Bài giảng Hóa học đại cương: Chương 4 - Điện hóa

lOMoARcPSD|16991370

CHƯƠNG 4: ĐIỆN HÓA
I.Nguyên tắc hoạt động của pin điện
1.Cấu tạo pin

Zn

ZnSO4

-

(1)

Bóng đèn

+

(2)

Cu

CuSO4

- Cốc 1: Zn - 2e → Zn2+
- Cốc 2: Cu2+ + 2e → Cu
Pu pin:

Cầu muối KCl

Zn + Cu2+ → Cu + Zn2+

-2e

Nhường e gián tiếp qua dây dẫn
Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()

56


lOMoARcPSD|16991370

*Quy ước pin:
- Cực (+): phải
- Cực (-): trái
- Giữa 2 điện cực:
- Giữa pha rắn và pha lỏng:

(  )Zn | Zn || Cu | Cu(  )
2

2

2.Suất điện động của pin (Epin)

E pin   (  )   (  )
Thế điện cực (+)

Thế điện cực (-)
57

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()

lOMoARcPSD|16991370

II.Thế điện cực và các loại điện cực
1.Thế điện cực
Nhúng kim loại M vào dung dịch chứa ion Mn+

M  xH 2 O ฀

M

M .xH 2 O  ne
n

+
+
+
+

-

+
+
+
+

Mn+

- Thế điện cực:”là hiệu điện thế xuất hiện giữa

thanh kim loại và dung dịch ”
- Kí hiệu:

(V)

58

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()


lOMoARcPSD|16991370

2.Các loại điện cực
*Quy ước:
- Điện cực chuẩn( o ):
Là điện cực có C=1M, P=1at; T=298K
- Phản ứng điện cực:

oxh  ne ฀ kh

oxh

kh

a.Điện cực kim loại
“Gồm kim loại M nhúng trong dung dịch chứa ion Mn+”
Cu
VD: Nhúng Cu trong dung dịch
Cu2+
- Phản ứng điện cực:

 Cu2
2+
Cu + 2e → Cu
Cu
1M

Điện cực chuẩn
Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()

CuSO4
59


lOMoARcPSD|16991370

b.Điện cực oxi hóa khử
Gồm Pt nhúng trong dung dịch chứa cặp OXH/kh
VD: Nhúng Pt trong dung dịch Fe3+ và Fe2+
- Phản ứng điện cực:
 Fe3
3+
2+
Fe + 1e → Fe
Fe2 

c.Điện cực hidro chuẩn

Pt

Fe2+; Fe3+

Gồm Pt(H2) nhúng trong dung dịch chứa H+=1M

60

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()


lOMoARcPSD|16991370

Pt

Phản ứng điện cực:

H2 (p=1at)

o

2H+ + 2e → H2

2 H

o

* Quy ước:
2 H

H2

H+=1M

 0,00(V)
0,34V

H2

VD: Tính  C u 2  C u ?

Pt

H2 (p=1at)

H+=1M
Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()

Cu

61

CuSO4


lOMoARcPSD|16991370

E pin   (  )   (  )





o
Cu 2 

2 H

H2

 0, 34(V )

o
Cu 2 

Cu

 0,34(V)

o

Cu

Ox/kh

Al3+/Al

Zn2+/Zn Fe2+/Fe

Pb2+/Pb 2H+/H2

Cu2+/Cu Ag+/Ag

 O (V)

- 1,67

- 0,76

- 0,13

0,34

- 0,44

0,00

0,79

62

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()


lOMoARcPSD|16991370

III.Công thức Nernst (Nec)
1.Mối liên hệ giữa suất điện động và ∆G

(  )A | A

n

|| B

n

| B( )

(-) A - ne → An+
(+) Bn+ + ne → B
A + Bn+ → B + An+
-ne

1 nguyên tử A nhường n electron

A’ =n.q.Epin

1 mol nguyên tử A nhường n.NA electron
A’ =NA.n.q.Epin = 6,02.1023.1,6.10-19.n.Epin
Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()

63


lOMoARcPSD|16991370

Mà: A’= - ΔG
ΔG= - n.Epin.F

2.Công thức Néc

aOx  ne ฀

Xét quá trình khử:

b Kh

oxh

kh

Theo phương trình đẳng nhiệt VanHop :

G  G  RT.ln K
o

 n.F. ox

 ox
 ox

kh

kh

kh

  n.F. oox

  oox
  oox

kh

kh

kh

C bkh
 R T.ln a
C Ox

RT
C bk h

.ln a
n .F
C Ox

8.314.298
C aOx

.ln b
n.96500
C Kh

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()

64


lOMoARcPSD|16991370

 ox

 ox

kh

kh

*Tổng quát:

  oox

  oox

kh

kh

C aox
lg b
8.314.298
C kh

.
n.96500
lg e
0, 059
C aox


.lg b
n
C kh

aOx  qH  + ne ฀

Công thức Néc:  ox

  ox
o

kh

kh

Công thức Néc

b Kh

0, 059
.lg

n

C aox .C qH 
C bkh

65

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()

lOMoARcPSD|16991370

IV.Chiều phản ứng OXH khử và các yếu tố
ảnh hưởng

1.Chiều phản ứng OXH khử

VD: Viết phương trình phản ứng tạo bởi 2 cặp
OXH khử. Biết:

 0 , 3 4 ( V );  o

o

Cu2

F e3 

Cu

 0, 77 (V )
Fe2 

*Chiều phản ứng OXH khử:
-Cách 1: Là chiều theo quy tắc α
- Cách 2: Là chiều mà dạng OXH của cặp có điện thế
cao phản ứng với dạng khử của cặp có điện thế
thấp.

66

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()


lOMoARcPSD|16991370

2.Các yếu tố ảnh hưởng tới chiều của phản
ứng OXH-Khử.
a.Nồng độ.
VD: Cho 2 cặp OXH khử:

 0 , 7 9 ( V );  o

o

Ag

Ag

Fe3 

 0, 77 (V )
Fe2 

- Viết phương trình phản ứng tạo bởi 2 cặp OXH-khử
trên ở điều kiện chuẩn?
- Viết phương trình phản ứng tạo bởi 2 cặp OXH-khử
trên ở điều kiện CAg+= 0,01M; C(ion khác)= 1M?
b.pH

67

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()


lOMoARcPSD|16991370

Bài 9
C2H6 + 7/2O2  2CO2 + 3H2O

ΔH0298,pu = ΔH0298,C,C2H6=...

ΔH0298,pu = 2ΔH0298,s,CO2+ 3ΔH0298,s,H2O - ΔH0298,s,C2H6
= 2(-94) + 3(-68) - (-20) = - 372 (kcal)

68

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()


lOMoARcPSD|16991370

Bài 1
C2H6 + 7/2O2  2CO2 + 3H2O

ΔH0298,pu = 2ΔH0298,s,CO2 + 3ΔH0298,s,H2O - ΔH0298,s,C2H6
= 2(-393,5) + 3(-285,8) - ΔH0298,s,C2H6 = - 1559,8 (kj)
ΔH0298,s,C2H6= - 84,6 (kj/mol)
C2H4 + H2  C2H6
ΔH0298,pu = ΔH0298,s,C2H6 - ΔH0298,s,C2H4= -136,9 kj

= - 84,6 - ΔH0298,s,C2H4 = - 136,9 (kj)
ΔH0298,s,C2H4= +52,3 (kj/mol)
C2H4 + 3O2  2CO2 + 2H2O

ΔH0298,pu = 2ΔH0298,s,CO2 + 2ΔH0298,s,H2O - ΔH0298,s,C2H4
= 2(-393,5) + 2(-285,8) – 52,3 =?
Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()

69


lOMoARcPSD|16991370

Saturated Vapor Pressure, Density for Water
Tem Tem
p
p
(°C) (°F)

Saturated
Vapor
Pressure
(mmHg)

Saturated
Vapor
Density
(gm/m3)

Tem Tem

p
p
(°C) (°F)

Saturated
Vapor
Pressure
(mmHg)

Saturated
Vapor
Density
(gm/m3)

-10

14

2.15

2.36

40

104

55.3

51.1

0

32

4.58

4.85

60

140

149.4

130.5

5

41

6.54

6.8

80

176

355.1

293.8

10

50

9.21

9.4

95

203

634

505

11

51.8

9.84

10.01

96

205

658

523

12

53.6

10.52

10.66

97

207

682

541

13

55.4

11.23

11.35

98

208

707

560

14

57.2

11.99

12.07

99

210

733

579

15

59

12.79

12.83

100

212

760

598

20

68

17.54

17.3

101

214

788

618

25

77

23.76

23

110

230

1074.6

...

30

86

31.8

30.4

120

248

1489

...

37

98.6

47.07

44

200

392

11659

70
7840

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()


lOMoARcPSD|16991370

Substance

Vapor
Pressure
(mmHg)

Temperature

Water (H2O)

17.5

20 °C

Ethanol

43.7

20 °C

Formaldehyde

3268

20 °C

71

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()


lOMoARcPSD|16991370

III.CÔNG THỨC NÉC
Dạng 1:

 ox

aOx  ne ฀
kh

Dạng 2:

 ox

  oox

kh

0, 059
C aox

.lg b
n
C kh

aOx  qH  + ne ฀

b Kh

0, 059

.lg
n

C aox .C qH 

  ox
o

kh

b Kh

kh

C bkh

Công thức Néc

Công thức Néc

72

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()


lOMoARcPSD|16991370

CaC 2 O 4 (r) ฀

Ca 2   C 2 O 24 

S
S
S
K s  [C a 2  ].[C 2 O 24  ]  4.10  9

= S.S = 4.10  9
S = 2.10  4 ,5 M
( NH 4 ) 2 C 2 O 4 ฀ 2 NH 4   C 2 O 24 
0,05x80%

C aC 2 O 4 (r) ฀

S'

0,08
C a 2 

0,04(M )
C 2 O 24 

0

0,04

S'

S'+0,04

S '(S ' 0, 04)  4.10  9

73

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()


lOMoARcPSD|16991370

PbI 2 (r) ฀

Pb 2  

2I 

S
S
2S
K s  [Pb 2  ].[I  ] 2  8, 7.10  9

= S.(2S) 2 = 8,7.10  9
S = 1,3.10  3 M
X et : C 1Pb 2  .C 2I 
2

 0, 2.10   0, 3.10 
9


0,144.10
 Ks



 0, 2  0, 3   0, 2  0, 3 
3

3

Khơng có kết tủa xuất hiện

74

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()


lOMoARcPSD|16991370

ĐỀ 1:
Câu 1:
Dung dịch chứa m gam Cu(NO3)2 (độ điện ly 60%) trong 200
gam nước đơng đặc ở -1,86oC.
1.Tính m ? Biết kđ = 1,86.
2.Tính nhiệt độ sơi của dung dịch? Biết ks = 0,52. Cho Cu= 64;
N = 14; O=16.

ĐỀ 2
Câu 1:
Dung dịch chứa m gam FeCl3 (độ điện ly 80%)
trong 500 gam nước sơi ở 102,5oC.
1.Tính m ? Biết ks = 0,5.
2.Tính nhiệt độ đơng đặc của dung dịch? Biết kđ =
1,86. Cho Fe= 56; Cl = 35,5.
Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()

75


lOMoARcPSD|16991370

ĐỀ 1:
Câu 2:

Cho dung dịch HX 0,1M, biết hằng số axit (Ka) bằng
1,44.10-4
1.Tính độ điện li và pH của dung dịch HX trên ?
2.Tính pH của dung dịch thu được khi thêm vào 1 lít
dung dịch trên 0,01 mol HCl ? Biết HCl là axit mạnh
điện ly hịan tồn.
ĐỀ 2
Câu 2:
Cho dung dịch CH3COOH 0,1M, biết hằng số axit (Ka) bằng
1,7.10-5
1.Tính độ điện li và pH của dung dịch axit axetic trên ?
2.Tính pH của dung dịch thu được khi thêm vào 1 lít dung dịch
trên 0,001 mol HCl ? Biết HCl là axit mạnh điện ly hịan tồn.
76

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()


lOMoARcPSD|16991370

Bài 2:



 1, 51(V )

0
M nO 4

Mn

2

 0 Cl

2

 1, 36(V )
2 Cl 

E pin  1, 51  1, 36  0,15(V )

E pin      
Phản ứng của pin:

Cl 2
2Cl 

M nO 4
M n 2

M nO 4  Cl 


 M n 2   Cl 2

2M nO 4  10Cl  + 16H   
 2M n 2  + 5Cl 2  8H 2 O

77

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()


lOMoARcPSD|16991370

[H+]=10-4M
Tại pH=4:
Tính lại thế của MnO4-/Mn2+

M nO 4  8H  +5e  
 M n 2   4H 2 O

 M nO 
4


Mn

 M nO 
4

 M nO 
4

2

Mn2

o

M nO 
4

Mn2

0, 059
.lg

5

C 1M nO  .C 8H 
4

C 1M n 2 

0, 059
1.(10  4 ) 8
 1, 51 
.lg
5
1
 1,13(V )  1, 36(V )

Mn2

Phản ứng của pin:

MnO 4
Mn 2

Cl2
2


M
n

Cl



M
nO

Cl
2
4
2Cl
2M n 2  + 5Cl 2  8H 2 O  
 2M nO 4  10Cl  + 16H 
78

Downloaded by nguyenphuong Phuong nguyen ()