Khái niệm điện phân - phản ứng oxi hóa khử và dòn- 123docz.net

- Điện phân là sự phân huỷ hoá học của các chất ở - Điện phân là sự phân huỷ hoá học của các chất ở

trạng thái nóng chảy hay trong dung dịch khi có dòng trạng thái nóng chảy hay trong dung dịch khi có dòng

điện một chiều chạy qua.

Ví dụ:

NaClNaClncnc →→Na + 1/2ClNa + 1/2Cl22 NaCl + H

NaCl + H22O O →→ 1/2H 1/2H22 + 1/2Cl + 1/2Cl22 + NaOH + NaOH

Trong các quá trình điện phân người ta phân biệt: điện Trong các quá trình điện phân người ta phân biệt: điện

phân ở trạng thái nóng chảy, điện phân dung dịch và phân ở trạng thái nóng chảy, điện phân dung dịch và

điện phân khi dùng dương cực trơ.

- Quá trình điện phân:

+ các cation di chuyển về phía catôt(cực âm) + các cation di chuyển về phía catôt(cực âm)

+ các anion di chuyển về phía anốt(cực âm) + các anion di chuyển về phía anốt(cực âm)

Ở cực âm(catôt) xảy ra pu khửỞ cực âm(catôt) xảy ra pu khử

+ Cation nào có thế điện cực lớn hơn sẽ phóng điện + Cation nào có thế điện cực lớn hơn sẽ phóng điện

trước(vì dạng oxi hoá hoạt động mạnh hơn) trước(vì dạng oxi hoá hoạt động mạnh hơn)

+ Khi ĐF dd nước chỉ những KL đứng sau Al trong + Khi ĐF dd nước chỉ những KL đứng sau Al trong

bảng thế đ/c tiêu chuẩn mới thoát ra trên catôt. Đối với bảng thế đ/c tiêu chuẩn mới thoát ra trên catôt. Đối với

muối Al và muối của những KL có thế đ/c nhỏ hơn Al muối Al và muối của những KL có thế đ/c nhỏ hơn Al

thì ion H

thì ion H++ của nước phóng điện của nước phóng điện 2H2H++ + 2e = H + 2e = H2 2

Ởcực dương(anôt) Xảy ra pu oxi hoáỞcực dương(anôt) Xảy ra pu oxi hoá

+ Trong trường hợp này dạng khử chính là anion gốc axit, + Trong trường hợp này dạng khử chính là anion gốc axit,

ion OH

ion OH--, hoặc đôi khi là chất được dùng làm anôt, hoặc đôi khi là chất được dùng làm anôt

+ Nếu anôt trơ (không bị oxi hoá như:graphit, platin…) thì + Nếu anôt trơ (không bị oxi hoá như:graphit, platin…) thì

thứ tự phóng điện sẽ là thứ tự phóng điện sẽ là

1. Đầu tiên là các anion không chứa oxi: Cl

1. Đầu tiên là các anion không chứa oxi: Cl--, Br, Br--, I, I--, S, S2-2-…… 2. Thứ đến là OH

2. Thứ đến là OH-- của nước của nước

3. Sau cùng là các gốc oxi axit SO

3. Sau cùng là các gốc oxi axit SO442-2-, NO, NO33--, PO, PO443-3-……

+ Nếu anôt là đ/c KLcó thế khử nhỏ hơn thế phóng điện + Nếu anôt là đ/c KLcó thế khử nhỏ hơn thế phóng điện

của các anion, KL sẽ bị oxi hoá trước của các anion, KL sẽ bị oxi hoá trước

M – ne = M M – ne = Mn+n+

4.2. Điện thế phân huỷ và quá thế 4.2. Điện thế phân huỷ và quá thế

a.a. Thế phân huỷThế phân huỷ

- sự điện phân chỉ bắt đầu xảy ra từ một điện áp hoàn toàn sự điện phân chỉ bắt đầu xảy ra từ một điện áp hoàn toàn xác định. Điện áp tối thiểu giữa hai điện cực để sự điện xác định. Điện áp tối thiểu giữa hai điện cực để sự điện phân bắt đầu xảy ra gọi là thế phân huỷ.

phân bắt đầu xảy ra gọi là thế phân huỷ.

- Ví dụ: điện phân CuCl

- Ví dụ: điện phân CuCl22 thì có các phản ứng điện cực. thì có các phản ứng điện cực.

CuCu2+2+ + 2e = Cu (trên catot) + 2e = Cu (trên catot) ClCl-- - 2e = Cl - 2e = Cl22 (trên anot) (trên anot)

- Chỉ có thể bắt đầu xảy ra khi thế của catot âm hơn thế cân - Chỉ có thể bắt đầu xảy ra khi thế của catot âm hơn thế cân

bằng Cu

bằng Cu2+2+/Cu và thế của anot dương hơn thế cân bằng của /Cu và thế của anot dương hơn thế cân bằng của ClCl--/Cl/Cl22

- Thế đó được gọi là thế phóng điện của ion.

- Như vậy về mặt lý thuyết thế phân huỷ của một chất bằng - Như vậy về mặt lý thuyết thế phân huỷ của một chất bằng

-Sự điện phân tuân theo định luật Faraday Sự điện phân tuân theo định luật Faraday

m: khối lượng chất thoát ra ở điện cực (g) m: khối lượng chất thoát ra ở điện cực (g)

A: khối lượng mol nguyên tử của nguyên tố (g/mol) A: khối lượng mol nguyên tử của nguyên tố (g/mol)

I: cường độ dòng điện (A) I: cường độ dòng điện (A)

t: thời gian (s) t: thời gian (s)

n: số e trao đổi trong phản ứng ở điện cực n: số e trao đổi trong phản ứng ở điện cực

F: h số faraday (96500C) F: h số faraday (96500C)

m AIt

= nF

b. Quá thế b. Quá thế

- Trong nhiều trường hợp thế phân huỷ thường lớn - Trong nhiều trường hợp thế phân huỷ thường lớn

hơn suất điện động của pin tạo bởi các chất thoát ra hơn suất điện động của pin tạo bởi các chất thoát ra

trên điện cực.

- Hiệu số giữa thế phân huỷ và suất điện động của pin - Hiệu số giữa thế phân huỷ và suất điện động của pin tạo bởi các chất thoát ra trên điện cực, được gọi là quá tạo bởi các chất thoát ra trên điện cực, được gọi là quá

thế (

thế (ηη).).

- Như vậy để cho các ion phóng điện được, thế của - Như vậy để cho các ion phóng điện được, thế của

catot

catot εε’’kk = = εεkk + + ηηkk và thế của anot

và thế của anot εε’’aa = = εεaa + + ηηaa

εε , , εε là thế cân bằng của cation và anion là thế cân bằng của cation và anion

-Khi điện phân dung dịch nước bên cạnh cation kim Khi điện phân dung dịch nước bên cạnh cation kim loại và các anion còn có các ion H

loại và các anion còn có các ion H++ và OH và OH-- do đó việc do đó việc nghiên cứu quá thế của hidro và oxi có một tầm quan nghiên cứu quá thế của hidro và oxi có một tầm quan trọng đặc biệt: biết được thế của hidro bằng cách điều trọng đặc biệt: biết được thế của hidro bằng cách điều

chỉnh chế độ điện phân (pH, mật độ dòng, nhiệt độ, chỉnh chế độ điện phân (pH, mật độ dòng, nhiệt độ,

điện cực) có thể điều khiển được quá trình theo sự điện cực) có thể điều khiển được quá trình theo sự

mong muốn.

-Như vậy các quá trình điện hoá được xác định không Như vậy các quá trình điện hoá được xác định không phải chỉ bởi các quy luật của nhiệt động học (quá thế phải chỉ bởi các quy luật của nhiệt động học (quá thế

cân bằng) mà còn bởi các quy luật động học.

c. Hiện tượng dương cực tan c. Hiện tượng dương cực tan

VVí dụ điện phân dung dịch Hí dụ điện phân dung dịch H22SOSO44 với điện cực dương với điện cực dương bằng Cu.

bằng Cu.

+ Ở cực âm: 2H

+ Ở cực âm: 2H22O + 2e = HO + 2e = H22 + 2OH + 2OH-- + Ở cực dương: 2H

+ Ở cực dương: 2H22O – 4e = OO – 4e = O22 + 4H + 4H++

-Oxi tạo thành ở cực dương tác dụng với Cu tạo thành Oxi tạo thành ở cực dương tác dụng với Cu tạo thành CuO, CuO tác dụng với H

CuO, CuO tác dụng với H22SOSO44 và tạo thành CuSO và tạo thành CuSO44. . lúc này hiện tượng điện phân xảy ra như sau:

lúc này hiện tượng điện phân xảy ra như sau:

Ở cực âm: Cu

Ở cực âm: Cu2+2+ + 2e = Cu + 2e = Cu Ở cực dương: 2H

Ở cực dương: 2H22O – 4e = OO – 4e = O22 + 4H + 4H++

- Như vậy Cu ở cực dương bị tan ra và ở cực âm có - Như vậy Cu ở cực dương bị tan ra và ở cực âm có

-Ứng dụng để mạ kim loạiỨng dụng để mạ kim loại VD16:

VD16: Điện phân dung dịch AgNO Điện phân dung dịch AgNO33 thì các chất thoát thì các chất thoát ra ở catot và anot là

ra ở catot và anot là A. Ag; O

A. Ag; O22 B. O B. O2 2 ; Ag C. H; Ag C. H22 ; O ; O22 D. O D. O22 ; H ; H22 VD17:

VD17: Điện phân dung dịch hỗn hợp chứa a mol Điện phân dung dịch hỗn hợp chứa a mol CuSOCuSO44 và b mol NaCl với điện cực trơ, màng ngăn và b mol NaCl với điện cực trơ, màng ngăn

xốp. Để dung dịch sau điện phân xong có pH < 7, > 7, xốp. Để dung dịch sau điện phân xong có pH < 7, > 7,

= 7 thì quan hệ giữa a và b như thế nào?

VD18:

VD18: Cho 1 pin được kí hiệu như sau - Pb Cho 1 pin được kí hiệu như sau - Pb Pb(NO

Pb(NO33))22 1M 1MPbIPbI22, NaI 1M , NaI 1M Pb +, với TPb +, với TPbI2PbI2 = 10 = 10-8-8 thì suất điện động của pin ở 25

thì suất điện động của pin ở 2500CC

A. 0,236V B. 0,059V C. 0,41V D. -0,236V A. 0,236V B. 0,059V C. 0,41V D. -0,236V

VD19:

VD19: Thế điện cực của điện cực hidro = 0 ở Thế điện cực của điện cực hidro = 0 ở

A. 0A. 000K B. 298K C. 0K B. 298K C. 000C D. mọi nhiệt độC D. mọi nhiệt độ VD20:

VD20: Cho pin sau ở 25Cho pin sau ở 2500C C

- Pb- PbPbPb2+2+ 1M 1MAgAg++ 1M 1M Ag + Ag + Biết E

Biết E00Ag+/AgAg+/Ag = 0,8V, E = 0,8V, E00Pb2+/PbPb2+/Pb = - 0,126V. Vậy biến thiên = - 0,126V. Vậy biến thiên thế đẳng áp của phản ứng xảy ra trong pin là bao thế đẳng áp của phản ứng xảy ra trong pin là bao

nhiêu?

VD21:

VD21: Cho phản ứng Fe Cho phản ứng Fe2+2+ + Ce + Ce4+4+ = Fe = Fe3+3+ + Ce + Ce3+3+. Vậy . Vậy sơ đồ pin là:

sơ đồ pin là:

A. - Fe

A. - Fe3+ 3+ FeFe2+2+  CeCe4+4+ CeCe3+3+ + + B. – Fe

B. – Fe2+ 2+ FeFe3+3+  CeCe3+3+ CeCe4+4+ + + C. - Pt

C. - Pt FeFe2+2+, Fe, Fe3+3+   Ce Ce3+3+,Ce,Ce4+4+ Pt +Pt +

VD22:

VD22: Cho E Cho E00Sn4+/SnSn4+/Sn = 0,005V, E = 0,005V, E00Sn2+/Sn Sn2+/Sn =-0,14V. Tính =-0,14V. Tính

∆∆G của phản ứng Sn + SnG của phản ứng Sn + Sn4+4+ = 2Sn = 2Sn2+2+?? VD23:

VD23: Trong quá trình điện phân dung dịch KCl với Trong quá trình điện phân dung dịch KCl với điện cực trơ, màng ngăn xốp thì pH của dung dịch sẽ điện cực trơ, màng ngăn xốp thì pH của dung dịch sẽ

A. tăng B. giảm C. không đổi D. ban đầu tăng A. tăng B. giảm C. không đổi D. ban đầu tăng

sau đó giảm sau đó giảm

VD24:

VD24: Cho phản ứng Cu + Br Cho phản ứng Cu + Br22= Cu= Cu2+2+ + 2Br + 2Br-- Biết E

Biết E00 Cu Cu2+2+/Cu = +0,34V, E/Cu = +0,34V, E00BrBr22/Br/Br--= 1,09V. Vậy hằng = 1,09V. Vậy hằng số cân bằng của phản ứng ở 25

số cân bằng của phản ứng ở 2500C là:C là:

A.1025(2,65.10

A.1025(2,65.102525 ) B.1015 C.1022 ) B.1015 C.1022 D.1027

D.1027

VD25:

VD25: Cho các cặp thế oxi- hoá sau đây: ECho các cặp thế oxi- hoá sau đây: E00 FeFe3+3+/Fe/Fe2+2+ = = +0,77V

+0,77V; ; EE00FeFe2+2+/Fe/Fe = -0,44V;= -0,44V; EE00CuCu2+2+/Cu/Cu = = +0,34V. Các phản ứng oxi hoá khử có thể xảy ra là +0,34V. Các phản ứng oxi hoá khử có thể xảy ra là A. Fe

A. Fe3+3+ + Fe + Fe  Fe Fe2+2+; Cu; Cu2+2+ + Fe + Fe  Fe Fe2+2+ + Cu + Cu B. Fe

B. Fe2+2+  Fe Fe3+3+ + Fe ; Cu + Fe ; Cu2+2+ + Fe + Fe  Fe Fe2+2+ + Cu + Cu C. Fe

C. Fe3+3+ + Fe + Fe  Fe Fe2+2+; Cu + Fe; Cu + Fe2+2+  Fe + Cu Fe + Cu2+2+

D. Fe

D. Fe2+2+  Fe Fe3+3+ + Fe ; Cu + Fe + Fe ; Cu + Fe2+2+  Fe + Cu Fe + Cu2+2+

VD26:

VD26: Biết Biết εε00AuAu++/ Au = 1,7 v; / Au = 1,7 v; εε00AuAu3+3+/ Au = 1,4 v. Ở / Au = 1,4 v. Ở điều kiện tiêu chuẩn, phản ứng 3Au

điều kiện tiêu chuẩn, phản ứng 3Au++  2Au + 2Au + AuAu3+3+ có có ∆∆GG00 là là

VD27:

VD27: Ta có pin sau:Ta có pin sau:

-Pt, H

-Pt, H22CHCH33COOH 0,1MCOOH 0,1M HH++ 1M 1MHH22,Pt +.,Pt +.

Ở 25Ở 2500C 1atm, Sđđ của pin này là 0,177 V. Hãy xác C 1atm, Sđđ của pin này là 0,177 V. Hãy xác định pH và tính K

định pH và tính Kaa của dung dịch CH của dung dịch CH33COOH. COOH.