PHƯƠNG TRÌNH NERST ppt

BÀI 9: PHѬѪNG TRÌNH NERST
1. Khái niӋm liên quan
Sӵ phө thuӝc cӫa thӃÿiӋn cӵc vào nӗng ÿӝ cӫa dung dӏch ÿiӋn cӵc,
ÿiӋn cӵc oxi hóa khӱ, pin ÿiӋn hóa.
2. Nguyên tҳc
Phѭѫng trình Nernst phát biӇu thӃÿiӋn cӵc cӫa pin phө thuӝc vào
dung dӏch và nӗng ÿӝ (hoҥt ÿӝ) cӫa ion ÿó. Phѭѫng trình này ÿѭӧc minh
hӑa bҵng thӵc nghiӋm khi sӱ dөng pin ÿiӋn hóa ÿѭӧ
c tҥo thành tӯÿiӋn cӵc
chӍ thӏ kӃt hӧp vӟi ÿiӋn cӵc so sánh.
3. NhiӋm vө
- Ĉo ÿiӋn thӃ cӫa ÿiӋn cӵc platium trong dung dӏch chӭa nӗng ÿӝ
ÿã biӃt cӫa Fe(II) và Fe(III) và hӛn hӧp ion [Fe(CN)
6
]
4-
và
[Fe(CN)
6
]
3-
.
- Tính thӃÿiӋn cӵc cӫa ÿiӋn cӵc so sánh ӣ nhiӋt ÿӝ thí nghiӋm
- Tính thӃÿiӋn cӵc chuҭn cӫatҥi nhiӋt ÿӝ thí nghiӋm.
0
Fe,Fe
23
E

4. Dөng cө, hóa chҩt và thiӃt bӏ

Hình 1: Sѫÿӗ hӋ thӕng thí nghiӋm
57

58
- pH - meter
-
ĈiӋn cӵc so sánh Ag/AgCl/Cl
-
- Ӕng bҧo vӋÿiӋn cӵc platin
- Dây nӕi, l = 500mm, ÿen
- ĈiӋn cӵc Pt
- Máy khuҩy tӯ
- Cá tӯ
- Chân ÿӥ, h = 750mm
- Kҽp góc phҧi
- Kҽp vҥn năng
- Thanh ÿӥ 2 ÿiӋn cӵc
- Kҽp giӳ buret
- Buret 50ml
- Cân phân tích
- Dƭa cân
- Becher 100ml
- Becher 150ml
- Bình ÿӏnh mӭc 1000ml
- Pipette 50ml
- PhӇu thӫy tinh, d = 55mm
- PhӇu thӫy tinh, d = 80mm
- Muӛ
ng
- Bóp cao su

- Bình tia
- K
4
[Fe(CN)
6
]: 250g
- K
3
[Fe(CN)
4
]: 100g
- Nѭӟc cҩt
13702.93
18475.00
45206.00
07361.05
13702.01
47334.93
46299.02
37694.00
37697.00
37715.00
45284.01
03065.20
36517.01
48802.93
45019.05
36002.00
36003.00
36552.00

36581.00
34457.00
34459.00
33398.00
39275.03
33931.00
30101.25
30100.10
31246.81
1
1
1
1
1
1
1
2
2
1
1
2
2
1
1
2
4
4
2
2
2

1
1
1
1
1
1
5. Lҳp ÿһt và vұn hành
Lҳp ÿһt thí nghiӋm nhѭ hình 1.
Chuҭn bӏ dung dӏch cho thí nghiӋm nhѭ sau:

- Pha dung dӏch K
4
[Fe(CN)
6
] 0,01M: cân chính xác 4,2239g muӕi
K
4
[Fe(CN)
6
].3H
2
O. Cho K
4
[Fe(CN)
6
].3H
2
O vào bình ÿӏnh mӭc 1lit.
Hòa tan bҵng nѭӟc cҩt, sau ÿó ÿӏnh mӭc ÿӃn vҥch chuҭn.
- Pha dung dӏch K

4
[Fe(CN)
6
] 0,001M: dùng pipet lҩy 100ml dung
dӏch K
4
[Fe(CN)
6
] 0,01M cho vào bình ÿӏnh mӭc 1l, sau ÿó ÿӏnh
mӭc ÿӃn vҥch chuҭn bҵng nѭӟc cҩt.
- Pha dung dӏch K
3
[Fe(CN)
6
] 0,01M: cân 3,2925g K
3
[Fe(CN)
6
] cho
vào bình ÿӏnh mӭc 1l, hòa tan bҵng nѭӟc cҩt, sau ÿó ÿӏnh mӭc
ÿӃn vҥch chuҭn.
- Pha dung dӏch K
3
[Fe(CN)
6
] 0,001M: dùng pipet lҩy 100ml dung
dӏch K
3
[Fe(CN)
6

] 0,01M cho vào bình ÿӏnh mӭc 1l, sau ÿó ÿӏnh
mӭc ÿӃn vҥch chuҭn bҵng nѭӟc cҩt.
Sӱ dөng 2 cái burette, mӝt dùng cho dung dӏch Fe(II) 0,001M và mӝt
dùng cho dung dӏch Fe(III) 0,001M, ÿһt vào chân giá ÿӥ, tráng 2 lҫn bҵng
dung dӏch tѭѫng ӭng nhѭ trên và cho dung dӏch tѭѫng ӭng vào ÿӃn vҥch
mӭc. Chuҭn bӏ dung dӏch mүu theo bҧng 1.
Ĉһt becher chӭa dung dӏch mүu ÿҫu tiên vào máy khuҩy tӯ và cho cá
tӯ vào becher. Sau ÿó, nӕi ÿi
Ӌn cӵc Platin, ÿiӋn cӵc so sánh và ÿҫu dò
nhiӋt ÿӝ vào máy ÿo pH và nhúng chúng ngұp trong dung dӏch. Ghi nhiӋt ÿӝ
và sӭc ÿiӋn ÿӝng cӫa pin. Rӱa sҥch ÿiӋn cӵc bҵng nѭӟc cҩt, làm khô và
ÿһt chúng vào trong dung dӏch mүu kӃ tiӃp, quá trình này phҧi ÿѭӧc làm
nhanh. Không nên ÿӇ ÿiӋn cӵc so sánh ӣ ngoài dung dӏch quá lâu. TiӃp tөc
ÿo cho ÿӃn hӃt các mүu. Lһp lҥi quy trình trên vӟi dung dӏch 0,01M. Tính
sӭc
ÿiӋn ÿӝng cӫa pin nhѭ là mӝt hàm sӕ:

>@

>@


4
6
3
6
CNFe
CNFe
ln
Bҧng 1: Chuҭn bӏ các dung dӏch mүu

Dung dӏch Fe (II)
(ml)
Dung dӏch Fe (III)
( ml)
Dung dӏch Fe (II)
(ml)
Dung dӏch Fe (III)
( ml)
49 1 20 30
48 2 12 38
46 4 7 43
59

60
Dung dӏch Fe (II)
(ml)
Dung dӏch Fe (III)
( ml)
Dung dӏch Fe (II)
(ml)
Dung dӏch Fe (III)
( ml)
43 7 4 46
38 12 2 48
30 20 1 49
25 25
6. Lý thuyӃt
Pin ÿiӋn hóa ÿѭӧc sӱ dөng ӣÿây, ÿiӋn cӵc Ag /AgCl/ Cl
-
ÿѭӧc dùng

làm ÿiӋn cӵc so sánh cung cҩp mӝt ÿiӋn thӃ cӕÿӏnh ÿӇ xác ÿӏnh thӃ cӫa
ÿiӋn cӵc oxy hóa khӱ.
ĈiӋn cӵc bҥc clorua gӗm có mӝt sӧi dây Ag ÿѭӧc bao phӫ bӣi AgCl và
ÿѭӧc nhúng trong dung dӏch KCl có nӗng ÿӝ xác ÿӏnh.
ĈiӋn cӵc oxi hoá - khӱ là cһp Fe(III)/ Fe(II):
[Fe(CN)
6
]
3-
+ e
-
 = [Fe(CN)
6
]
4-
Thông thѭӡng, mӝt phҧn ӭng oxi hoá - khӱ mà ion X
z+
nhұn n electron
thành ion Y có ÿiӋn tích (z - n)
+
có thӇ ÿѭӧc thӇ hiӋn nhѭ sau:
X
z+
(dd)
+ ne
-
=

n)(z
Y

Trong hӋ thӕng này, trҥng thái cân bҵng ÿҥt ÿѭӧc khi tәng hóa thӃ cӫa
mӛi vӃ phҧn ӭng cân bҵng nhau:
P
x
(dd) + n.P
e
(kl) = P
Y
(dd) (1)
Tӯÿӏnh nghƭa vӅ hóa thӃ, ta có phѭѫng trình sau:
P
x
(dd) = P
x
+ zFM
dd
(2a)
P
e
(kl) = P
e
+ FM
dd
(2b)
P
Y
(dd) = P
Y
+ (z-n)FM
dd

(2c)
Vӟi:
M
dd
: ÿiӋn thӃ cӫa dung dӏch
M
(kl)
: ÿiӋn thӃ cӫa ÿiӋn cӵc kim loҥi trѫ
P
i
: hóa thӃ cӫa cҩu tӱ i
KӃt hӧp phѭѫng trình (1) và (2), ta có:
kldd
eYX
nFijnFijnµµµ
n)(zz



(3)

Sӵ chêch lӋch ÿiӋn thӃ 'M giӳa dung dӏch và kim loҥi ÿѭӧc biӉu diӉn:
)nµµ(µ
nF
1
ǻ
eYx
kldd
n)-(zZ 
 

MMM
(4)
ĈiӋn thӃ ion phө thuӝc vào hoҥt ÿӝ cӫa ion trong dung dӏch:
(5a)


Zzz
X
0
XX
RT.lnaµµ
(5b)


n)(Zn)-(zn)-(z
Y
0
YY
RT.lnaµµ
Phѭѫng trình (4) có thӇ ÿѭӧc viӃt dѭӟi dҥng

¸
¸
¹
·
¨
¨
©
§





n)(z
z
n)(zz
Y
X
e
0
Y
0
X
a
a
ln
nF
RT
nµµµ
nF
1
ǻij
(6)
Phѭѫng trình Nernst cho ÿiӋn cӵc oxi hóa khӱ:
¸
¸
¹
·
¨
¨

©
§




n)(z
z
2323
Y
X
0
Fe,FeFe,Fe
a
a
ln
nF
RT
EE
(7)
Pin ÿѭӧc sӱ dөng trong thí nghiӋm này là:
(-) Ag/ AgCl/ KCl (3M)/ Fe
3+
, Fe
2+
/ Pt (+)
ThӃÿiӋn cӵc cӫa ÿiӋn cӵc dѭѫng:
>
@
>@





2
3
0
Fe,FeFe,Fe
Fe
Fe
ln
nF
RT
EE
2323
ThӃÿiӋn cӵc cӫa ÿiӋn cӵc âm:
>@
-0
Ag/AgCl/ClAg/AgCl/Cl
Clln
nF
RT
EE 
Mà

25t
dt
dE
EE
0

25
0
t

Suҩt ÿiӋn ÿӝng cӫa pin (E
pin
) là:
Ag/AgCl/Cl
Fe,Fe
pin
EEE
23


>
@
>@
Ag/AgCl/Cl
2
3
0
Fe,Fe
pin
E
Fe
Fe
ln
nF
RT
EE

23




(8)
Ĉӕi vӟi dung dӏch loãng sӱ dөng ӣÿây, hoҥt ÿӝ ÿѭӧc thay thӃ bҵng
nӗng ÿӝ mol.
Sӭc ÿiӋn ÿӝng E
pin
phө thuӝc vào ln([Fe
III
]/[Fe
II
]) theo phѭѫng trình
ÿѭӡng thҷng dҥng (y = ax + b) có hӋ sӕ góc RT/F và tung ÿӝ gӕc
(hình 2). NӃu biӃt ÿѭӧc thӃ cӫa ÿiӋn cӵc so sánh sӱ dөng
Ag/AgCl/Cl
0
Fe,Fe
EE
23


61

thì thӃ cӫa ÿiӋn cӵc chuҭn cӫa cһp oxi hóa khӱ Fe
III
,Fe
II

có thӇ xác ÿӏnh
ÿѭӧc.
HӋ sӕ góc cӫa ÿѭӡng thҷng (xác ÿӏnh bӣi ÿѭӡng hӗi quy ÿѫn giҧn) là
25,2 mV (giá trӏ RT/F = 25,4mV tҥi 22
o
C)
Tӯ giá trӏ cӫa E
pin
tҥi giao ÿiӇm trөc Y ta có = 172
mV. Tҥi 20
Ag/AgCl/Cl
0
Fe,Fe
EE
23


0
C Ag/ AgCl/ Cl ÿiӋn cӵc so sánh có thӃ 210 mV. Tӯÿó, thӃ oxi
hóa khӱ cӫa ÿiӋn cӵc chuҭn E
0
®[Fe(CN)
6
]
3-
,[Fe(CN)
6
]
4-
¾ là 38mV (tài liӋu:

36mV theo ‘R. Parsons, sә tay ÿiӋn hóa, Butterworth, London, 1959’).
62