slide bài giảng hóa đại cương Dien hoa hoc compatibility mode

ĐIỆN HÓA HỌC 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 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 • • Tổng quát: KhI  OxI + ne OxII + ne  KhII  KhI + OxII  OxI + KhII • Cặp oxy hóa – khử: OxI/KhI , OxII/KhII 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 − 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 • Nguyeân 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+ • Ví dụ: KMnO4  KNO2  H SO4  MnSO4  KNO3  K SO4  H 2O MnO4  5e  Mn 2 NO 2  2e  NO 3 MnO4  5e  H   Mn 2  H 2O NO2  2e  H 2O  NO3  H  X5 X 2MnO4  5NO  6H   2Mn   5NO 3  3H O  2KMnO4  5KNO  3H SO  2MnSO4  5KNO3  K SO  3H O • 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 • Ví dụ: KClO  CrCl  KOH  K CrO  KCl   H O ClO 3  6e  3H O  Cl   6OH  X Cr 3  3e  8OH   CrO 42  4H O X  ClO  2Cr 3    OH  Cl  2CrO 2  5H O KClO  2CrCl  10KOH  7KCl  2K CrO  5H O • Phương trình Nernst: Kh –ne  Ox,  RT aOx    ln nF a Kh Với a hoạt độ Hoạt độ kim loại tinh khiết (và lỏng tinh khiết) coi Với dung dịch thật (sử dụng C) nhiệt độ 298K, ta coù (R=8.31, T=298,F=96500): 0.059 [Ox]    lg n [ Kh] 0 •  phụ thuộc vào chất chất tham gia trình điện cực (0, n) nhiệt độ T, nồng độ chất tham gia trình điện cực C • Ta có: G = -nF, hay G0 = -nF0 • Sau bảng điện cực tiêu chuẩn số bán phản ứng (Thế Ox-Kh) Bán phản ứng 1bar, 298K, Ci = 1M 0 (V) Zn2+(aq) + 2e− → Zn(s) −0.76 Cr3+(aq) + 3e− → Cr(s) −0.74 Li+(aq) + e− → Li(s) −3.05 Fe2+(aq) + 2e− → Fe(s) −0.44 K+(aq) + e− → K(s) −2.93 Cr3+(aq) + e− → Cr2+(aq) −0.42 Ba2+(aq) + 2e− → Ba(s) −2.91 Sn2+(aq) + 2e− → Sn(s) −0.13 Ca2+(aq) + 2e− → Ca(s) −2.76 2H+(aq) + 2e− → H2(g) 0.00 Sn4+(aq) + 2e− → Sn2+(aq) +0.15 Cu2+(aq) + e− → Cu+(aq) +0.16 +0.17 +0.34 Na+(aq) + e− → Na(s) −2.71 Mg2+(aq) −2.38 + 2e− → Mg(s) Be2+(aq) + 2e− → Be(s) −1.85 SO42−(aq) + 4H+ + 2e− → 2H2O(l) + SO2(aq) Al3+(aq) + 3e− → Al(s) −1.68 Cu2+(aq) + 2e− → Cu(s) Ti3+(aq) + 3e− → Ti(s) −1.21 O2(g)+2H2O(l)+4e– → 4OH–(aq) +0.40 Mn2+(aq) + 2e− → Mn(s) −1.18 Sn(s) + 4H+ + 4e− → SnH4(g) −1.07 H2O(l)+2e–→H2(g)+2OH–(aq) −0.83 SO2(aq)+4H++4e−→S(s)+ 2H2O +0.50 Cu+(aq) + e− → Cu(s) +0.52 I2(s) + 2e− → 2I−(aq) +0.54 MnO4–(aq) + 2H2O(l) + 3e– → MnO2(s) + OH–(aq) 6H+ 2− S2O3 + 3H2O O2(g) + 2H+ Fe3+(aq) + + + e− 4e− 2e− → → 2S(s) + → H2O2(aq) Fe2+(aq) +0.59 +0.60 +0.70 +0.77 Br2(aq) + 2e− → 2Br−(aq) +1.09 2IO3−(aq) + 12H+ + 10e− → I2(s) + 6H2O +1.20 ClO4−(aq) + 2H+ + 2e− → ClO3−(aq) + H2O +1.20 O2(g) + 4H+ + 4e− → 2H2O +1.23 +1.23 Hg22+(aq) + 2e− → 2Hg(l) +0.80 MnO2(s) + 4H+ + 2e− → Mn2+(aq) + 2H2O Ag+(aq) + e− → Ag(s) +0.80 Cl2(g) + 2e− → 2Cl−(aq) +1.36 NO3–(aq) + 2H+(aq) +e– → NO2(g) + H2O(l) +0.80 Cr2O72−(aq) + 14H+ + 6e− → 2Cr3+(aq) + 7H2O +1.36 Hg2+(aq) + 2e− → Hg(l) +0.85 MnO4−(aq) + 8H+ + 5e− → Mn2+(aq) + 4H2O +1.51 MnO4−(aq) + H+ + e− → HMnO4−(aq) +0.90 2HClO(aq) + 2H+ + 2e− → Cl2(g) + 2H2O +1.63 2Hg2+(aq) + 2e− → Hg22+(aq) +0.91 MnO4−(aq) + 4H+ + 3e− → MnO2(s) + 2H2O +1.70 H2O2(aq) + 2H+ + 2e− → 2H2O +1.76 4H+ MnO2(s) + + 2H2O + e− → Mn3+(aq) +0.95 SỨC ĐIỆN ĐỘNG CỦA NGUYÊN TỐ GALVANIC • Thế hiệu cực đại xuất hai cực nguyên tố ganvanic gọi sức điện động nguyên tố ganvanic, mà nguyên tố galvanic hoạt động T – N − • Kí hiệu: Vmax = E = + - - Sức điện động tiêu chuẩn nguyên tố galvanic E0 đo p = atm; CM = 1; 298K • Với phản ứng tổng quát xảy cặp Ox – Kh, nguyên tố galvanic: Kh2 + Ox1  Ox2 + Kh1 Từ phương trình Nernst ta có: 0.059 [Ox1 ] 1    lg n [ Kh1 ] 0.059 [Ox2 ] 2  2  lg n [ Kh2 ] E = + - - (Giả sử 1 > 2, tức 1 +) • Từ ñoù: RT Ox1 RT Ox2 E  (  ln )  (  ln ) nF Kh1 nF Kh2 RT Ox1 Kh2  E  (   )  ln nF Kh1Ox2 RT Ox2 Kh1 EE  ln nF Kh2Ox1 • Ví dụ với phản ứng nguyên tố galvanic: Zn + Cu+2 = Zn+2 + Cu  E Cu / Zn  E Cu / Zn RT C Zn   ln 2F C Cu  Với + cặp Cu+2/Cu - cặp Zn+2/Zn, ta có E Cu / Zn      0.337   0.763  1.1V   • Với phản ứng tổng quát aA + bB  cC + dD Ta có: G  nFE ; G  nFE C d C C CD G  nFE  G  RT ln a b C AC B (Phương trình Faraday) Với G0 đẳng áp tiêu chuẩn phản ứng, Ci nồng độ chất i điều kiện tính • Với G0 = -RTlnK, ta coù: C Cc C dD  nFE   RT ln K  RT ln a b CACB • Khi CA = CB = CC = CD = •  nFE0 = RTlnK • Từ đó: c d C C RT G  nFE  E  E  ln Ca Db nF C A C B • Trong đó: n: Số electron mol trao đổi (là số electron ion gam chất phản ứng nhân với số ion gam chất phản ứng), số đương lượng gam chất phản ứng − F: Hằng số Faraday (96500 tính theo J 23062 tính theo cal) − Ví dụ tính số cân Xét phản ứng: Ce 4  Fe 2  Ce 3  Fe3 Được tạo thành bán phản ứng sau Ce 4  e   Ce3 3  2 Fe  e  Fe o=1.700V o=0.767V Vì o cerium lớn nên chất Oxy hoá Ta có o o  o  E   -   1.700 - (0.767) Trong nguyên tố galvanic có: 3 3 RT [Fe ][Ce ] E   - -   -  ln nF [Fe2 ][Ce 4 ]   Tại cân bằng, E = và: 3 3 RT [Fe ][Ce ] o o o  -   ln  05916  log K , 25 C 2 4 F [Fe ][Ce ] K  1016 CHIEÀU CỦA QUÁ TRÌNH O – K • Xét cặp O-K: Ox1/Kh1 , Ox2/Kh2 Kh1  Ox1 + ne , 1 Kh2  Ox2 + ne , 2 Khi troän cặp này, có phản ứng: Kh1 + Ox2  Ox1 + Kh2 Phản ứng xảy theo chiều thuaän khi: G  nFE /  nF  1      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 