I – Mục đích: Nắm được các nội dung:
- Ứng dụng của các nguyên tố Genvanic.
- Nguồn điện một chiều: + Pin khô Lơclanse.
+ Ắc quy chì.
+ Ắc quy Ni – Cd II – Nội dung:
7.4. Ứng dụng của các nguyên tố Ganvanic
7.4.1. Xác định thế oxi - hoá khử, tiêu chuẩn của các cặp oxi - hoá khử
Để xác định, người ta thiết lập một pin gồm một điện cực hidro chuẩn và một điện cực có cặp oxi - hoá khử cần xác định rồi đo sức điện động của nó.
Ví dụ:
(-) Zn / [Zn2+] = 1M // [H+] =1M/ H2 (Pt) (+) Sức điện động của pin đo được:
2 2
0 0
H Zn / Zn
E 0,76V Từ đó:
0Zn
2+/Zn = - 0,76 V Một cách tương tự, khi thiết lập pin:
(-)H2 (Pt) / [H+] = 1M // [Cu2+] =1M/ Cu (+) Ta xác định được: 2
0
Cu /Cu 0,34V
a) b)
Hình 8
a. Điện cực Zn b. Điện cực Cu
- +
•
Zn
Zn2+
SO42
1M 1 M
H2
H2
atm
+ -
H
• - +
Cu
SO1M 1M
H2
H+ Cu
2
• •
- +
1at
123
7.4.2. Xác định pH bằng phương pháp điện hoá học
Về nguyên tắc có thể đo pH của một dung dịch bằng phương pháp này người ta cần sử dụng hai điện cực thích hợp, trong đó một điện cực có thế phụ thuộc vào nồng độ ion H+ (cũng tức là phụ thuộc vào pH) như điện cực thuỷ tinh, còn điện cực kia có thể xác định và không đổi, thường là điện cực calomen. Hai điện cực này ghép thành nguyên tố Ganvani. Đo sức điện động của nó và rút ra pH. Dưới đây là một ví dụ.
Đo pH bằng cặp điện cực thuỷ tinh - calomen.
Lập nguyên tố Ganvanic gồm điện cực thuỷ tinh (bầu thuỷ tinh nhúng trong dung dịch cần đo pH) và điện cực calomen. Trong nguyên tố này điện cực calomen là điện cực dương. Suất điện động của nguyên tố:
cal tt 0 cal tt
E
0,059pH
Từ đó:
0 cal tt
pH E
0, 059
7.4.3. Nguồn điện một chiều
Các nguyên tố Ganvani được sử dụng trong đời sống và trong kỹ thuật như nguồn điện một chiều dưới dạng các loại pin và các acqui khác nhau.
Hình 9 Ví dụ:
* Pin khô Lơclansê
Pin này có cực âm (anot) bằng kẽm cuốn thành ống hình trụ chứa chất điện ly là hỗn hợp NH4Cl và ZnCl2 trong hồ tinh bột. Cực dương (catôt) là một thỏi than chì được bao bởi một lớp MnO2.
4 2 2
Zn / NH Cl, ZnCl / MnO , C
Phản ứng tổng cộng trong pin:
2
2 2 2 3
Zn 2MnO H O Zn Mn O 2OH
Zn C
MnO2
NH4Cl
H2SO4
⊖ Pb PbO2 ⊕
124
Sức điện động của pin khoảng 1,5V và chỉ dùng được một lần.
* Acqui chì
Acqui chì gồm hai tấm điện cực là Pb (cực âm) và PbO2 (cực dương) nhúng trong dung dịch H2SO4 38%.
- Phản ứng tổng cộng trong quá trình phóng điện:
Cực âm: Pb + SO42-
= PbSO4 ( Pb = Pb2+ + 2e) Cực dương:
PbO2 + 2H2SO4 = Pb(SO4)2 + 2H2O Pb(SO4)2 + 2e + 2H+ = PbSO4 + H2SO4 (Pb4+ + 2e = Pb2+)
- Phản ứng tổng cộng trong quá trình nạp điện:
Cực âm: PbSO4 + 2e + 2H+ = Pb + H2SO4 Cực dương: PbSO4 + SO42- -2e = Pb(SO4)2 (Pb2+ 2e- = Pb4+)
Pb(SO4)2 + 2H2O = PbO2 + 2H2SO4
Như vậy khi tích điện những tấm cực âm sẽ biến thành các tấm xốp bằng Pb kim loại, những tấm cưc dương biến thành tấm PbO2 và nồng độ H2SO4 trong dung dịch sẽ tăng lên.
Trong acqui quá trình nạp điện và quá trình phóng điện ngược nhau:
Quá trình phóng điện: Pb4+ + Pb = Pb2+ + Pb2+
Quá trình nạp điện: Pb2+ + Pb2+ = Pb4+ + Pb
Phản ứng tổng cộng của quá trình phóng điện và quá trình nạp điện như sau:
Pb + PbO2 + H2SO4 2PbSO4 + 2H2O
Acqui chì có sức điện động khoảng 2V. Nếu nối tiếp 3 cặp điện cực thì được acqui có điện động là 6V. Trong quá trình sử dụng điện áp giảm dần. Đến 1,85V cần tiến hành nạp lại acqui.
* Ac qui Kiềm :
Ac qui kiềm (Fe-Ni) hay (Cd- Ni) được chế tạo trên cơ sở tính oxi hoá mạnh của Ni(OH)3 ở nhiệt độ thường có thể khử thành Ni(OH)2 bền hơn.
Ác qui (Fe-Ni) gồm một cực làm bằng bột Fe kim loại nén , cực kia làm bằng niken secqui oxit hydrat hoá, cả hai cực đều ngâm trong dung dịch KOH 23%.
Quá trình xảy ra khi acqui phóng điện và nạp điện như sau:
125
Fe + 2Ni(OH)3 2Ni(OH)2 + Fe(OH)2
Hiệu điện thế xáp xỉ 1,3V khi phóng điện và 1,8V khi nạp điện; sau này người ta thay Fe bằng Cd trong quá trình sản xuất.
126
Câu hỏi và bài tập
1. Định nghĩa: Phản ứng oxi - hoá khử, chất oxi - hoá, chất khử.
2. Một cặp oxi - hoá khử được viết như thế nào? Đại lượng nào đặc trưng cho khả năng tham gia phản ứng của một cặp oxi - hoá khử?
3. Hãy cho biết chiều của một phản ứng oxi - hoá khử. Các phản ứng sau đây xảy ra theo chiều nào ở điều kiện chuẩn.
4 2 2 3
2 2
4 4 2 4 3
2 2 2
4 2 2 4 4 3
a. SnCl FeCl SnCl FeCl
b. Br KI KBr I
c. FeSO CuSO Cu Fe SO
d. I KOH KI H O
e. KMnO KNO H SO MnSO KNO ...
4. Cân bằng các phản ứng oxi - hoá khử sau đây:
4 2 2 4
2 2 4 4 2
2 3 2
4 2 2 2 4
4 2 2 2 4
a. KMnO H C O
b. MnO KI H SO MnSO I ...
c. H S HNO S NO ...
d. KMnO H O H SO
e. FeSO H O H SO
5. Công thức Nec về thế điện cực? Cấu tạo và công thức thế điện cực của các điện cực:
calomen, thuỷ tinh, điện cực oxi - hoá khử sắt.
6. Thế nào là nguyên tố Ganvanic? Cho ví dụ. Sức điện động của nguyên tố Ganvanic được tính như thế nào? Tính sức điện động của các nguyên tố sau đây ở 250C.
Pb / Pb2+ 0,01M // Cu2+ 0,01M / Cu Cr / Cr3+ 0,05M // Ni2+ 0,01M / Ni
7. Nêu nguyên tắc của việc xác định pH bằng phương pháp điện hoá. Trình bày cách xác định pH của dung dịch bằng các cặp điện cực thuỷ tinh - calomen Na2CO3 0,2M.
8. Tính thế điện cực của Cu:
Cu2+ + 2e- Cu ; E0 = 0,34V khi [Cu2+] = 0,01V
9. Tính suất điện động của pin Daniell khi [Zn2+] = 0,1M và [Cu2+] = 1M, biết E0 =1,1V.
10. Cho: Fe3+ + e = Fe2+ E0 = 0,771 V Br2 + 2e = 2Br- E0 = 1,080 V Cl2 + 2e = 2Cl- E0 = 1,359 V I2 + 2e = 2I- E0 = 0,536 V
Hỏi ở điều kiện chuẩn Fe3+ có thể oxi hóa được halogenua nào thành halogel nguyên tố.
127
CHƯƠNG 8: NHIỆT ĐỘNG HOÁ HỌC