Hóa lý: bài giảng điện hóa học

KỸ THUẬT ĐIỆN HÓA Chương 1: Các khái niệm nguyên lý điện hóa Chương 2: Nguồn điện hóa học Chương 3: Điện phân dd nước kim loại – mạ điện Chương 4: Điện phân dd nước khơng kim loại Tài liệu học tập I Tài liệu chính: [1] Nguyễn Đình Phổ, Kỹ thuật sản xuất điện hóa, NXB Đại học Quốc gia, TP.HCM, 2006 II Tài liệu tham khảo: [1] Trịnh Xuân Sén, Điện hoá học, NXB Đại học Quốc gia, Hà Nội, 2002 [2] Nguyễn Văn Khiêm, Lý thuyết điện hoá, Đại học Bách khoa, TP.HCM, 2006 [3] Lê Minh Đức, Bài giảng Công nghệ điện hóa ăn mòn, Đại học Bách khoa Đà Nẵng, 2012 [4] Đặng Kim Triết, Bài giảng Ăn mòn bảo vệ kim loại, Khoa Cơng nghệ hóa học, Đại học Công nghiệp TP HCM, 2005 [5] Trịnh Xuân Sén, Ăn mòn bảo vệ kim loại, NXB Đại học Quốc gia, Hà Nội, 2006 [6] Nguyễn Thanh Lộc, Ăn mòn bảo vệ vật liệu, NXB Đại học Quốc gia, TP.HCM Đánh giá học phần Điểm tiểu luận: 30% (báo cáo tiểu luận) Điểm thi kết thúc học phần: 70% (Tự luận, chương 1, 2, 3, 4,5) Nhóm 1(Trung) Chương 2: Nguồn điện hóa học 2.1 Nguồn điện hóa học đại (pin – acquy): Cấu tạo nguyên lý hoạt động + Cấu tạo loại pin sạc (pin li-ion pin sạc khác) + Cấu tạo pin nhiên liệu + Cấu tạo acquy 2.2 Xu hướng phát triển nguồn điện hóa học Nhóm 2(Thùy) Chương 3: Điện phân dd nước kim loại–mạ điện 3.1 Quy trình mạ niken, vàng, Crom lên vật liệu kim loại 3.2 Quy trình mạ kim loại lên vật liệu nhựa (vật liệu khơng kim loại)? Nhóm 3(Lệ Qun) Chương 4: Điện phân dd nước khơng kim loại 4.1 Nêu tất phương pháp sản xuất NaOH – Cl , 4.2 Cấu tạo cách điều chế màng trao đổi ion Nhóm 4(Thủy) (dự kiến: 21/05 – tuần 15) Chương 4: Điện phân dd nước khơng kim loại 4.3 Điện phân điều chế hợp chất Clo: NaClO, NaClO NaClO 4.4 Điện phân nước: sản xuất H , O , nước nặng 2 Nhóm 5(Tân) Chương 4: Điện phân dd nước khơng kim loại 4.5 Điện phân điều chế hợp chất vô cơ: H O , MnO , KMnO 2 Cách tính điểm tiểu luận (30%) Nội dung đầy đủ : 5đ Thuyết trình: 2đ Trả lời câu hỏi: 2đ Cộng thêm: 1đ Chương ĐIỆN HĨA HỌC Phân loại chất oxy hố khử Phân loại Chất OXH mạnh Khoảng > 1,5V Ví dụ MnO4- ,O3 , F2 Chất OXH trung bình +1,0V +1,5V CrO42- , MnO2 ,Cl2 Chất OXH yếu +0,5V +1,0V I2 , Fe3+ , Ag+ Chất khử yếu ±0V …+0,15V Sn2+ , Cu , HI Chất khử trung bình -0,5V… ± 0V H2S , Fe , H2 Chất khử mạnh < - 0,5V Na , Al , Zn Sức điện động nguyên tố Ganvanic aKH1 + bOXH2 -ne  cOXH1 + +ne dKH2 ∆G = - Amax’ = -qE =-n (e.NA)E = -nFE (thuận nghịch) ∆G0 = -nFE0 e = 1,6.10-19 [C] c d OXH KH ∆G = ∆G + RT ln KH1a OXH b2 c RT OXH KH E=E − ln nF KH1a OXH c NA= 6,02.1023 0,059 OXH KH E=E − lg a n KH OXH 250C F = 96500 [C/mol] d b ∆G [J] d b R= 8,314 [J/mol.K] E [v] ; E0[v] Quan hệ số cân sức điện động tiêu chuẩn ∆G = −nE F = −RT ln K 0 nE F ln K = RT 250C nE lg K = 0,059 F = 96500[C/mol] R=8,314 [J/mol.K] T [K] Ln = 2,303.lg E0 [v] Phương trình Nernst a OXH + ne + x[MToxh] ⇌ b KH + y[MTkh] ∆G = -nFϕ ; ∆G0 = -nFϕ0 RT [ OXH ] [ MToxh ] = ϕoxh / kh + ln nF [ KH] b [ MTkh ] y a ϕoxh / kh 0,059 [ OXH ] [ MToxh ] + lg n [ KH] b [ MTkh ] y a ϕoxh / kh = ϕ0oxh / kh x x 250C Thế điện cực ( khử ) thông số cường độ a OXH + ne + x[MToxh] ⇌ b KH + y[MTkh] RT [ OXH ] [ MToxh ] + ln b y nF [ KH ] [ MTkh ] a ϕoxh / kh = ϕ oxh / kh Thế điện cực phụ thuộc : Bản chất cặp OXH/KH chất dung môi Nồng độ chất OXH chất KH Nhiệt độ Môi trường Ảnh hưởng chất tạo phức tạo kết tủa x [ OXH ] [ MToxh ] RT + ln b y nF [ KH] [ MTkh ] a ϕoxh / kh = ϕ0oxh / kh x [OXH] ↑ → ϕ ↑ → tính oxh OXH ↑ → tính khử KH ↓ [KH] ↑ → ϕ ↓ → tính oxh OXH ↓ → tính khử KH ↑ OXH + … → Phức hay kết tủa → [OXH] ↓ → ϕ ↓ → tính oxh OXH↓ → tính khử KH ↑ KH + … → Phức hay kết tủa → [KH] ↓ → ϕ ↑ → tính oxh OXH ↑ → tính khử KH ↓ Thế khử oxyhố Q trình khử: OXH + ne ⇌ KH ∆G = -nFϕ(kh) Q trình oxyhố: KH - ne ⇌ OXH ∆G’ = -nFϕ(oxh) ∆G = - ∆G’ → ϕ (oxh) = - ϕ(kh) Chiều phản ứng oxy hóa - khử OXH1 + ne KH1 - ne OXH2 + ne    KH1 ∆G1’ = -nFϕ1 OXH1 ∆G1 = -nF (- ϕ1) KH2 ∆G2 = -nFϕ2 KH1 + OXH2  OXH1 + KH2 ∆G < ∆G = ∆G1+ ∆G2= -nFE = -nF(ϕ2 - ϕ1) < ϕ2 - ϕ1 > ; ϕ2 > ϕ1 OXHϕ > + KHϕ < → KHϕ > + OXHϕ < PIN NỒNG ĐỘ (-)Cu| Cu2+; 0,1M || 1,0M ; Cu2+ |Cu (+) RT Cu 2++ E = ϕ+ − ϕ− = ln nF Cu 2−+ 250C 0,059 Cu 2++ E= lg n Cu 2−+ Điện phân Pin ∆G < Zn(r) + Cu2+(dd) Zn2+(dd) + Cu (r) Điện phân ∆G>0 Pin ∆G < Phản ứng hố học Dòng điện Điện phân ∆G>0 Các trình xảy Pin bình điện phân ngược Cực dương Cực âm Catod Điện phân Zn2+ +2e → Zn Anod Zn -2e → Zn2+ Anod Cu -2e → Cu2+ Pin Catod Cu2+ +2e → Cu Thế phân giải Ep – hiệu tối thiểu để tiến hành trình điện phân Quá thế- η0 = E – E =η 0+η p pin a c η0 – phụ thuộc vào chất điện cực, mật độ dòng điện, thành phần dd… Ep = η a0 + η c + Epin = η a0 + η c + ϕ+ - ϕEp = (ϕ+ + η a0 ) - (ϕ- - η c0 ) Thế phóng điện anod Thế phóng điện catod Sự điện phân dd điện ly Catod (-) /qt khử (ϕ- - η c0) lớn→ OXH p.điện ϕ (Mn+/M) > ϕ (H2O /H2) Mn+ +ne  M ϕ (Mn+/M) < ϕ (H2O /H2) pH < Anod (+) / q trình oxyhố (ϕ + η a0 ) nhỏ → KH phóng điện Anod trơ (graphit) Anion khơng chứa oxy: I-, Br-, Cl- Nước 4OH- - 4e  O2+2H2O pH>7 2H2O - 4e  O2 + 4H+ pH≤ 2H3O+ +2e  H2+ 2H2O Anion có oxy pH ≥ Anod tan (kim loại) 2H2O +2e  H2+ 2OH- M – ne  Mn+ ϕ(Mn+/M) < ϕ Định luật Faraday Đ.Q A.I.t m= = F n.F m – lượng chất tạo thành hay hoà tan điện cực Đ – đương lượng gam chất Q- lượng điện qua chất điện ly ; Q = I.t I – cường độ dòng điện ; t- thời gian n – số electron trao đổi ... Văn Khiêm, Lý thuyết điện hoá, Đại học Bách khoa, TP.HCM, 2006 [3] Lê Minh Đức, Bài giảng Cơng nghệ điện hóa ăn mòn, Đại học Bách khoa Đà Nẵng, 2012 [4] Đặng Kim Triết, Bài giảng Ăn mòn bảo vệ... Đánh giá học phần Điểm tiểu luận: 30% (báo cáo tiểu luận) Điểm thi kết thúc học phần: 70% (Tự luận, chương 1, 2, 3, 4,5) Nhóm 1(Trung) Chương 2: Nguồn điện hóa học 2.1 Nguồn điện hóa học đại...Tài liệu học tập I Tài liệu chính: [1] Nguyễn Đình Phổ, Kỹ thuật sản xuất điện hóa, NXB Đại học Quốc gia, TP.HCM, 2006 II Tài liệu tham khảo: [1] Trịnh Xuân Sén, Điện hoá học, NXB Đại học Quốc