Slie Đề tài phân tích điện hóa

Tr n Mai Liênầ Phân tích đi n hóaệ 1
PHÂN TÍCH ĐiỆN HÓA
Electroanalytical methods
Trần Mai Liê
n
Phân tích điện hóa 2
Trường Đại học Công nghiệp TP HCM
Giới thiệu môn học
Số đơn vị học trình: 3
Phân bố thời gian: 75% lý thuyết – 25% thảo luận và kiểm tra
Tài liệu học tập:

Các phương pháp phân tích điện hóa hiện đại – Từ Vọng Nghi, Trần Chương Huyến, Phạm Luận

Phân tích hóa lí – Hồ Viết Quý

Bài giảng
Trần Mai Liê
n
Phân tích điện hóa 3
Trường Đại học Công nghiệp TP HCM
Chương 1: Cơ sở lý thuyết chung và phân loại các phương pháp phân tích điện hóa
Chương 2: Phương pháp điện thế dùng các cực chọn lọc ion
Chương 3: Phương pháp cực phổ xung
Chương 4: Các phương pháp phân tích điện hóa hòa tan
Chương 5: Kỹ thuật điện hóa trong phân tích HPLC và FIA
Trần Mai Liê
n
Phân tích điện hóa 4
Trường Đại học Công nghiệp TP HCM
Chương 1: Cơ sở lý thuyết chung và phân loại

các phương pháp PTĐH
1.1 Sự điện phân
1.2 Quá trình điện cực
1.3 Phân loại các phương pháp PTĐH
Trần Mai Liê
n
Phân tích điện hóa 5
Trường Đại học Công nghiệp TP HCM
Mở đầu
Hóa học phân tích: Các phương pháp hóa học và Các phương pháp pt công cụ
Các pp phân tích công cụ (hóa lí):

Các phương pháp tách (sắc ký)

Các phương pháp quang học

Các phương pháp điện hóa
Các pp điện hóa: ứng dụng các qui luật liên quan tới phản ứng điện hóa xảy ra trên ranh giới tiếp xúc giữa các
cực và dung dịch phân tích
Trần Mai Liê
n
Phân tích điện hóa 6
Trường Đại học Công nghiệp TP HCM
Mở đầu
Hệ thống phân tích điện hóa:

Dung dịch chất
điện li chứa trong
bình điện hóa


Các điện cực

Máy đo
Trần Mai Liê
n
Phân tích điện hóa 7
Trường Đại học Công nghiệp TP HCM
1.1 Điện cực – Thế điện cực cân bằng –
Nguyên tố điện hóa
Điện cực: hệ nối tiếp nhau của các tướng dẫn điện (kim loại, dung dịch chất điện li)
Điện cực kim loại – ion kim loại (điện cực tan)
Me / Me
n+
//
Trần Mai Liê
n
Phân tích điện hóa 8
Trường Đại học Công nghiệp TP HCM
Điện cực
Pt / Ox / Kh //
Điện cực khí
Pt(H
2
) / H
2
/ H
+
//
Trần Mai Liê
n

Phân tích điện hóa 9
Trường Đại học Công nghiệp TP HCM
Điện cực
Điện cực bạc clorua
Ag / AgCl ; Cl
-
Điện cực calomel
(Pt) Hg / Hg
2
Cl
2
; Cl
-
Trần Mai Liê
n
Phân tích điện hóa 10
Trường Đại học Công nghiệp TP HCM
Thế điện cực cân bằng
Ranh giới tiếp xúc giữa kim loại và dung dịch chất điện li luôn xuất hiện một thế - Thế điện cực
cân bằng
Nguyên nhân: do xuất hiện lớp điện kép ở ranh giới giữa kim loại và dd chất điện li
Các kim loại có tính âm điện cao (Zn, Fe …) tích điện âm trên bề mặt
Các kim loại kém hoạt động (Cu, Ag, Hg…) tích điện dương trên bề mặt
Trần Mai Liê
n
Phân tích điện hóa 11
Trường Đại học Công nghiệp TP HCM
Hình ảnh lớp điện kép
+
+

+
+
+
-
-
i n c cđ ệ ự dung d ch ch t i n liị ấ đ ệ
+
+
+
+
Trần Mai Liê
n
Phân tích điện hóa 12
Trường Đại học Công nghiệp TP HCM
Hình ảnh lớp điện kép
Trần Mai Liê
n
Phân tích điện hóa 13
Trường Đại học Công nghiệp TP HCM
Hình ảnh lớp điện kép
Trần Mai Liê
n
Phân tích điện hóa 14
Trường Đại học Công nghiệp TP HCM
Ví dụ
Xét điện cực Zn / ZnSO4 //

Bề mặt điện cực tích điện âm

Tốc độ quá trình Zn nhường e lớn hơn tốc độ Zn

2+
ở dung dịch nhận e

Lớp kép hình thành khi tốc độ hai quá trình này bằng nhau
Zn ⇋ Zn
2+
+ 2e
Trần Mai Liê
n
Phân tích điện hóa 15
Trường Đại học Công nghiệp TP HCM
Xét điện cực Pt / Fe
3+
/ Fe
2+
//

Mạng lưới tinh thể Pt bền vững, không bị hòa tan, đóng vai trò vận chuyển e
Fe
3+
+ e = Fe
2+
Ví dụ
Pt
−
+
O
O
O
−

−
+
+
+
−
+
−
−
O
O
Lớp điện kép
Trần Mai Liê
n
Phân tích điện hóa 16
Trường Đại học Công nghiệp TP HCM
Xác định thế cân bằng của một điện cực
Không thể đo trực tiếp thế cân bằng của một điện cực
Dựa vào hiệu thế cân bằng của 2 cực
Chọn cực tiêu chuẩn có thế = 0
Pt (H2) / H2 p = 1at / H3O
+
a = 1
Trần Mai Liê
n
Phân tích điện hóa 17
Trường Đại học Công nghiệp TP HCM
Thế điện cực
Trần Mai Liê
n
Phân tích điện hóa 18

Trường Đại học Công nghiệp TP HCM
Nguyên tố điện hóa
Nguyên tố điện hóa (nguyên tố Gavanic)
M1 | M1
n+
|| M2
m+
| M2
Nối 2 cực với nhau bằng một dây dẫn
Trần Mai Liê
n
Phân tích điện hóa 19
Trường Đại học Công nghiệp TP HCM
Trần Mai Liê
n
Phân tích điện hóa 20
Trường Đại học Công nghiệp TP HCM
Trần Mai Liê
n
Phân tích điện hóa 21
Trường Đại học Công nghiệp TP HCM
Sự điện phân
Nối 2 cực với nguồn điện một chiều
Trên 2 cực xảy ra quá trình điện cực nhưng ngược với quá trình trong nguyên tố Gavanic
Các ion Zn
2+
đi về catot, nhận e tạo thành Zn
Ở cực Cu, Cu bị tan ra, Cu
2+
khuếch tán vào trong dung dịch

Sự điện phân chỉ xảy ra khi thế đặt vào lớn hơn hiệu thế cân bằng của 2 điện cực
U = Ea – Ec + IR
IR: độ giảm thế của bình điện phân
Trần Mai Liê
n
Phân tích điện hóa 22
Trường Đại học Công nghiệp TP HCM
Nếu trong dung dịch chứa
lượng lớn chất điện li trơ
U = Ea – Ec
Nếu sử dụng một cực có
thế không đổi
E = U + Ess

Sự điện phân
Trần Mai Liê
n
Phân tích điện hóa 23
Trường Đại học Công nghiệp TP HCM
Sự điện phân
Trần Mai Liê
n
Phân tích điện hóa 24
Trường Đại học Công nghiệp TP HCM
1.2 Quá trình điện cực
Quá trình điện cực gồm các giai đoạn:

Đưa các chất điện hoạt tới bề mặt điện cực

Phản ứng điện cực


Qt chuyển sản phẩm từ điện cực ra dd, sự tạo thành kim loại hoặc hỗn hống (nếu là cực Hg)
Tốc độ của qt điện cực được biểu thị qua đại lượng cường độ dòng
Nghiên cứu qt điện cực: vẽ đường biểu diễn sự phụ thuộc giữa cường độ dòng và thế điện cực → đường
dòng – thế (đường von – ampe)
Trần Mai Liê
n
Phân tích điện hóa 25
Trường Đại học Công nghiệp TP HCM
Phản ứng điện cực
ˆ ˆ ˆ†
‡ ˆ ˆˆ
c
a
K
K
Ox + ne Kh
Ox
Kh
c Ox a Kh
dn
dn
v = - = = K C - K C
dt dt
0
a a
(1 )nF
K = K exp E
RT
− α

 
 
 
Tốc độ của phản ứng:
0
c C
nF
K = K exp( E)
RT
α
−