4. Ứng dụng của các nguyên tố Ganvanic
4.1.Xác định thế oxi-hóa khử, tiêu chuẩn của các cặp oxi-hóa khử
Đểxácđịnh,ngườitathiếtlậpmộtpingồmmộtđiệncựchidrochuẩn vàmộtđiệncực cócặpoxi-hóakhửcầnxácđịnhrồiđosứcđiệnđộngcủanó.
Ví dụ:
-Zn[Zn2+]=1M//[H+]=1M/H2(Pt)+ Sứcđiệnđộngcủapinđođược:
02 0
Zn2+/Zn=-0,76V Từđó:
E= εH −ε ε0
Mộtcáchtươngtự,khithiếtlậppin:
-(Pt)H2/[H+]=1M//[Cu2+]=1M/Cu+ taxácđịnhđược: Cu2+
/Cu=+0,34V
70
Bài7:Điệnhóahọc
Hình8 4.2.XácđịnhpHbằngphươngphápđiệnhóahọc
VềnguyêntắccóthểđopHcủamộtdungdịchbằngphươngphápnàyngườitacần sử
dụng hai điện cực thích hợp, trong đó một điện cực có thế phụ thuộc vào nồng độ ion H+
(cũngtứclàphụthuộcvào pH)nhưđiệncựcthủytinh,còn điệncựckiacóthếxácđịnh và
khôngđổi,thườnglàđiệncựccalomen.HaiđiệncựcnàyghépthànhnguyêntốGanvani. Đo
sứcđiệnđộngcủanóvàrútrapH.Dướiđâylàmộtvídụ. ĐopHbằngcặpđiệncựcthủytinh-calomen.
LậpnguyêntốGanvanicgồmđiệncựcthủytinh(bầuthủytinhnhúngtrongdungdị ch
cầnđopH)vàđiệncựccalomen.Trongnguyêntốnàyđiệncựccalomen làđiệncựcdươn g.
Suấtđiệnđộngcủanguyêntố: E =εcal-εtt =εcal-ε0tt+0,059pH Từđó: pH = E − ε cal + ε 0tt 0,059 ε0
4.3.Nguồnđiệnmộtchiều
CácnguyêntốGanvaniđượcsử dụngtrongđờisốngvàtrongkỹthuậtnhưnguồnđi ện
mộtchiềudướidạngcácloạipinvàcácacquikhácnhau
Hình9
Ví d ụ:
71
Bài7:Điệnhóahọc
*PinkhôLơclansê
Pin nàycó cựcâm(anot) bằngkẽmcuốn thànhống hìnhtrụ chứachất điệnlylà hỗn hợpNH4ClvàZnCl2tronghồtinhbột. Cựcdương(catôt)làmộtthỏithanchì đượcbaobởi mộtlớpMnO2.
-Zn/NH4Cl, ZnCl2/MnO2,C+ Phảnứngtổngcộngtrongpin:
Zn+2MnO2+H2O→Zn2++Mn2O3+2OH- Sứcđiệnđộngcủapinkhoảng1,5Vvàchỉdùngđượcmộtlần. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
*Acquichì
Acqui chì gồm hai tấm điện cực là Pb (cực âm) và PbO2 (cực dương) nhúng trong dungdịchH2SO438%.
Phảnứngtổngcộngtrongquátrìnhphóngđiện: Pb+PbO2+H2SO4→2PbSO4+2H2O
Acquichìcósứcđiệnđộngkhoảng2V.Nếunốitiếp3cặpđiệncựcthìđược acquicó điệnđộnglà 6V.Trongquátrình sửdụngđiện ápgiảmdần.Đến 1,85Vcầntiến hànhnạp lạiacqui.
Phảnứngtổngcộngtrongquátrìnhnạp:
2PbSO4+2H2O→Pb+PbO2+H2SO4
Câuhỏivàbàitập:
1. Địnhnghĩa:phảnứngoxi-hóakhử,chấtoxi-hóa,chấtkhử.
2. Mộtcặp oxi - hóa khử được viết nhưthế nào?Đại lượng nào đặc trưng cho khả năng thamgiaphảnứngcủamộtcặpoxi-hóakhử?
3. Hãychobiếtchiềucủamộtphảnứngoxi -hóakhử. Cácphảnứngsau đâyxảyratheo chiềunàoởđiềukiệnchuẩn:
a) SnCl4+FeCl2 = SnCl2+FeCl3
b) Br2+KI = KBr+I2
c) FeSO4+CuSO4 = Cu+Fe2(SO4)3
d) I2+KOH = KI+H2O2
e) KMnO4+KNO2 +H2SO4= MnSO4+KNO3+... 4. Cânbằngcácphảnứngoxi-hóakhửsauđây:
a) KMnO4+H2C2O4+H2SO4 → b) MnO2+KI+H2SO4 →MnSO4+I2+... c) H2S+HNO3 →S+NO2+... d) KMnO4+H2O2+H2SO4 → e) FeSO4+H2O2+H2SO4 → 72
Bài7:Điệnhóahọc
5. Công thức Nec về thế điện cực? Cấu tạo và công thức thế điện cựccủa các điện cực:
calomen,thủytinh,điệncựcoxi-hóakhửsắt.
6. Thế nào là nguyên tố Ganvanic? Cho ví dụ. Sức điện động của nguyên tố Ganva nic
đượctínhnhưthếnào?Tínhsứcđiệnđộngcủacácnguyêntốsauđâyở25oC. Pb/Pb2+0,01M//Cu2+0,01M/Cu
Cr/Cr3+0,05M//Ni2+0,01M/Ni
7. Nêunguyêntắc củaviệc xácđịnhpH bằngphương pháp điệnhóa.Trình bàycách xác
địnhpHcủadungdịchbằngcáccặpđiệncựcthủytinh-calomen.mlNa2CO30,2M. a)HaithểtíchbằngnhaucủacácdungdịchNaH2PO40,1MvàNa2HPO40,1M. b)50mlNaOH0,16Mvà220mlCH3COOH0,4M
8. Sựthủyphân củamuốilàgì?pHcủadungdịchmuốiphụthuộcvàonhữngyếutố nào?
Viếtphươngtrìnhthủyphânrútgọncủacácmuốisauđây:
C2H5NH3Cl; C6H5COONa; KNO2; C5H5NHCl; Na2C2O4; Na2SO4;(NH4)2SO4. 9. Trongmộtcốcchứa100mldungdịchC6H5NH20,01M:
a)TínhpHcủadungdịch
c)TínhpHcủadungdịchkhichothêmvàocốc100mlHCl0,01M
10. Chovídụvề axitnhiềunấcvàsự phânlicủachúng.Viếtbiểuthứchằngsốphânlic ủa (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
cácnấc.
11. Tíchsốtanlàgì?Hãychobiếtmốiliênquangiữatíchsốtanvàđộtan(mol/lít) củac ác
chấtíttan.
12. TínhđộtancủaBaCO3,biétTcủanóở25oClà5,1.10-9. 13. ĐộtancủaAg3PO4ở18oClà1,6.10-5M.TínhTcủaAg3PO4.
14. Tcủa SrSO4bằng 3,6.10-7.Khitrộn haithể tíchbằng nhau củahaidung dịchSrCl2
và
K2SO4cócùngnồngđộ0,002Nthìkếttủacóxuấthiệnkhông?
15. Kết tủa PbI2 có tạo thành không khi trộn hai thể tích bằng nhau của hai dung dị ch
Pb(NO3)2vàKI.
a)Đềucónồngđộ0,01M. b)Đềucónồngđộ2.10-3M.
16. Tính xemcó bao nhiêu mol Ag2CrO4 sẽ tantrong 1 lít dung dịch AgNO3 0,1M biết T
củaBaSO4bằng1.10-10.Chonhậnxétvàkếtluận.
73
Bài8:Nhiệtđộnghóahọc
BÀI 8: NHIỆT ĐỘNG HÓA HỌC
Nhiệtđộng hóahọclà mônhọcnghiên cứuvề nănglượng vàchuyểnhóa nănglượng màtrước hếtlà nhiệtvà mốitương quan chuyểnhóa giữanhiệt với côngvà cácdạng năng lượngkhác.
Nhiệtđộnghọcdựatrênhainguyênlýcơbảnrútratừthựctiễncủaloàingười.
Nguyên lý thứnhất của nhiệtđộng học về bảnchất là địnhluật bảo toànnăng lượng trongquátrìnhchuyểnnhiệtthànhcôngvàcácdạngnănglượngkhác.
Nguyên lý thứhai của nhiệt động họcđề cập đến một tính chất kháccủa nhiệt đó là trongkhicácdạngnănglượngkháccóthểchuyểnhoàntoànthànhnhiệtthìnhiệtkhôngthể chuyểnthànhcácdạngnănglượngkhácmàkhôngcómấtmát.
Vìcácphảnứnghóahọcluônluônkèmtheosựbiếnđổivềnănglượng(chủyếudưới dạngnhiệt)chonênviệcnghiêncứu nhiệtđộnghọcsẽcómộtýnghĩanhấtđịnhđốivớihóa học.
1.Nguyênlýthứnhấtcủanhiệtđộnghọc-nhiệthóahọc
1.1.Nộidungcủanguyênlý
Từlâuconngườiđãbiếtsửdụngnhữngnguồnnănglượngtựnhiên, biếnchúngthành những dạng thích hợp để phục vụ cho cuộc sống củamình. Từnhững máy thô sơ như cối xaychạybằngsứcgió, cốigiãgạodùngsứcnước,họđãđiđếnnhữngphátminhvĩđạinhư độngcơ hơi nước,nhà máythủy điện... Nhưngtrước đónhiều ngườiđã mơ ước chếtạo ra nhữngmáycóthểsảnsinhracôngmộtcáchliêntụcmàchỉcầncungcấpchonómộtlượng nănglượngbanđầu.Mọicốgắngđểtạoranhữngchiếcmáynhưvậyđềuđiđếnthấtbại.Từ đóconngườiđãrútrađượcmộtkếtluận:
Không thể nào chế tạođược động cơ liên tục sinh công màkhông cần cung cấpmột lượngnănglượngtươngđương.Độngcơnhưvậysaunàyđượcgọilàđộngcơvĩnhcửuloại 1.Kếtluậnnàylàmộttrongnhữngcáchphátbiểunguyênlýthứnhấtcủanhiệtđộnghọc.
ĐịnhluậtbảotoànvàbiếnhóanănglượngdoLơmanôxốpphátbiểunăm1787cũnglà mộtcáchphátbiểukháccủanguyênlýnày:"Năng lượngkhôngtựsinhravàkhôngtựmất đi,nó chỉcó thểchuyểntừdạngnàysangdạng kháctheonhững tỷlệtươngđương nghiêm ngặt".
NhữngthínghiệmchínhxáccủaJun(Joule)(1848-1873)đãchỉrarằngkhibiếnmột lượngcơ năng hay mộtlượng điệnnăng tươngđương thànhnhiệt thìluôn nhận đượccùng mộtnhiệtlượngnhưnhau.
1.2.Nhiệthóahọc
Một phầncủa nhiệtđộng hóa họcnghiên cứu quátrình nhiệttrongcác phảnứng hóa họcđượcgọilànhiệthóahọc.
1.2.1.Kháiniệmvềdựtrữnhiệthayentanpi:
74 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bài8:Nhiệtđộnghóahọc
Vềbảnchất,tấtcảnhữngbiếnđổihóahọcđều xảyrakèmtheovớisựtỏarahay h ấp
thụ nănglượng màtrước hếtlà dưới dạngnhiệt. Sự tănghay mấtnhiệtcó thể xemnhư kết
quảcủasựbiếnđổicủamộtđạilượnggọilàdựtrữnhiệt(hayentanpi)củacácchấttham gia
DựtrữnhiệtđượckýhiệubằngH.Sựbiếnđổidựtrữnhiệt(sựthayđổientanpi)∆H có
thểviếtdướidạng:
∆H=H(sảnphẩmcuối)-H(chấtđầu)
Trongtrường hợp nếutấtcảsản phẩmcuốicùng vàcác chấtđầulấy ởtrạngtháiti êu
chuẩn (p = 1at, T = 298oK) thì biếnthiên entanpi được kí hiệu là ∆Ho và được gọi là bi ến
thiênentanpitiêuchuẩn. Ví
d ụ:đốivớiphảnứngtạoraH2OtừH2vàoxi H2+1/2O2=H2O Có∆Ho=-285,7KJ/mol mol:phântửgam
∆Hocógiátrịâm,dựtrữnhiệtcủasảnphẩmphảnứngnhỏhơncủacácchấtđầu.Đi ều
đócónghĩarằngtrongquátrìnhnàycóthoátranhiệt.
Trongtrườnghợpchung,tacó: Nhiệtthoátra∆H<0 Nhiệthấpthụvào∆H>0
Nhữngquátrìnhtrongđónhiệtđượctỏara(∆H<0)gọilàexotecmicvàngượclạiq uá
trìnhtrongđónhiệtđượchấpthụvào(∆H>0)gọilàendotecmic.
1.2.2.Nhữngđịnhluậtcủanhiệthóahọc:
ĐịnhluậtLavoaziê-Laplax(Lavoisie-Laplas)(1780):Lượngnhiệtcầnthiếtđểph ân
hủymộthợpchấthóahọcbằnglượngnhiệtthoátrakhitạothànhchấtđó.
Địnhluật này chophép viết cácphương trìnhnhiệt hóa họccủa phảnứng theo chi ều
thuậnhaynghịchtùyý,chỉcầnthayđổidấucủanhiệtphảnứng(∆H).
Vídụcóthểviết: 1/2H2+1/2I2=HI ∆H=+6,2Kcalo hay: HI=1/2H2+1/2I2 ∆H=-6,2Kcalo
Định luật Getxow (Hess) (1840): Nhiệt của phản ứng chỉ phụ thuộc vào bản chất
và
trạng thái của các chấtđầu và cuối mà không phụthuộc vào cách thức diễn biếncủa ph ản
ứng. Ví
d ụ:Thựchiệnphảnứngđốtcacbonbằng2conđường.
75
Bài8:Nhiệtđộnghóahọc
CO +1/2O2 +1/2O2 ∆H2 ∆H3 ∆H1 C +O 2 CO2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Kếtquảđonhiệttỏaratrongcácquátrìnhtrênchothấy:
∆H1=-94,05Kcalo
∆H2=-26,42Kcalo
∆H3=-67,63Kcalo Nhưcácsốliệuchỉrõ:∆H1=∆H2+∆H3
Như vậy thínghiệm chứngtỏ đitừ trạngthái đầunhư nhau(cacbon vàoxi đến trạng tháicuốinhưnhau-cacbondioxit)thìdùbằngconđườngnàonhiệtcủaquátrìnhvẫnkhông đổi.Địnhluật Getxơ làđịnhluật cơbản củanhiệthóahọc, nóchophépchúngtatính được nhiệtcủa nhiềuphảnứngkhôngthể dotrựctiếpđược.Chẳnghạntrong vídụtrên tacóthể tínhđượcmộttrongbađạilượng∆H1,∆H2,∆H3khibiếthaiđạilượngcònlại.
Điều đó có ý nghĩa quan trọng khi nghiên cứu chuyển hóa năng lượng của thức ăn trong cơ thể. Như chúng ta đã biết thức ăn khi được đưa vào cơ thể chịu sự biến đổi qua hàng loạt các phản ứng phức tạp khác nhau. Qua các phản ứng đó năng lượng được giải phóngđểcungcấpchocơ thể.Nhiệtcủacácphảnứngnàykhôngthểđotrựctiếpđược.Tuy nhiên,dựavàođịnhluậtGetxơ,tacóthểtínhđượcgiátrịnănglượngcủatừngloạithứcăn.
Ví dụ Sacaroza khi vào cơ thể quarất nhiều phảnứng nhưng sảnphẩm cuối cùng là khicacbon dioxitvà nước.Vì vậytheo định luậtGetxơ lượng nhiệtdo sacaroza bịoxi hóa trongcơthểcũngphảibằnglượngnhiệtdochấtnàytỏarakhiđốtnóvớioxiởbênngoàicơ
thể,màlượngnàycóthểxácđịnhđượcbằngphépđonhiệtlượng.
Dựa vàođịnh luật Getxow cũng có thểtính được nhiệt củamột phản ứngbất kỳ nếu biếtnhiệtsinhvànhiệtcháycủacácchấtthamgiavàtạothànhcủaphảnứng.
Tínhnhiệtcủamộtphảnứngdựavàonhiệtsinhcủacácchất.
Nhiệtsinhcủamộtchấtlànhiệtcủaphảnứngtạoramộtmolchấtđótừcácnguyêntố ởtrạngtháibềnvữngnhất.
Vídụ: H2(k)+1/2O2(k)=H2O(1)
∆Ho=-68,3Kcalo
Nhiệtcủaphảnứngnày∆Ho=-68,3Kcalo,chínhlànhiệtsinhcủanước.
Từ địnhnghĩa trên ta cũng thấyrằng nhiệt sinhcủa tất cả các nguyêntố ở trạng thái bềnvữngnhấtđềubằng0.
76
Bài8:Nhiệtđộnghóahọc
Hợpchất Côngthức Trạngthái ∆HSoKcalo/mol
Nước H2O k -57,8 Nước H2O l -68,3 Cacbonoxit CO k -26,4 Cacbondioxit CO2 k -91,05 Anhidritsufuric SO3 k -91,15 Hidroclorua HCl k -22,06 Hidroiodua HI k +6,29
Natrihidroxit NaOH r -102,3
Natriclorua NaCl r -98,6
Nhômoxit Al2O3 r -399,09
Nhômsunfat Al2(SO4)3 r -820,98
Metan CH4 k -17,89
Axetylen C2H2 k +54,20
Benzen C6H6 l +11,72
Ancoletylic C2H5OH l -66,35 Axitaxetic CH3COOH l -115,7
Nhiệtsinhcũngnhưnhiệtcủamộtphảnứngbấtkỳphụthuộcvàođiềukiệnphảnứ ng.
Vìvậyđểchothốngnhấtvàtiệnsosánh,chúngđượcquyvềđiềukiệntiêuchuẩn:ápsuất 1
atvàở298oK.Nhiệtsinhtiêuchuẩnđượckíhiệulà∆HSo. Dướiđâylànhiệtsinhtiêuchuẩncủamộtsốchất. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Dựa vàonhiệt sinh tiêuchuẩn củacác chất, cóthể tínhđược nhiệt củamột phảnứ ng
bấtkỳ. Ví
d ụ:Tínhnhiệtcủaphảnứngsau
Al2O3(r) +3SO3(r)=Al2(SO4)3(r) ∆HSo: -399,09-273,45 - 820,98 Phảnứngnàycóthểdiễnratheosơđồ:
77
Bài8:Nhiệtđộnghóahọc
Al2O3+3SO3
∆H2 ∆H1
2Al+6O2+3S ∆H3 Al2(SO4)3
TheođịnhluậtGetxơtacó:∆H1+∆H2=∆H3 ∆H1chínhlànhiệtcủaphảnứngcầnxácđịnh
∆H2làtổngcủanhiệtsinhcủaAl2O3vàSO3tứclàcácchấtthamgiaphảnứng
∆H3lànhiệtsinhcủaAl2(SO4)3tứclàsảnphẩmcủaphảnứng Từđótacó: ∆H1=∆H3-∆H2
∆H1=-820,98-(273,45-399,09) =-138,54Kcalo
Nhưvậycóthểrútraquytắcsau:
Nhiệtcủa phảnứngbằng tổngnhiệtsinhcủa cácchất sảnphẩmphản ứngtrừđi tổng nhiệt sinhcủa các
chấ t tham giaphản ứ
ng, trong đónhiệt sin
hc ủa từngchất đãđ
ượ c nhân
lên vớihệsốtỷlượng
tươ ngứng.
∆H=∑AHssp-∑
A Hstg
Tính nhiệtcủa ph
ản ứng dựavàonhiệ
tc háy củacácchất.
Nhi ệt cháycủamột c
hấtlà
nhiệtcủaphảnứngđốtcháymộtmolchấtđóvớioxiđểtạoraoxitcaonhất. Ví
dụ:Phảnứngđốtcháyancoletylic (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
C2H5OH(l)+3O2(k)=2CO2(k)+3H2O(l)
Nhiệtcủaphảnứngnày
∆Ho=-327Kcalchínhlànhiệtcháycủaancoletylic
Từ định nghĩa trên ta thấy nhiệt cháy của các oxit cao nhất của các nguyên tố phải bằng0.Nhiệtcháycủacácchấtkhôngcháyvớioxicũngcóthểcoinhưbằng0.
Dướiđâylànhiệtcháytiêuchuẩncủamộtsốchất.Dựavàonhiệtcháycủacácchấtcó thểtínhđượcnhiệtcủanhiềuphảnứnghóahọc.
78
Bài8:Nhiệtđộnghóahọc
Hợpchất Côngthức ∆HSoKcalo/mol Metan CH4 -212,8 Axetylen C2H2 -810,62 Benzen C6H6 -780,98