pin điện cực

CHƯƠNG 6
PIN – ĐIỆN CỰC
Nội dung
6.1. Pin điện hóa
6.2. Nhiệt động học của pin và điện cực
6.3. Các loại điện cực và Mạch điện hóa
6.4. Ứng dụng của sức điện động
Quan sát mô hình sau
(nguyên tố Gavanic Cu – Zn)
6.1. Pin điện hóa
6.1.1. Khái niệm pin điện hóa
Cấu tạo
Hai dung dịch sunfat được chứa trong những dụng cụ riêng
biệt và tiếp xúc với nhau bằng một cầu muối đó là ống thủy
tinh chứa đầy dung dịch chất dẫn điện Na2SO4. Hai thanh
kẽm và đồng được nối với nhau bằng dây dẫn kim loại.
Nguyên tố gồm hai điện cực
Điện cực kẽm Điện cực đồng
Zn/ZnSO4 Cu/ CuSO4
6.1. Pin điện hóa
6.1.1. Khái niệm pin điện hóa
Hiện tượng

Kim điện kế G chỉ dòng điện đi từ Cu sang Zn.

Khối lượng Zn giảm, khối lượng Cu tăng.

[ZnSO4] tăng, [CuSO4] giảm.
6.1. Pin điện hóa
6.1.1. Khái niệm pin điện hóa
Quá trình làm việc

Zn Zn+2 + 2e
Ở điện cực kẽm (cực âm): xảy ra quá trình oxy hóa, sự khử
Ở điện cực đồng (cực dương): xảy ra quá trình khử, sự oxy hóa
Cu+2 + 2e Cu
6.1. Pin điện hóa
6.1.1. Khái niệm pin điện hóa
Tổng phản ứng
Cu+2 + Zn = Cu +
Zn2+
Khái niệm PIN
6.1. Pin điện hóa
6.1.1. Khái niệm pin điện hóa
Pin là một hệ biến đổi hoá năng thành
điện năng nhờ phản ứng oxy hóa – khử
xảy ra trên điện cực.
Ký hiệu
Ký hiệu nguyên tố Gavanic đồng - kẽm bằng sơ đồ sau:
(-) Zn/ ZnSO4// CuSO4/ Cu (+)
hay (-) Zn/ Zn+2// Cu2+/ Cu (+)
6.1. Pin điện hóa
6.1.1. Khái niệm pin điện hóa
Quy ước viết ký hiệu Pin

Điện cực âm viết bên trái, cực dương viết bên phải.

Ngăn cách điện cực và dung dịch điện ly bằng 1 dấu gạch chéo.
(khác pha). Điện cực gồm nhiều thành phần thì ngăn cách giữa
các thành phần bằng dấu phẩy.

Ngăn cách 2 dung dịch điện ly bằng 2 dấu gạch chéo (//) hoặc

một vạch 3 chấm nếu tại ranh giới có điện thế khuếch tán
6.1. Pin điện hóa
6.1.1. Khái niệm pin điện hóa
(-) Zn/ ZnSO4//CuSO4/Cu (+); (-) Zn/ ZnSO4 : CuSO4/Cu (+);
(-) Pt/Fe2+(0.10 M),Fe3+(0.20 M)//Ag+(1.0 M)/Ag(+)
.
Một vài mô hình về Pin điện hóa
6.1. Pin điện hóa
6.1.1. Khái niệm pin điện hóa
Zn(s) | Zn2+(aq) || Cu2+(aq) | Cu(s) Ecell =
1.103 V
6.1. Pin điện hóa
6.1.1. Khái niệm pin điện hóa
Pin có điện cực khí
6.1. Pin điện hóa
6.1.1. Khái niệm pin điện hóa
(-)Pt|Fe2+(0.10 M),Fe3+(0.20 M)||Ag+(1.0 M)|Ag(+)
6.1. Pin điện hóa
6.1.1. Khái niệm pin điện hóa
6.1. Pin điện hóa
6.1.2. Thế điện cực
Khảo sát quá trình nhúng thanh kim loại vào dung dịch
Sự hình thành lớp điện tích kép tại ranh giới điện cực
Kết quả
6.1. Pin điện hóa
6.1.2. Thế điện cực
Hình thành lớp điện tích kép
Tại ranh giới điện cực – dung dịch
Bước nhảy thế (Hiệu điện thế)
Sức điện động = Σ bước nhảy thế

Thế điện
cực
Định nghĩa
Thế điện cực của một điện cực là đại lượng biểu
diễn bằng sự khác biệt thế của điện cực đó so
với điện cực chuẩn. Ký hiệu: φ.
6.1. Pin điện hóa
6.1.2. Thế điện cực
Điện cực chuẩn
6.1. Pin điện hóa
6.1.2. Thế điện cực

Điện cực hydro: tấm Pt
tráng muội Pt nhúng vào
dung dịch axít và được bão
hòa khí hydro.

Khi hoạt độ = 1; PH2 =
1atm thì trở thành điện cực
hydro chuẩn = 0.
0
H/H
2
φ
+

Đo điện cực đồng:
+ Lập pin: (-) Pt,H2H+Cu2+Cu (+)
+ aCu2+ = 1; 250C; đo E = 0,337V

6.1. Pin điện hóa
6.1.2. Thế điện cực
Ví dụ
V337,0φ
0
Cu/Cu
2
+=
+

Đo điện cực kẽm:
+ Lập pin: (-) Pt,H2H+Zn2+Zn (+)
+ aZn2+ = 1; 250C; đo E = -0,7628V

0,7628φ
0
/ZnZn
2
−=
+
Phương trình Nernst
Phương trình trên được gọi là phương trình Nernst viết cho thế điện cực
oxh + ne Kh
Tổng quát hóa đối với quá trình điện cực viết theo chiều oxy hóa:
Chúng ta có:
n : số electron trao đổi
F : hằng số Faraday
R : hằng số khí
T : nhiệt độ tuyệt đối (K)
6.1. Pin điện hóa

6.1.2. Thế điện cực
oxh
kh
0
C
C
ln
nF
RT
φφ
−=
Phương trình Nernst
Khi T = 298K, R = 8,314 J/mol.K; F = 96500 Culông và ln = 2,3lg
ta được dạng cụ thể của phương trình Nernst cho phép tính thế
điện cực của một điện cực bất kỳ ở 250C:
6.1. Pin điện hóa
6.1.2. Thế điện cực
oxy
kh
0
C
C
ln
nF
RT
φφ −=
oxh
kh
0
C

C
lg
n
0,059
φφ
−=
Chúng ta xét nguyên tố gavanic đồng - kẽm:
(-) Zn/ Zn2+// Cu2+/ Cu (+)
Xác định thế điện cực của đồng và kẽm??
Ví dụ
6.1. Pin điện hóa
6.1.2. Thế điện cực
(-) Zn/ Zn2+// Cu2+/ Cu (+)
Phản ứng điện cực:
+ Cực (-): Zn = Zn2+ + 2e
+ Cực (+): Cu2+ + 2e = Cu
2
22
Cu
0
Cu/CuCu/Cu
C
1
ln
F2
RT
φφ
+
++
−=

2
22
Zn
0
Zn/ZnZn/Zn
C
1
ln
F2
RT
φφ
+
++
−=
6.1. Pin điện hóa
6.1.2. Thế điện cực
23
Viết phương trình phản ứng xảy ra trong các pin sau đây:
a. (-) Pt/ Fe2+ ,Fe3+ // CuSO4 / Cu (+)
b. (-) Cu / CuCl2 // AgCl / Ag (+)
c. (-) Pt, H2 / H2SO4 // Hg2SO4 / Hg, Pt (+)
d. (-) Cd / CdSO4 // Hg2SO4 / Hg, Pt (+)
Bài tập 1
6.1. Pin điện hóa
6.1.2. Thế điện cực

Khi làm việc, pin sinh dòng điện tạo ra từ công hữu ích A của phản
ứng oxy hóa – khử.

Khi pin làm việc thuận nghịch nhiệt động của Pin chính là độ giảm

công hữu ích cực đại A’max. Theo nguyên lý 2:
ΔG = - A’max

Công điện chuyển hoá 1 mol chất:
A’max = q.E = nFE

Vậy:
n : số electron trao đổi trong quá trình điện cực.
ΔG = -nFE
Phương trình nhiệt
động cơ bản của pin
6.2. Nhiệt động học của Pin và điện cực
6.2.1. Công điện của pin
Vậy:
E = φ+ - φ-
6.2. Nhiệt động học của Pin và điện cực
6.2.2. Sức điện động của pin
Chú ý:
[1] vì E > 0 nên φ+> φ-
[2] Cho thế điện cực  cực dương – âm của PIN
Điều kiện chuẩn:
000
E
−+
ϕ−ϕ=
Sức điện động = (thế điện cực dương) – (thế điện cực âm)