Đang tải... (xem toàn văn)
Bài giảng Hóa đại cương - Chương 16: Điện hóa học cung cấp cho người học các kiến thức: Phản ứng oxy hóa - Khử và dòng điện, cân bằng phản ứng O-K, nguyên tố Galvanic và điện cực, thế điện cực, chiều của quá trình O - K,... Mời các bạn cùng tham khảo.
CHƯƠNG 16 ĐIỆN HÓA HỌC CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt PHẢN ỨNG OXY HÓA – KHỬ VÀ DÒNG ĐIỆN • • Phản ứng oxy hóa – khử (O – K) Khái niệm: − Phản ứng oxy hóa khử phản ứng có trao đổi electron nguyên tử nguyên tố tham gia phản ứng làm thay đổi số oxy hóa nguyên tố CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • • Quá trình cho electron gọi trình oxy hóa, chất cho electron gọi chất khử (chất bị oxy hóa) − Ví dụ: Zn – 2e Zn+2 Quá trình nhận electron gọi trình khử, chất nhận electron gọi chất oxy hóa − Ví dụ: Cu+2 + 2e Cu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Tổng quát: KhI OxI + ne OxII + ne KhII KhI + OxII OxI + KhII • Cặp oxy hóa – khử: OxI/KhI , OxII/KhII CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Cân phản ứng O – K • Nguyên tắc 1: − • Tổng số electron cho chất khử phải tổng số electron chất oxy hóa nhận vào Các bước tiến hành cân − − − − Bước 1: Xác định thay đổi số oxy hóa chất Bước 2: Lập phương trình electron – ion, với hệ số cho qui tắc Bước 3: Thiết lập phương trình ion phản ứng Bước 4: Cân theo hệ số tỉ lượng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Ví dụ: Al + CuSO4 Al2(SO4)3 + Cu Al -3e Al+3 X2 X3 Cu+2 + 2e Cu _ 2Al + 3Cu+2 = 2Al+3 + 3Cu • 2Al + 3CuSO4 2Al2(SO4)3 + 3Cu • • CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Nguyên tắc 2: − − Đối với phản ứng O – K xảy môi trường acid dạng Ox chất Ox có chứa nhiều nguyên tử Oxy dạng khử phải thêm H+ vào vế trái (dạng Ox) thêm nước vào vế phải (dạng khử) Nếu dạng khử chất Kh chứa nguyên tử Oxy dạng Ox thêm nước vào vế trái (dạng Kh) H+ vào vế phải (dạng Ox) Thiếu O bên nào, thêm H2O bên đó, bên thêm H+ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Ví dụ: KMnO KNO MnO NO MnO NO MnO 4 H SO MnSO 6H KNO CuuDuongThanCong.com 2 Mn Mn K SO H 2O 3H 2O e H O NO KNO e NO 2 e Mn 5e H NO KMnO H SO NO X2 H 2O 2H X5 3H 2O MnSO KNO K SO https://fb.com/tailieudientucntt • Nguyên tắc 3: Phản ứng O – K xảy môi trường base, dạng Ox chất Ox chứa nhiều Oxy dạng khử phải thêm nước vào vế trái, OH- vào vế phải − Nếu dạng Kh chất Kh chứa Oxy dạng Ox phải thêm OH- vào vế trái, nước vào vế phải − Thiếu O bên thêm OH- bên đó, bên H2O CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Ví dụ: KClO ClO Cr 3 3 KOH K CrO e H O Cl e OH ClO KClO CrCl Cr CrCl CuuDuongThanCong.com 3 CrO OH 10 KOH OH 2 4 KCl Cl H 2O X1 X2 4H 2O CrO 2 5H 2O KCl K CrO https://fb.com/tailieudientucntt 5H 2O Ví dụ tính số cân Xét phản ứng: Ce 4 Fe 2 Ce 3 Fe 3 Được tạo thành bán phản ứng sau Ce Fe 4 3 e e Ce 3 Fe 2 o=1.700V o=0.767V Vì o cerium lớn nên chất Oxy hoá Ta có E o - 1.700 CuuDuongThanCong.com o o - (0.767) https://fb.com/tailieudientucntt Trong nguyên tố galvanic có: E -- - 0 RT nF ln [Fe [Fe 3 2 ][Ce ][Ce 3 4 ] ] Tại cân bằng, E = và: - o o RT F ln [Fe [Fe 3 2 ][Ce ][Ce 3 4 K 10 CuuDuongThanCong.com ] 05916 o log K , 25 C ] 16 https://fb.com/tailieudientucntt CHIỀU CỦA QUÁ TRÌNH O – K • Xét cặp O-K: Ox1/Kh1 , Ox2/Kh2 Kh1 Ox1 + ne , 1 Kh2 Ox2 + ne , 2 Khi trộn cặp này, có phản ứng: Kh1 + Ox2 Ox1 + Kh2 Phản ứng xảy theo chiều thuận khi: G nFE CuuDuongThanCong.com /1 nF 1 https://fb.com/tailieudientucntt 1 • Quy tắc xét chiều phản ứng: − − “Phản ứng O – K xảy theo chiều dạng Ox cặp O – K có lớn Ox dạng Kh cặp O – K có nhỏ hơn” Thực tế dùng 0 để xét Nhưng 0+ - 0- bé phải tính toán CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt SỰ ĐIỆN PHÂN • ĐIỆN PHÂN DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY TRONG NƯỚC • Định nghóa: − • Sự điện phân trình O – K xảy bề mặt điện cực cho dòng điện chiều qua dung dịch chất điện ly qua chất điện ly nóng chảy có làm theo biến đổi nhiệt thành hóa Ở ta xét trình điện phân dung dịch chất điện ly nước CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Các trình Cathode • Ở dạng Ox cation kim loại hydro dung dịch chất điện ly Ta cần so sánh điện cực kim loại hydro H2 = -0.059pH = -0.059x7 = -0.41 V • Tức điều kiện trung tính, H2 = -0.41 V • − − Nếu kl > H2 kim loại kết tủa: Phần cuối dãy Nếu kl > H2 H2 : Phần đầu dãy CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • Trong môi trường acid: − 2H+ + 2e H2 • Trong môi trường trung tính hay base: − 2H2O + 2e H2 + 2OHNeáu kl -0.41 tùy vào nồng độ điều kiện tiến hành (khoảng dãy) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • • Các trình anode Dạng khử anion, gốc axit OH- dung dịch, tùy theo vật liệu, điện cực bị ăn mòn: Có anod trơ (graphit, platin….) anod tan (Ni… ) Anode tan − Hoặc anode phóng điện, hòa tan anode Nếu kim loại anode có nhỏ cặp O – K anode bị hòa tan M –ne M+n − Ngược lại A- OH- bị oxy hóa CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • • Anode trơ Khả cho electron theo thứ tự: Anion không chứa Oxy: I-, Br-, Cl-, S-2… − Kế đến laø OH- − 4OH- – 4e O2 + 2H2O (môi trường kiềm) 2H2O – 4e O2 + 4H+ (môi trường acid hay trung tính) − Anion chứa Oxy: SO4-2, MnO4-, SO3-2… CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Một số ví dụ • • Cathode • Anode Điện phân CuCl2, anode trơ Cu CuuDuongThanCong.com 2 337 41 / Cu Cu 2 Cl e Cu e Cl https://fb.com/tailieudientucntt • Điện phân dung dịch K2SO4 với anod trơ • K /K H+ bị khử 924 41 Cathode: H O e OH K OH 2H KOH Anode: SO4- không bị Ox, nước (OH-) bò Ox H 2O e H 2 H SO 2 O2 H SO Hay nói khác trình điện phân nước CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • • • Điện phân dung dịch nước NiSO4 với anod Ni tan Ni 2 / Ni 25 41 Nhưng NiSO4 tồn môi trường acid, nên: 2H 2O O • 4H e , 228 Do đó, cathode Ni • Và anode CuuDuongThanCong.com 2 Ni e Ni e Ni 2 Ni 2 SO 2 NiSO https://fb.com/tailieudientucntt Thế phân giải • Thế phân giải hiệu tối thiểu cần thiết để tiến hành trình điện phân cho − Ký hiệu: Ep • Nói chung với hệ T – N Ep sức điện động nguyên tố galvanic tạo thành từ sản phẩm điện phân • Hiệu số phân giải sức điện động nguyên tố galvanic tương ứng phản ứng nghịch gọi điện phân: 0 = Ep - E CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Định luật Faraday • Lượng chất tạo thành hay hòa tan điện cực điện phân tỉ lệ thuận với lượng điện qua chất điện ly • Những lượng điện tạo thành hay hòa tan điện cực điện phân đương lượng chất CuuDuongThanCong.com Michael Faraday https://fb.com/tailieudientucntt • Công thức cho định luật m = (AIt)/(nF) hay m = (ĐAq)/F • • • • • • • F: Hằng số Faraday 96500 (coulomb) m: khối lượng chất điện phân ĐA: Đương lượng gam A A: Nguyên tử gam A n: Hóa trị chất biến đổi I: Cường độ dòng điện (Ampe) t: Thời gian điện phân (sec) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... Ngược lại A- OH- bị oxy hóa CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt • • Anode trơ Khả cho electron theo thứ tự: Anion không chứa Oxy: I-, Br-, Cl-, S-2… − Kế đến OH- − 4OH- – 4e ... nên chất Oxy hoá Ta có E o - 1.700 CuuDuongThanCong.com o o - (0.767) https://fb.com/tailieudientucntt Trong nguyên tố galvanic có: E -? ? ?- -? ?? 0 RT nF ln [Fe [Fe 3 2 ][Ce... vaø: -? ?? o o RT F ln [Fe [Fe 3 2 ][Ce ][Ce 3 4 K 10 CuuDuongThanCong.com ] 05 916 o log K , 25 C ] 16 https://fb.com/tailieudientucntt CHIỀU CỦA QUÁ TRÌNH O – K • Xét cặp O-K: Ox1/Kh1