HÓA ĐẠI CƯƠNG B1 - CHƯƠNG 6 potx

Chương 6Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG
12/7/2010 602005 - Chương 6
1
CHƯƠNG VI
CHƯƠNG VI
ĐIỆN HÓA HỌC
ĐIỆN HÓA HỌC
Chương 6Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG
12/7/2010 602005 - Chương 6
2
NỘI DUNG
PHẢN ỨNG OXYHÓA-KHỬ VÀ DÒNG ĐIỆN
NGUYÊN TỐ GALVANIC
SỰ ĐIỆN PHÂN
Chương 6Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG
12/7/2010 602005 - Chương 6
3
6.1. PHẢN ỨNG OXYHÓA-KHỬ VÀ DÒNG ĐIỆN
6.1.1. Khái niệm về phản ứng oxyhóa khử :
- Phản ứng xảy ra có sự thay đổi số oxyhóa của các
nguyên tố.
- Đặc điểm chung:
* Có sự trao đổi e giữa các nguyên tử của các nguyên
tố.
* Gồm 2 quá trình :
• Quá trình cho e được gọi quá trình oxyhóa
• Quá trình nhận e được gọi quá trình khử.
Chương 6Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG
12/7/2010 602005 - Chương 6
4
* Gồm 2 chất:

•chất cho e được gọi chất khử (chất bò oxyhóa)
•chất nhận e được gọi chất oyhóa (chất bò khử)
Ví dụ: Phản ứng Zn + Cu
2+
⇔ Zn
2+
+ Cu là:
• Phản ứng oxyhóa-khử vì có sự trao đổi e
giữa Zn (cho 2 e) và Cu
2+
(nhận 2 e).
• Gồm 2 quá trình:
oxyhóa Zn (Zn −2e ⇔ Zn
2+
)
khử Cu
2+
(Cu
2+
+2e ⇔ Cu).
Chương 6Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG
12/7/2010 602005 - Chương 6
5
Trong các quá trình oxyhóa và khử trên:
Zn và Cu được gọi là dạng khử,
Zn
2+
và Cu
2+
được gọi là dạng oxyhóa.

• Gồm 2 chất : chất khử là Zn và oxyhóa là Cu
2+
.
Kh
I
⇔ Ox
I
+ ne
Ox
II
+ ne ⇔ Kh
II
Tổng quát: Kh
I
+ Ox
II
⇔ Ox
I
+ Kh
II
Ox
I
, Kh
I
và Ox
II
, Kh
II
là các cặp oxyhóa-khử I và II.
Chương 6Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG

12/7/2010 602005 - Chương 6
6
Phản ứng oxyhóa-khử được tạo thành
từ 2 cặp oxyhóa-khử và chiều xảy ra phụ
thuộc vào bản chất các cặp oxyhóa-khử và
điều kiện tiến hành phản ứng.
Chương 6Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG
12/7/2010 602005 - Chương 6
7
6.1.2. Phản ứng oxyhóa-khử và dòng điện:
- Tiến hành phản ứng giữa Zn và Cu
2+
:
chất oyhóa và chất khử tiếp xúc trực tiếp một
cách bình thường thì hóa năng của phản ứng
chuyển thành nhiệt năng:
sự trao đổi e xảy ra trực tiếp từ Zn sang Cu
2+
.
mol/kcal82,51H
o
298
−=Δ
Chương 6Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG
12/7/2010 602005 - Chương 6
8
-Cách khác:
HaiquátrìnhoxyhóaZn vàkhửCu
2+
xảy ra ở 2

nơi, e chuyển từ Zn sang Cu
2+
qua dây dẫn kim loại:
Có một dòng điện chạy qua dây dẫn, hóa năng của
phản ứng chuyển thành điện năng.
Tiến hành phản ứng oxyhóa khử trong một dụng
cụ gọi là nguyên tố galvanic hay pin điện: là thiết bò thu
được điện năng dựa trên phản ứng oxyhóa-khử xảy ra
trong nó.
Chương 6Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG
12/7/2010 602005 - Chương 6
9
6.2. NGUYÊN TỐ GALVANIC
6.2.1. Cấu tạo và hoạt động:
-Gồm2 điện cực nối với nhau bằng một dây dẫn
kim loại.
Điện cực đơn giản gồm 1 thanh kim loại nhúng
trong dung dòch chất điện li của nó.
Ví dụ: nguyên tố galvanic Cu−Zn : gồm 2 điện cực
đồng và kẽm (2 dung dòch CuSO
4
, ZnSO
4
được ngăn cách
với nhau bằng màng xốp; 2 thanh Cu, Zn được nối với
nhau bằng dây dẫn).
Chương 6Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG
12/7/2010 602005 - Chương 6
10
ZnSO

4
CuSO
4
màng xốp
Zn (−) (+) Cu
- Hoạt động của nguyên tố Cu−Zn:
Chương 6Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG
12/7/2010 602005 - Chương 6
11
* Ở điện cực kẽm:
quá trình oxyhóa kẽm : Zn − 2e ⇔ Zn
2+
.
* Ở điện cực đồng:
quá trình khử ion đồng: Cu
2+
+ 2e ⇔ Cu.
Các quá trình này gọi là quá trình điện hóa hay
quá trình điện cực.
• Trong toàn bộ nguyên tố galvanic:
diễn ra phản ứng oxyhóa-khử:
Zn +Cu
2+
⇔ Zn
2+
+ Cu.
Chương 6Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG
12/7/2010 602005 - Chương 6
12
Khi nguyên tố galvanic hoạt động: trên các

điện cực xảy ra các quá trình điện hóa.
Điện cực có quá trình oxyhóa xảy ra:
điện cực âm (Zn).
Điện cực có quá trình khử xảy ra là:
điện cực dương(Cu).
e từ điện cực âm (Zn) chuyển sang điện cực
dương (Cu).
Chương 6Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG
12/7/2010 602005 - Chương 6
13
- Ký hiệu nguyên tố galvanic:
Nguyên tố Cu−Zn: (−) Zn ⏐ Zn
2+
⏐⏐ Cu
2+
⏐ Cu (+)
Tổng quát:
)(MMMM)(
II
m
II
m
III
+−
++
Chương 6Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG
12/7/2010 602005 - Chương 6
14
6.2.2. Sức điện động của nguyên tố galvanic:
- Sức điện động E của nguyên tố galvanic là thế

hiệu cực đại của nguyên tố khi phản ứng oxyhóa-khử cơ
sở của nó diễn ra thuận-nghòch (nhiệt động).
- Khi nguyên tố galvanic hoạt động thuận-nghòch
thì dòng điện sinh ra có thể thực hiện được công có ích
cực đại khi t, p = const thì ,
nên: ΔG= − n F E và ΔG
o
= − n F E
o
= − R T ln K
Sức điện động của nguyên tố galvanic cơ sở trên phản
ứng oxyhóa-khử tổng quát:
.nFEA
'
max
=
GA
'
max
Δ−=
Chương 6Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG
12/7/2010 602005 - Chương 6
15
a A + b B = c C + d D
được tính theo phương trình:
Ví dụ: Nguyên tố galvanic Cu−Zn, phản ứng:
Cu
2+
+Zn ⇔ Cu+Zn
2+

có E
o
=1,1V. Ở 25
o
C:
ba
dc
0
]B[]A[
]D[]C[
ln
nF
RT
EE −=
mol/cal507361,1x23062x2nFEG
0
298
o
298
−=−=−=Δ
37
0
298
0
298
10.63,1K6845,85
298987,1
50736
Kln
KlnRTnFEG

=→
×
=→
−=−=Δ
Chương 6Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG
12/7/2010 602005 - Chương 6
16
6.2.3. Thế điện cực và phương trình Nernst:
a- Khái niệm về thế điện cực:
- Thế điện cực là đại lượng thế hiệu đặc trưng cho quá
trình điện cực hay điện cực, ký hiệu là ϕ.
-Giữaϕ và ΔG có quan hệ:
ΔG = − nFϕ và ΔG = − nF ϕ
o
.
ϕ
o
: thế điện cực tiêu chuẩn;
n: số e trao đổi trong quá trình điện cực. Ví
dụ: Đối với quá trình điện cực Zn ⇔ Zn
2+
+2e :
ΔG
Zn
= − nFϕ
Zn
= −2 Fϕ
Zn
.
Chương 6Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG

12/7/2010 602005 - Chương 6
17
- Sức điện động của nguyên tố galvanic:
E = ϕ
(+)
−ϕ
(−)
và
Ví dụ: Sức điện động tiêu chuẩn của nguyên tố
galvanic Cu−Zn:
b- Phương trình Nernst:
- Đối với quá trình điện cực tổng quát, viết
theo chiều oxyhóa:
Kh ⇔ Ox + ne:
o
)(
o
)(
o
E
−+
ϕ−ϕ=
]Kh[
]Ox[
ln
nF
RT
0
+ϕ=ϕ
Chương 6Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG

12/7/2010 602005 - Chương 6
18
n: số electron trao đổi trong quá trình điện cực;
[Ox], [Kh]: tích nồng độ các chất tham gia dạng
oxyhóa dạng khử;
F: số Faraday;
R: hằng số khí ;
T: nhiệt độ tuyệt đối.
Phương trình Nernst, dùng để tính ϕ của các quá
trình điện cực. Ở 25
o
C:
]Kh[
]Ox[
ln
nF
059,0
0
+ϕ=ϕ
Chương 6Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG
12/7/2010 602005 - Chương 6
19
- ϕ phụ thuộc vào bản chất chất tham gia quá trình
điện cực (
ϕ
o
), nhiệt độ (T) và nồng độ các chất tham
gia quá trình điện cực ([ ]).
- Ý nghóa của ϕ
o

: Thế điện cực tiêu chuẩn ϕ
o
là thế của quá trình điện cực đã cho khi nồng độ các
chất tham gia quá trình đó đều bằng 1 đơn vò.
- Áp dụng phương trình Nernst vào quá trình
điện cực:
]H[
]H[
lg
2
059,0
:e2H2H
2
2
o
H
H2
2
2
+
+
+ϕ=ϕ+⇔
Chương 6Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG
12/7/2010 602005 - Chương 6
20
ϕ là thế điện cực hro tiêu chuẩn (tương ứng: p = 1
atm, [H
+
] = 1 mol/lit), theo quy ước bằng không và
áp suất khí hro sử dụng là 1 atm, nên:

)V(pH059,0]Hlg[059,0
2
H
−==ϕ
+
]Zn[
]Zn[
lg
2
059,0
:e2ZnZn
2
o
H
Zn
2
2
+
+
+ϕ=ϕ+⇔
Vì [Zn] = const và
V763,0
o
Zn
−=ϕ
nên:
ϕ
Zn
= − 0,763 + 0,030 lg [Zn
2+

] (V)
]Fe[
]Fe[
lg059,0:e1FeFe
2
3
o
Fe
Fe
Fe
Fe
32
2
3
2
3
+
+
++
+ϕ=ϕ+⇔
+
+
+
+
Chương 6Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG
12/7/2010 602005 - Chương 6
21
c- Chiều xảy ra của phản ứng oxyhóa-khử:
- Bảng thế điện cực tiêu chuẩn: gồm của các
quá trình điện cực được sắp xếp theo thứ tự tăng

dần giá trò từ đầu bảng cho đến cuối bảng.
Có thể hiểu được nhiều vấn đề, ví dụ: khả
năng oxyhóa-khử của kim loại trong dung dòch nước,
chiều hướng xảy ra của các phản ứng oxyhóa-khử …
)V(
]Fe[
]Fe[
lg059,0771,0
2
3
Fe
Fe
2
3
+
+
+=ϕ
+
+
Chương 6Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG
12/7/2010 602005 - Chương 6
22
- Xác đònh chiều xảy ra của phản ứng oxyhóa-
khử: dựa vào thế điện cực của các quá trình điện
cực trực tiếp xác đònh hoặc tính E hay ΔG rồi kết
luận:
• Theo quy tắc: Phản ứng oxyhóa-khử xảy ra
theo chiều dạng oxyhóa của quá trình điện cực có
ϕ
lớn hơn sẽ oxyhóa dạng khử của quá trình điện cực có

ϕ
nhỏ hơn.
Chú ý quy tắc α:
Chương 6Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG
12/7/2010 602005 - Chương 6
23
• Tính E và ΔG: Nếu E > 0 hay ΔG < 0 thì phản
ứng xảy ra theo chiều tính toán, còn nếu E < 0 hay
ΔG > 0 thì phản ứng xảy ra theo chiều ngược lại.
Ví dụ 1: Xác đònh chiều xảy ra của phản ứng
oxyhóa khử ở 25
o
C:
5Fe
2
(SO
4
)
3
+ 2MnSO
4
+ K
2
SO
4
+ 8H
2
O
⇔ 10FeSO
4

+ 2KMnO
4
+ 8H
2
SO
4
Cho:
V51,1:e5H8MnOOH4Mn
;V77,0:e1FeFe
o
29842
2
o
298
32
=ϕ++⇔+
=ϕ+⇔
+−+
++
Chương 6Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG
12/7/2010 602005 - Chương 6
24
* Theo quy tắc: Vì của cặp
lớn hơn nhiều cặp Fe
3+
/ Fe
2+
nên dạng oxyhóa
của cặp sẽ oxyhóa dạng khử Fe
2+

của cặp Fe
3+
/ Fe
2+
, nghóa là phản ứng oxyhóa-
khử đã cho diễn ra theo chiều nghòch không
những ở điều kiện chuẩn mà còn ở cả những
điều kiện khác.
o
298
ϕ
+− 2
4
Mn/MnO
+− 2
4
Mn/MnO
−
4
MnO
Chương 6Bài giảng HÓA ĐẠI CƯƠNG
12/7/2010 602005 - Chương 6
25
* Tính E theo chiều thuận:
Trong trường hợp này, theo quy tắc xác
đònh chiều xảy ra của phản ứng oxyhóa-khử,
cặp Fe
3+
/ Fe
2+

đóng vai trò điện cực dương và
cặp đóng vai trò điện cực âm, nên:
Vậy phản ứng trên xảy ra theo chiều nghòch.