Điện hóa học ,I.PHAÛN ÖÙNG OXI HOÙA KHÖÛLaø phaûn öùng coù söï thay ñoåi soá oxi hoùa cuûa caùcnguyeân toá Coù söï trao ñoåi eGoàm hai quaù trình:Chaát khöû 1 oxihoùa 1Chaát oxihoùa 2 khöû 2 e+ e QT oxi hoùa QT khöûChaát khöû 1 + chaát oxi hoùa 2 oxi hoùa 1 + chaát khöû 2Ví duï: Zn + CuSO4 ZnSO4 + Cu0 +2 +2 0Zn0 2 e Zn2+Cu2+ + 2e Cu0Zn daïng khöû Zn2+ daïng oxi hoùaCu2+ daïng oxi hoùa Cu daïng khöûCaân baèng phaûn öùng oxi hoùa khöû (xem SGK)Vaäy: Zn + Cu2+ Zn2+ + CuPhaûn öùng treân xaây döïng töø 2 caëp oxi hoùakhöû:Zn2+Zn vaø Cu2+Cu Moãi caëp oxi hoùa khöû coù 1 theá ñieän cöïc ñaëc tröngoxi hoùa khöûBaøi taäpCho caùc phaûn öùng oxi hoùa –khöû, vieát caùc quaù trình khöû vaøoxi hoùa xaûy ra trong phaûn öùng, cho bieát caùc caëp oxi hoùa khöûtöông öùng cuûa phaûn öùng?1.Al + CuSO4 Cu + Al2(SO4)32.KMnO4 + KNO2 + H2SO4 MnSO4 + KNO3 + H2O3.HNO2 + Br2 + H2O HNO3 + HBr4.FeCl3 + KI FeCl2 + I2 + KCl5.Mn + Cl2 + 2NaOH Mn(OH)2+2NaCl3.Theá ñieän cöïc – phöông trình Nernst Theá ñieän cöïc laø ñaïi löôïng theá hieäu ñaëc tröng choquaù trình ñieän cöïc hay ñieän cöïc, kyù hieäu laø .KhOxlnnF0 RTPhöông trình Nernst n: soá electron trao ñoåi trong quaù trình ñieän cöïc;Ox, Kh: tích noàng ñoä caùc chaát tham gia daïngoxyhoùa , daïng khöû;F: soá Faraday;R: haèng soá khí ;T: nhieät ñoä tuyeät ñoái. phuï thuoäc: baûn chaát ñcöïc nhieät ñoä noàng ñoä0,535 V (I 2e 2I )1,358 V (Cl 2e 2Cl )0,337 V (Cu 2e Cu)0,763 V (Zn 2e Zn)20I 2I20Cl 2Cl0 2Cu Cu0 2Zn Zn2(l)2 (k)2 2 Ví duï: Baûng theá ñieän cöïc tieâu chuaånÔÛ 250C ta coù:ÔÛ ñk chuaån: C caùc chaát = 1 00 0,059 lg Oxn Kh Ñoái vôùi ñieän cöïc kim loaïi : 0 0,059 lg oxihoan 3 32 23 2 0,059lg oFe FeFe FeFeFe Ví duï: Tính cuûa Fe3+Fe2+ ôû 250C bieát Fe3+ =0,5M , Fe2+ =1M= 0,77 + 0,059 lg0,5 (V)Fe3+ + 1e Fe2+0Fe3+Fe2+ = + 0,77VII.PIN ÑIEÄN HOÙA (NGUYEÂN TOÁ GALVANIC)1.Phaûn öùng oxi hoùa – khöû vaø doøng ñieäna.Phaûn öùng oxi hoùa – khöû xaûy ra trong dung dòchZn + Cu2+ Cu + Zn2+ , Ho298 51,82 kcal molHoùa naêng nhieät (Söï trao ñoåi e tröïc tieáp )ZnSO4 CuSO4maøng xoápZn() (+)Cub.Khoâng cho chaát oxi hoùa vaø khöû tieáp xuùc tröïc tieápZn0 2 e Zn2+Cu2+ + 2e Cu0
CHƯƠNG – ĐIỆN HÓA HỌC I.PHẢN ỨNG OXI HÓA - KHỬ Là phản ứng có thay đổi số oxi hóa nguyên tố Có trao đổi e Gồm hai trình: Chất khử - e- Chất oxihóa + e oxihóa QT oxi hóa khử QT khử Chất khử + chất oxi hóa oxi hóa + chất khử +2 +2 Ví dụ: Zn + CuSO4 ZnSO4 + Cu Zn0 - e Zn2+ Zn dạng khử / Zn2+ dạng oxi hóa Cu2+ + 2e Cu0 Cu2+ dạng oxi hóa/ Cu dạng khử Vậy: Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu Phản ứng xây dựng từ cặp oxi hóa-khử: Zn2+/Zn Cu2+/Cu Mỗi cặp oxi hóa khử điện cực đặc trưng oxi hóa /khử Cân phản ứng oxi hóa khử (xem SGK) Bài tập Cho phản ứng oxi hóa –khử, viết trình khử oxi hóa xảy phản ứng, cho biết cặp oxi hóa khử tương ứng phản ứng? 1.Al + CuSO4 Cu + Al2(SO4)3 2.KMnO4 + KNO2 + H2SO4 MnSO4 + KNO3 + H2O 3.HNO2 + Br2 + H2O HNO3 + HBr 4.FeCl3 + KI FeCl2 + I2 + KCl 5.Mn + Cl2 + 2NaOH Mn(OH)2+2NaCl 3.Thế điện cực – phương trình Nernst - Thế điện cực đại lượng hiệu đặc trưng cho trình điện cực hay điện cực, ký hiệu Phương trình Nernst RT [Ox] ln nF [Kh] n: soá electron trao đổi trình điện cực; [Ox], [Kh]: tích nồng độ chất tham gia dạng oxyhóa , dạng khử; phụ thuộc: - chất đcực F: số Faraday; R: số khí ; - nhiệt độ T: nhiệt độ tuyệt đối - nồng độ Ví dụ: Bảng điện cực tiêu chuẩn Zn 2 /Zn Cu 2 /Cu 0,763 V (Zn 2(l) /2I 0C ta có: Ở 25 2e Zn) 0,059 [Ox] 0,337 V (Cu 2 2e Cu) lg Cl (k) /2Cl- I0 2 1,358 V (Cl2 2e 2Cl ) 0,535 V n [ Kh] Ở đk chuẩ n : C cá c chấ t = (I 2e 2I ) 0,059 Đối với điện cực kim loại : lg[oxihoa] n Ví dụ: Tính Fe3+/Fe2+ 250C biết [Fe3+] =0,5M , [Fe2+] =1M Fe3+ + 1e Fe2+ 3 0 Fe3+/Fe2+ = + 0,77V Fe 3 Fe2 o Fe3 Fe2 [ Fe ] 0,059lg 2 [ Fe ] = 0,77 + 0,059 lg0,5 (V) II.PIN ĐIỆN HÓA (NGUYÊN TỐ GALVANIC) 1.Phản ứng oxi hóa – khử dòng điện a.Phản ứng oxi hóa – khử xảy dung dòch Zn + Cu2+ Cu + Zn2+ , H o298 51,82 kcal / mol Hóa nhiệt (Sự trao đổi e trực tiếp ) b.Không cho chất oxi hóa khử tiếp xúc trực tiếp Zn0 - e Zn2+ Zn() (+)Cu Cu2+ + 2e Cu0 Có trao đổi e qua dây dẫn dòng điện ZnSO4 CuSO4 màng xốp 2.Pin điện hóa (nguyên tố galvanic) - Gồm điện cực nối với dây dẫn kim loại - Điện cực đơn giản : kim loại nhúng dung dịch chất điện li Hoạt động nguyên toá CuZn: Zn () (+) Cu Zn + Cu2+ Cu + Zn2+ , Nguyên tố CuZn: () Zn Zn2+ Cu2+ Cu (+) ZnSO4 CuSO4 màng xốp Có thể tạo pin điện hóa dựa phản ứng oxi hóa – khử (trên sở cặp oxihoa/khử) Kí hiệu pin điện hóa: (-) MI | ddMI || ddMII | MII (+) Caëp oxh/kh (nhường e) Cặp oxh/kh (nhận e) M: Kim loại ddM : dung dịch muối VD1: Xác định pin tạo thành từ cặp oxi hóa /khử: Pb2+/Pb Ag+/Ag Cho 0(Pb2+/Pb) = - 0,126V ; 0(Ag+/Ag)=+0,799 V (-) Pb | Pb2+ || Ag+|Ag (+) Cực âm: Pb -2e Pb2+ Cực dương: Ag+ + e Ag VD2: Xác định pin tạo thành từ cặp oxi hóa /khử: I2/2I- vaø Fe3+/Fe2+ Cho 0(I2 /I-) = + 0,536V ; 0(Fe3+/Fe2+ )=+0,771V (-)Pt, I2 | I- || Fe3+, Fe2+| Pt (+) Suất điện động pin E (V) Eo = 0(+) - 0 (-) E = (+) - F : số Faraday : 96484 (-) G : đẳng áp (J) G = n F E Go = nF Eo = RTln K n: soá electron trao đổi E : suất điện động pin (V) VD1: Xác định pin tạo thành từ cặp oxi hóa /khử: Pb2+/Pb Ag+/Ag Cho 0(Pb2+/Pb) = - 0,126V ; 0(Ag+/Ag)=+0,799 V (-) Pb | Pb2+ || Ag+|Ag (+) E0 = 0,799 – (-0,126) = 0,925V VD2: Xaùc định pin tạo thành từ cặp oxi hóa /khử: I2/2I- vaø Fe3+/Fe2+ Cho 0(I2 /I-) = + 0,536V ; 0(Fe3+/Fe2+ )=+0,771V (-)Pt, I2 | I- || Fe3+, Fe2+| Pt (+) E0 = 0,771 – (0, 536) = 0,235V III.CHIỀU PHẢN ỨNG OXI HÓA KHỬ 0 oxi hóa 1/khử LỚN 0oxi hóa 2/khử NHỎ Oxi hóa : tính oxi hóa Khử : tính khử Oxi hóa : tính oxi hóa Khử : tính khử Chiều phản ứng oxi hóa khử: Oxi hóa mạnh + khử mạnh oxi hóa yếu + khử yếu Theo quy tắc: Phản ứng oxyhóa-khử xảy theo chiều dạng oxyhóa trình điện cực có lớn oxyhóa dạng khử trình điện cực có nhỏ quy tắc : - xếp hai cặp oxh/khử theo chiều tăng dần - Viết qui tắc VD2: Xác định pin tạo thành từ cặp oxi hóa /khử: I2/2I- Fe3+/Fe2+ Cho 0(I2 /I-) = + 0,536V ; 0(Fe3+/Fe2+ )=+0,771V (-)Pt, I2 | I- || Fe3+, Fe2+| Pt (+) I2 2I- E0 = 0,771 – (0, 536) = 0,235V Fe3+ Phản ứng xảy pin: Fe2+ Fe3+ + 2I- I2 + Fe2+ Bài tập Tính suất điện động cho biết trình điện cực, phản ứng oxy hoá - khử xảy pin (–) Mg / Mg2+ // Zn2+ / Zn (+) : a Ở điều kiện chuẩn b Khi [Mg2+] = 0,1 mol/ lit ; [Zn2+] = 0,01 mol/ lit Cho: oMg2 2,37V ; oZn2 0,76V Mg Zn Xác định cực âm, cực dương, viết ký hiệu pin, phương trình phản ứng xảy pin tính sức điện động pin điều kiện chuẩn pin điện sau: a) Mg – Al b) Pb – Cd c) Sn – H2 d) Điện cực platin nhúng dung dịch chứa Sn4+, Sn2+ điện cực platin nhúng dung dịch chứa Cr3+ , Cr2+ 2 : Mg Mg Al3 Al Sn2 Sn Sn4 Sn2 Cd2 Cd Pb2 Pb Cr3 Cr2 2H H Biết: điện cực 0 (V) : –2,37 –1,66 –0,136 0,15 –0,42 –0,126 –0,41 0,0 Có thể oxy hoá axit HNO2 thành HNO3 Br2 I2 không? Thành lập cân bằngphương trình phản ứng oxy hoá – khử xảy o o o , V , , 06 V , 0,54V Br I2 Bieát: NO3 NO2 Br 2I Cho heä điện hoá: – Cl + 2e , 2Br– Br2 + 2e , b) 2Cl o o 1,36V a 1,06V b Xác định phản ứng oxy hoá – khử xảy trộn hệ điện hoá cho điều kiện chuẩn tính suất điện động pin tương ứng điều kiện Cho phản ứng: Mn + Cl2 + 2NaOH Mn(OH)2+2NaCl Hỏi phản o , 36 V , 1,55V ứng xảy theo chiều nào? Biết Cl 2 Cl Mn Mn ( OH ) Tính suất điện động pin đkc? Tính G0298 phản ứng? Phản ứng 5Fe3++Mn2++12H2O ↔5Fe2++MnO4-+8H2O xảy theo chiều nào? Biết 0(Fe3+/Fe2+) = 0,77V ; 0(MnO4-/Mn2+) = 1,491V IV.SỰ ĐIỆN PHÂN Sự điện phân: phản ứng oxi hóa khử xảy bề mặt điện cực có dòng điện chiều qua Biến đổi điện thành hóa Quá trình catot (-): nhận e (quá trình khử) Chất có tính oxi hóa mạnh nhận trước Quá trình anot (+): nhường e (quá trình oxi hóa) Chất có tính khử mạnh nhường trước (Đọc thêm SGK) Ví dụ: Điện phân dd CuSO4 Trong dd CuSO4 bị điện ly : CuSO4 Cu2+ + SO42Catod (-) Anod (+) Cu2+, H2O SO42-, H2O Cu2+ +2 e Cu 2H2O –2e 4 H+ + O2 Phản ứng: CuSO4 + H2O Cu + O2 + H2SO4 Ví dụ: Điện phân dd NaCl Trong dd NaCl bị điện ly : NaCl Na+ + ClCatod (-) Anod (+) Na+, H2O Cl-, H2O H2O +2 e 1/2H2 + OH- 2Cl- –2e Cl2 Phaûn öùng: NaCl + H2O H2 + Cl2 + NaOH ... Fe3+/Fe2+ = + 0 ,77 V Fe 3 Fe2 o Fe3 Fe2 [ Fe ] 0,059lg 2 [ Fe ] = 0 ,77 + 0,059 lg0,5 (V) II.PIN ĐIỆN HÓA (NGUYÊN TỐ GALVANIC) 1.Phản ứng oxi hóa – khử dòng điện a.Phản ứng oxi hóa – khử xảy... 1/khử LỚN 0oxi hóa 2/khử NHỎ Oxi hóa : tính oxi hóa Khử : tính khử Oxi hóa : tính oxi hóa Khử : tính khử Chiều phản ứng oxi hóa khử: Oxi hóa mạnh + khử mạnh oxi hóa yếu + khử... oxi hóa /khử: I2/2I- Fe3+/Fe2+ Cho 0(I2 /I-) = + 0,536V ; 0(Fe3+/Fe2+ )=+0 ,77 1V (-)Pt, I2 | I- || Fe3+, Fe2+| Pt (+) E0 = 0 ,77 1 – (0, 536) = 0,235V III.CHIỀU PHẢN ỨNG OXI HÓA KHỬ 0 oxi hóa