nghịch → hệ điện hóa bất thuận nghịch (ko cân bằng) 3.1 Những đặc trưng q trình điện cực khơng cân Tóm lại, hệ điện hóa ko cân bằng: - Có dòng điện lưu thơng (I ≠ 0) - Phản ứng hóa học hệ diễn theo chiều ưu tiên - Thế điện cực φi ≠ φi = → Ei < Ei=0 - Cường độ (mật độ) dòng điện lưu thơng tốc độ q trình hóa học hay sức điện động (thế điện cực) có mối quan hệ hàm số 3.2 Đặc trưng phân cực hệ điện hóa khơng cân • Sự điện phân Điện phân phân hủy hóa học chất dòng điện chiều Cơ sở định lượng định luật Faraday: : đương lượng hóa học Dòng điện (điện năng) Điện phân Pin Phản ứng hóa học (hoá năng) 3.2 Đặc trưng phân cực hệ điện hóa khơng cân Để đánh giá hiệu suất sử dụng dòng điện  Hiệu suất dòng (h): m’ : lượng chất thực tế thoát q/t điện phân Nếu thời gian tính giờ: 3.2 Đặc trưng phân cực hệ điện hóa khơng cân Trong q/t điện phân xuất hiệu ngược chiều với dòng điện ngồi Hiện tượng phân cực mà nguyên nhân pin điện hình thành điện phân Sức điện động ứng với pin gọi sđđ phân cực Ep 3.2 Đặc trưng phân cực hệ điện hóa khơng cân Để điện phân xảy cần đặt vào cực bình đ/p hiệu lớn sđđ phân cực Điện áp tối thiểu nguồn điện cần đặt vào điện cực bình điện phân để q/t điện phân xảy gọi phân hủy Vp.h Hiệu phân hủy sđđ phân cực gọi η: Qúa phụ thuộc trạng thái bề mặt điện cực, mật độ dòng điện i 3.2 Đặc trưng phân cực hệ điện hóa khơng cân • Sự phân cực lí tưởng Lượng điện qua điện cực tích lại để làm thay đổi cấu trúc lớp kép gắn liền với biến đổi điện cực, phân cực gọi phân cực lí tưởng • Sự phân cực hóa học (phân cực điện hóa) Dưới tác dụng dòng điện chiều từ ngồi đặt vào bình đp, điện cực hình thành sản phẩm điện hóa, sản phẩm tạo thành điện cực pin điện Sức điện động (Ep) pin ngược chiều với điện áp đặt vào bình điện phân 3.2 Đặc trưng phân cực hệ điện hóa khơng cân Sự xuất sđđ ngược chiều pin điện tạo gọi phân cực hóa học Ví dụ minh họa: đp dd HCl • Phân cực nồng độ Nếu p/ư điện hóa xảy bề mặt điện cực nhanh theo p/ư: → nồng độ ion tham gia phóng điện gần bề mặt điện cực giảm xuống so với phần lại dung dịch Độ chênh lệch điện cực khác nồng độ tạo gọi phân cực nồng độ 3.5 Động học chuyển điện tích Qúa hoạt hóa PT Volmer - Butler ▪ Hệ chậm 3.5 Động học chuyển điện tích Qúa hoạt hóa PT Volmer - Butler ▪ Trường hợp bề mặt điện cực bị biến đổi Bề mặt đ/c phân cực t/n Bề mặt đ/c phân cực ko t/n 3.5 Phương trình Volmer - Butler Hằng số tốc độ khử: 3.5 Phương trình Volmer - Butler Hằng số tốc độ oxi hóa: 3.5 Phương trình Volmer - Butler Khi: 3.5 Phương trình Volmer - Butler Tốc độ trình chuyển điện tích i bằng: 3.5 Phương trình Volmer - Butler Phương trình phương trình Volmer – Butler: mơ tả phụ thuộc mật độ dòng i vào q hoạt hóa η, phương trình động học chuyển điện tích i0 mật độ dòng trao đổi; α hệ số chuyển có giá trị thường 0,5 (0 < α < 1) 3.5 Phương trình Volmer - Butler Sự biểu diễn đồ thị phương trình Volmer – Butler cho ta đường cong phân cực [i = f(η)] ứng thành phần anot, catot đường cong phân cực tổng hợp 3.5 Phương trình Volmer - Butler Khi � = (trạng thái cân điện cực), khơng có dòng điện lưu thơng, i = 0, đường cong phân cực i tổng qua gốc tọa độ Phương trình volmer – butler có dạng đơn giản tùy thuộc � ≤ 10 mV η ≥ 100 mV Nếu 𝜂 ≤ 10 mV, phương trình volmer – butler trở thành: 3.6 Phương trình Tafel - Nếu η ≥ 100 mV (η > 0, anot): - Nếu η < (quá catot, | η | ≥ 100 mV): 3.6 Phương trình Tafel Từ hai phương trình q anơt (ηa) q catơt (ηc) ta có hai PT tuyến tính Tafel: 3.6 Phương trình Tafel 1950, Tafel ng/cứu q/t thoát hydro catot: Bài tập Điện phân dung dịch SnCl2 1M với cực Pt a) Viết p/ư xảy điện cực b) Tính sức điện động phân cực, biết: c) Để điện phân xảy phân hủy phải ? Cho dòng điện cường độ 3A qua dd CuCl2 6h Tính lượng chất thoát điện cực Bài tập Một sắt có tổng diện tích 1000 cm2 nhúng vào dd muối kẽm, đóng vài trò catot bình điện phân Xác định bề dày lớp kẽm bám vào catot sau 25 phút điện phân biết mật độ dòng trung bình 2,5A/dm2 Tỷ kẽm 7,15 g/cm3 ĐS: 1,776.10-3 cm Xác định sđđ phân cực Ep điện phân dd CuSO4 1M 25ºC với điện cực Pt Tính oxi điện cực Pt biết phân hủy CuSO4 1,35 V, chuẩn điện cực oxi 1,23 V, chuẩn điện cực đồng 0,337 V ĐS: 0,457 V Bài tập Tính điện âm (catot) nhỏ (theo thang hydro) để thoát H2 25ºC điện cực Hg Khi điện phân xảy với mật độ dòng i = 10-2 A/cm2, dd HCl nồng độ 0,1m ( = 0,796) Cho biết phương trình Tafel có dạng: η = 1,410 + 0,116 lgi ĐS: - 1,243 V ... phân cực hệ điện hóa khơng cân → Hiện tượng dịch chuyển điện điện cực so với điện điện cực cân có dòng điện chạy qua điện cực gọi phân cực điện cực • Thế phân hủy Điện áp tối thiểu nguồn điện. .. Sự phân cực lí tưởng Lượng điện qua điện cực tích lại để làm thay đổi cấu trúc lớp kép gắn liền với biến đổi điện cực, phân cực gọi phân cực lí tưởng • Sự phân cực hóa học (phân cực điện hóa)... dụng dòng điện chiều từ ngồi đặt vào bình đp, điện cực hình thành sản phẩm điện hóa, sản phẩm tạo thành điện cực pin điện Sức điện động (Ep) pin ngược chiều với điện áp đặt vào bình điện phân