Bài giảng Hoá học đại cương: Chương 10 - Trường ĐH Phenikaa

CHƯƠNG 10

ĐIỆN HÓA HỌC

1


Mục tiêu
•
•
•
•
•

Hiểu được một số khái niệm về điện hóa học
Nắm được nguyên tắc hoạt động của pin điện
Thế điện cực
Sức điện động của pin
Xác định và dự đoán chiều của phản ứng oxy
hóa khử

2


Nội dung
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Một số khái niệm
Pin Ganvani
Thế khử tiêu chuẩn
Thế điện cực
Sức điện động của pin
Dự đoán chiều xảy ra tự phát của phản ứng
oxy hóa - khử
7. Điện phân
3


1. Một số khái niệm
• Điện hóa học
- Điện hóa là một nhánh của ngành hóa học
nghiên cứu sự chuyển đổi giữa năng lượng
điện và năng lượng hóa học
- Quá trình điện hóa bao gồm các PƯ oxy
hóa-khử ở đó năng lượng giải phóng từ PƯ
tự diễn biến được chuyển thành điện hoặc
năng lượng điện được sử dụng để PƯ tự
xảy ra.
4


Phản ứng oxy hóa khử
• Phản ứng oxy hóa khử: có sự thay đổi số oxy hóa
•
-

các ngun tố tham gia phản ứng
Đặc điểm chung:
Có sự trao đổi electron
Gồm 2 quá trình diễn ra đồng thời :
quá trình cho electron (q trình oxy hóa)
q trình nhận electron (q trình khử)
Gồm 2 chất có mặt dồng thời
Chất oxy hóa : chất nhận electron
Chất khử: chất cho e

5


6


7


3Cl2 + I- + 6OH- = 6Cl- + IO3- + 3H2O
Mg(s) + 2HCl (aq) → MgCl2 (aq) + H2 (g)

8


Cân bằng phản ứng oxy hóa- khử
Bước 1: Viết PT PƯ không cân bằng

Bước 2: Viết 2 bán phản ứng

9


Cân bằng phản ứng oxy hóa- khử
Bước 3: Cân bằng mỗi nửa PƯ đối với số lượng từng
loại nguyên tử và eletron. Với PƯ trong môi trường
acid, thêm nước để cân bằn nguyên tử O và thêm H+ để
cân bằng nguyên tử H.

10


Cân bằng phản ứng oxy hóa- khử
Bước 4: Đặt 2 nửa PƯ với nhau và cân bằng PT PỨ cuối. Số
e phải bằng nhau ở 2 vế, nếu số electron khác nhau thì
nhân một vế hoặc cả 2 vế với một hệ số để cân bằng số e.

PT PƯ dạng ion:

Bước 5: Kiểm tra xác nhận số lượng, loại nguyên tử,
và số lượng e cân bằng ở 2 vế của PT PƯ.
11


2. Pin Ganvani

Zn (chất khử) bị oxy hóa thành Zn2+
Cu2+ (Chất oxy hóa) bị khử thành Cu

12

2. Pin Ganvani
Khi nhúng thanh kẽm (Zn) và dung dịch CuSO4,
PƯHH: Zn (s) + Cu2+(aq) ↔ Zn2+(aq) + Cu(s)
Zn (chất khử) bị oxy hóa thành Zn2+
Cu2+ (Chất oxy hóa) bị khử thành Cu

e chuyển trực tiếp từ
Zn0 sang Cu2+ trong
dung dịch

Cu2++2e ↔ Cu (Bán PƯ khử)
Zn ↔ Zn2+ + 2e (Bán PƯ oxi hóa)
Nếu tách rời chất khử và chất oxy hóa sau đó nối với
nhau bằng dây dẫn điện bên ngồi thì sao?
13


2. Pin Ganvani
Dòng e từ Zn →Cu

14

Pin Daniel- Jacobi là trường hợp riêng của pin Ganvani, chỉ xét cho anode Zn và cathod Cu như hình trên


2. Pin Ganvani

Pin ganvani, tế bào ganvani, pin điện, tế bào pin điện

15


Hệ điện hóa và ký hiệu
-Một hệ gồm 2 điện cực nhúng vào dung dịch điện
ly được gọi là hệ điện hóa
 Khi hệ sinh dịng điện được gọi là pin hay nguyên tố
ganvani
Khi hệ được nối với nguồn điện bên ngoài để thực
hiện PƯ gọi là hệ điện phân

- Ký hiệu một hệ điện hóa hay pin:
(-) Điện cực 1│DD 1 │ │DD 2 │Điện cực 2 (+)
Zn│Zn2+ │ │Cu2+│Cu

Ví dụ:
Danh giới
anode và
dung dịch

Cầu muối
(salt bridge)

Danh giới
cathode và
dung dịch

Lưu ý: anode
viết bên trái,

cathode viết
bên phải
16


17


18


19


Các phản ứng oxy hóa khử sau đây được dung trong
các pin điện hóa. Hãy viết kỹ hiệu pin điện hóa tương
ứng.
a. 2Ag+(aq) (0.5M) + Ni(s) → 2 Ag(s) + Ni2+ (aq) (0.2M)
b. Cu(s) + PtCl42-(aq)(0.1M) → Cu2+(aq)(0.2M) + PtCl42(aq)(0.1M) + 2Cl-(aq) (0.4M)
a. (-) Ni(s)│ + Ni2+ (aq) (0.2M)││ Ag+(aq) (0.5M)│Ag(s) (+)
b. (-) Cu(s)│ Cu2+(aq)(0.2M)││ PtCl42-(aq)(0.1M), PtCl42(aq)(0.1M), 2Cl-(aq) (0.4M)│Pt (s) (+)

20


3. Thế khử tiêu chuẩn
Hiệu số điện thế giữa 2 cực
được gọi là hiệu điện thế
của pin hay sức điện động
của pin

Khi nồng độ cả 2
dung dịch Cu2+ và
Zn2+ trong pin
Daniel bằng 1M,
hiệu điện thế đo
được là 1.1 von

1M

1M
21


4. Thế điện cực
-Hiệu điện thế phụ thuộc vào phản ứng oxy hóa khử như
thế nào?
-PƯ chung là tổng của 2 nửa PƯ trên 2 điện cực → hiệu
điện thế cũng là tổng điện thế của 2 điện cực
10.1
E=Ɛ1+Ɛ2
- Thế điện cực (Ɛ) trên 1 điện cực không thể đo được.

22


- Lấy điện cực tiêu chuẩn hydro làm điện cực so sánh để
xác định thế điện cực tương đối của 1 điện cực bất kỳ.
-ĐKTC điện cực H2: HCl 1M, 25oC, pH2 = 1atm
- Các các chất khác ĐKTC: 25oC, nồng độ: 1M và p=1atm

-Thế của điện cực hydro chuẩn quy ước:
2H+(1M) + 2e- → H2 (1atm)
Eo=0 V
- Eo là thế điện cực tiêu chuẩn

23


Thế điện cực của điện cực hydrogen tiêu chuẩn
bằng zero
Trong một pin gồm 2 điện cực:
• Điện cực nào có thế điện cực tiêu chuẩn dương
hơn sẽ đóng vai trị là cực dương cathode (xảy ra
q trình khử, nhận e)
• Điện cực nào có thế điện cực tiêu chuẩn âm hơn
sẽ đóng vai trị cực âm anode ( xảy ra q trình
oxy hóa, nhường e)

24


- Ví dụ 10.1 a: Xét nguyên tố Ganvani như hình.
-Sơ đồ hệ điện hóa
(-) Zn│Zn2+(1M)││H+(1M)│H2(1atm)│Pt (+)
Trên bề mặt điện cực Pt xảy ra quá trình khử

25