Chương 11: ĐIỆN HÓA HỌC doc

Chương 11
Chương 11
ĐIÊN HÓA HỌC
1
Điện hóa học
Điện hóa học
10.1.Pin điện hóa
10.2.Các loại điện cực
10.3.Thế điện cực chuẩn
10.4.Chiều & hằng số cân bằng p/u
oxy hóa-khử
10.5.Sự điện phân
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
2 of
48
10.1.Pin điện hóa
10.1.Pin điện hóa
1.Phản ứng oxy hóa-khử
2 e chuyển từ chất khử (Zn) sang chất oxy
hóa (Cu2+) & tỏa ra năng lượng nhiệt
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
3 of
48
Zn Cu
2+
Zn
2+
Cu
∆H

o
, KJ/mol 0 64,39 -152,4 0
kJH
o
79,21639,644,152 −=−−=∆
CuZnCuZn
+→+
++ 22
e
10.1.Pin điện hóa
10.1.Pin điện hóa
2.Nguyên tắc biến hóa năng thành
điện năng
Thực hiện riêng biệt :
p/u oxy hóa:
p/u oxy khử:
Dùng dây dẫn điện nối Zn-Cu:
“e” chuyển từ Zn sang Cu →
Dòng điện chạy từ Cu → Zn
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
4 of
48
+
→−
2
2 ZneZn
CueCu
→+
+

2
2
10.1.Pin điện hóa
10.1.Pin điện hóa
3.Pin Zn-Cu (pin điện hóa)
Cấu tạo
Điện cực Zn  Điện cực Cu
Dây dẫn kim loại  Cầu nối dung dịch:
d.dịch KCl bão hòa
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
5 of
48
10.1.Pin điện hóa
10.1.Pin điện hóa
3.Pin Zn-Cu (pin điện hóa)
Hoạt động của pin
Phản ứng điện cực
-Trên cực Zn (P/u oxy hoá) :
-Trên cực Cu (P/u khử ):

P/u tổng : oxy hoá –khử
Điện cực xảy ra p/u oxy hóa → Anot
Điện cực xảy ra p/u khử → Catot
Chuyển dời electron : từ anot (Zn) → catot (Cu)
Sinh ra dòng điện : từ catot (Cực “+”) → anot (Cực “-”)
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
6 of
48

+
→−
2
2 ZneZn
CueCu →+
+
2
2
CuZnCuZn
+=+
++ 22
10.1.Pin điện hóa
10.1.Pin điện hóa
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
7 of
48
10.1.Pin điện hóa
10.1.Pin điện hóa
3.Pin Zn-Cu (pin điện hóa)
Sức điện động của pin điện hóa
Thế hiệu
Ví dụ:
 Công hữu ích
Hoá năng → Điện năng :
n- Sồ “e” trao đổi trong p/u
F = 96.500 culong - Số Faraday
E- Sức điện động, von
Ví dụ:

HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
8 of
48
−+
−=−=
++
ϕϕϕϕ
ZnZnCuCu
E
22
GnFEA ∆−==
′
max
nFEG −=∆
VE
ZnZnCuCu
1.1)76.0()34,0(
22
=−−+=−=
++
ϕϕ
JnFEG 2123001,1965002 −=××−=−=∆
10.1.Pin điện hóa
10.1.Pin điện hóa
3.Pin Zn-Cu (pin điện hóa)
Ký hiệu pin điện hóa
Ví dụ :

HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
9 of
48
D.d điện cực 1
V.liệu điện cực 1
V.liệu điện cực 2
D.d điện cực 2
ZnNO
3
Zn
CuCuNO
3
11.2.Các loại điện cực
11.2.Các loại điện cực
1.Điện cực kim loại
2.Điện cực oxy hóa-khử
3.Điện cực hydro chuẩn
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
10 of
48
11.2.Các loại điện cực
11.2.Các loại điện cực
1.Điện cực kim loại
Thanh Me nhúng vào
trong d.dịch muối của nó
P/u điện cực
Hòa tan

Kết tủa
Hay

Cặp oxy hóa-khử
Lớp điện tích kép: -/+
Thế điện cực
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
11 of
48
+
→−
n
e
MneMe
neMMe
n
ddeR
+←
+
)()(
MeMe
n
/
+
MeMe
n+
ϕ
neM
n

dde
+
+
)(
)( R
Me

11.2.Các loại điện cực
11.2.Các loại điện cực
2.Điện cực oxy hóa-khử
Day Pt nhúng vào
trong d.dịch muối Fe
2+
, Fe
3+
P/u điện cực
Fe
3+
nhận “e”:

 Fe
2+
nhường “e”:
Hay

Cặp oxy hóa-khử
Lớp điện tích kép: +/-
Thế điện cực
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide

12 of
48
eFF
ee
−←
++ 23
++ 23
/ FeFe
++ 23
FeFe
ϕ
eF
e
+
+3
+2
Fe

++
→+
ee
FeF
3
11.2.Các loại điện cực
11.2.Các loại điện cực
3.Điện cực hydro chuẩn
Dây Pt nhúng vào
trong d.dịch H
2
SO

4
:1mol/lit
Thổi khí H
2
: áp suất 1atm
P/u điện cực


Cặp oxy hóa-khử
Lớp điện tích kép: +/-
Thế điện cực
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
13 of
48
V
o
HH
0
2
=
+
ϕ
eH
dd
22
)(
+
+
)(2 K

H

2
/ HH
+
11.3.Thế điện cực chuẩn
11.3.Thế điện cực chuẩn
1.Quy ước
Nồng độ
Dung dịch: 1mol/lit
Chất khí : 1atm
Nhiệt độ: xác định ( 25
o
C)
Chiều p/u
ox-dạng oxy hóa
kh-dạng khử
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
14 of
48
neox
+

kh
11.3.Thế điện cực chuẩn
11.3.Thế điện cực chuẩn
2.Đo thế điện cực chuẩn
Thiết lập pin : đcực cần đo-đ.cực hydro chuẩn
Sức điện động của pin

Ví dụ 1 :
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
15 of
48
oo
E
)()(
−+
−=
ϕϕ
0
2
//
2
−=−=
+++
o
Cu
o
HH
o
CuCu
E
ϕϕϕ
VE
oo
34.0
)()(
+=−=

−+
ϕϕ
V
o
Cu
34.0
2
+=
+
ϕ
11.3.Thế điện cực chuẩn
11.3.Thế điện cực chuẩn
2.Đo thế điện cực chuẩn
Ví dụ 2 :
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
16 of
48
o
Zn
o
Zn
o
H
E
+++
−=−=
22
0
ϕϕϕ

VE
oo
76.0
)()(
+=−=
−+
ϕϕ
V
o
Zn
76.0
2
−=
+
ϕ
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
17 of
48
Bảng thế điện cực tiêu chuẩn ở 25
Bảng thế điện cực tiêu chuẩn ở 25
0
0
C
C
Bảng thế điện cực tiêu chuẩn ở 25
Bảng thế điện cực tiêu chuẩn ở 25
0
0
C

C
Me Phản ứng điện cực E
o
, v Me Phản ứng điện cực E
o
, v
Au
Au
3+
+ 3e → Au
1.42 Cd
Cd
2+
+ 2e → Cd
-0.40
O
2
+4H
+
+ 4e → 2H
2
O
1.23 Fe
Fe
2+
+ 2e → Fe
-0.44
Pt
Pt
2+

+ 2e → Pt
1.20 Cr
Cr
3+
+ 3e → Cr
-0.74
Ag
Ag
+
+ e → Ag
0.80 Zn
Zn
2+
+ 2e → Zn
-0.76
O
2
+4H
+
+ 4e → 4OH
-
0.40 Mn
Mn
2+
+ 2e → Mn
-1.18
Cu
Cu
2+
+ 2e → Cu

0.34 Ti
Ti
2+
+ 2e → Ti
-1.66
2H
+
+ 2e → H
2
0.00 Al
Al
3+
+ 3e → Al
-1.66
Pb
Pb
2+
+ 2e → Pb
-0.13 Mg
Mg
2+
+ 2e → Mg
-2.36
Sn
Sn
2+
+ 2e → Sn
-0.14 Na
Na
+

+ e → Na
-2.71
Ni
Ni
2+
+ 2e → Ni
-0.25 K
K
+
+ e → K
-2.92
Co
Co
2+
+ 2e → Co
-0.28
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
18 of
48
Bảng thế điện cực tiêu chuẩn ở 25
Bảng thế điện cực tiêu chuẩn ở 25
0
0
C
C
Bảng thế điện cực tiêu chuẩn ở 25
Bảng thế điện cực tiêu chuẩn ở 25
0
0

C
C
11.4.Chiều & HSCB P/u oxy hóa-khử
11.4.Chiều & HSCB P/u oxy hóa-khử
P/u điện cực
Phương trình Nernst
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
19 of
48
KhneOx =+
KRTGG
o
TT
ln+∆=∆
][
][
ln
0
Ox
Kh
RTnFnF +−=−
ϕϕ
][
][
ln
0
Kh
Ox
nF

RT
+=
ϕϕ
11.4.Chiều & HSCB P/u oxy hóa-khử
11.4.Chiều & HSCB P/u oxy hóa-khử
P/u oxy hoá-khử :

p/u oxy hoá

p/u khử

p/u oxy hoá-khử
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
20 of
48
KhneOx
II
=+
neOxKh
II
+=
IIIIII
KhOxOxKh +=+
1
ϕ
2
ϕ
nFEG
T

−=∆
)()( −+
−=
ϕϕ
E
( )
12
ϕϕ
−−=
nFG
T
∆
11.4.Chiều & HSCB P/u oxy hóa-khử
11.4.Chiều & HSCB P/u oxy hóa-khử
Chiều p/u oxy hoá-khử :
•
G < 0 : ϕ
2
- ϕ
1
> 0→ ϕ
2
> ϕ
I
⇒ p/u : T →P
•
∆G > 0 : ϕ
2
- ϕ
1

< 0→ ϕ
2
< ϕ
I
⇒ p/u : P →T
•
∆G = 0 : ϕ
2
- ϕ
1
= 0→ ϕ
2
= ϕ
1
⇒ p/u : cân bằng
Quy tắc xác định chiều p/u
P/u Ox-Kh xảy ra theo chiều dạng [Ox] của cặp
Ox-Kh có thế điện cực lớn sẽ oxy hoá dạng [Kh]
của cặp Ox-Kh có thế điện cực nhỏ hơn
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
21 of
48
( )
12
ϕϕ
−−=
nFG
T
∆

11.4.Chiều & HSCB P/u oxy hóa-khử
11.4.Chiều & HSCB P/u oxy hóa-khử
Hằng số cân bằng của p/u oxy hóa-khử
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
22 of
48
KRTKRTnFEG lg3.2ln
00
−=−=−=∆
KK
F
RT
nE lg059.0lg
3.2
0
==
059.0
10
o
nE
K =
059.0
lg
nE
K =
11.5.Sự điện phân
11.5.Sự điện phân
11.5.1.Khái niệm
11.5.2.Điện phân trong dung dịch nước

11.5.3.Điện phân muối nóng chảy
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
23 of
48
11.5.1.Khái niêm
11.5.1.Khái niêm
Hệ điện phân
Sự điện phân
Qúa trình oxy hoá-khử
trên bề mặt điện cực
khi cho dòng điệm
một chiều đi qua
dung dịch điện phân
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
24 of
48
11.5.1.Khái niêm
11.5.1.Khái niêm
Hệ điện phân
Sự điện phân
Qúa trình oxy hoá-khử
trên bề mặt điện cực
khi cho dòng điệm
một chiều đi qua
dung dịch điện phân
HUI© 2006 General Chemistry:
Slide
25 of

48