Bài 10: điện hóa học

Kiểm tra
Bài 1 Một phản ứng kết thúc ở 200oC sau 0,164 phút, còn ở
80oC để kết thúc phản ứng cần 162,76 giờ.
a. Tính hệ số nhiệt độ của phản ứng?
b. Tính năng lượng hoạt hóa của phản ứng trên, nếu cho rằng
thời gian xảy ra phản ứng tỷ lệ nghịch với hằng số vận tốc
phản ứng ở nhiệt độ đã cho
Bài 2
Tính độ điện li α biểu kiến của Cu(NO3)2 trong dung dịch
Cu(NO3)2 0,125M. Biết rằng sức điện động của pin được thành
lập từ điện cực đồng nhúng trong dung dịch trên và điện cực
tiêu chuẩn hiđro: Pt, H2  H+ Cu(NO3)20,125M Cu
PH2 =1atm, aH+ =1M
0
ε
=
0
Cu
ở 25 C đo được là: E = + 0,3105 V. Cho:
+0,34V.
Cu
2+

General Chemistry:


CHƯƠNG X. ĐIỆN HÓA HỌC


Mở đầu
Nguyên tắc biến hoá năng thành điện năng

Trong phản ứng oxi hoá khử thông thường, electron
chuyển trực tiếp từ chất khử sang chất oxi hoá và năng
lượng của phản ứng hoá học biến thành nhiệt. Ví dụ khi
nhúng thanh kẽm vào dung dịch CuSO4, ion Cu2+ đến
nhận e- trực tiếp từ thanh kẽm:
Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu
và năng lượng phản ứng thoát ra dưới dạng nhiệt: kJ/mol.

General Chemistry:

HUI© 2006

Slide 3 of 48


Mở đầu
Bằng cách nào đó nếu ta thực hiện sự oxy hoá kẽm ở một nơi
và sự khử ion Cu2+ ở một nơi khác và cho electron chuyển
từ kẽm sang ion Cu2+ qua một dây dẫn, nghĩa là cho echuyển động theo một dòng nhất định thì năng lượng của
phản ứng hoá học sẽ biến thành điện năng.
Vậy muốn biến hoá năng thành điện năng ta phải thực hiện sự
oxi hoá ở một nơi và sự khử ở một nơi và cho electron chuyển
từ chất khử sang chất oxi hoá qua một dây dẫn điện.
Đó là nguyên tắc hoạt động của mọi pin.

General Chemistry:

Slide 4 of 48

Điện hóa học
10.1 Đối tượng nghiên cứu
10.2 Phản ứng oxy hóa khử
10.3 Cân bằng phản ứng oxy hóa –Khử
10.4 Thế điện cực
10.5 Nguyên tố Gavani_pin điện hóa
10.6 Sự điện phân
10.7 Định luật Faraday

General Chemistry:

HUI© 2006

Slide 5 of 48


10.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

General Chemistry:

HUI© 2006

Slide 6 of 48


ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

General Chemistry:

HUI© 2006

Slide 7 of 48


10.2.Phản ứng oxy hóa – khử và cặp oxi hóa khử liên hợp
10.2.1 Phản ứng oxy hóa – khử

Số
oxy
hóa

PHẢN ỨNG TRAO ĐỔI ELECTRON

Nhường e =
sự oxy hóa

General Chemistry:

Nhận e =

Sự khử
(số oxy
hóa
giảm)

Sự khử

HUI© 2006

Slide 8 of 48

Sự oxy
hóa (số
oxy hóa
tăng)


Phản ứng oxy hóa – khử
Phản ứng oxy hóa – khử
PHẢN ỨNG TRAO ĐỔI ELECTRON

Một số thuật ngữ thông dụng:
• Sự oxy hóa – nhường electron
tăng số oxy hóa
• Sự khử – nhận electron
giảm số oxy hóa
• Chất oxy hóa – nhận electron
• Chất khử – nhường electron

General Chemistry:

HUI© 2006

Slide 9 of 48


Phản ứng oxy hóa – khử
Phản ứng oxy hóa – khử

General Chemistry:

HUI© 2006

Slide 10 of 48


10.3 Cân bằng phản ứng
Cu (s) + Ag+ (aq) →

Cu2+ (aq) + Ag (s)

Bước 1: Xác định bán phản ứng oxi hóa

và khử:

OX: Cu → Cu2+ + 2eRED: Ag+ + e- → Ag

Bước 2:Cân bằng các bán phương trình
Bước 3:

Cu → Cu2+ + 2e2 Ag+ + 2 e- → 2 Ag

Bước 4:Cu (s) + 2 Ag+ (aq) → Cu2+ (aq) + 2Ag (s)

General Chemistry:

HUI© 2006

Slide 11 of 48

10.4 Điện cực và thế điện cực
Điện cực: là một hệ gồm một thanh dẫn điện ( kim loại
hoặc phi kim như than chì…) tiếp xúc với dung dịch
chứa một cặp oxi hóa khử liên hợp.

General Chemistry:

HUI© 2006

Slide 12 of 48


.Các loại điện cực phổ biến

- Điện cực kim lọai – ion kim lọai (điện cực tan)
- Điện cực khí – ion
- Điện cực kim lọai – anion muối không tan
- Điện cực trơ

General Chemistry:

HUI© 2006

Slide 13 of 48


10.4.1 Điện cực kim lọai – ion kim lọai (điện cực tan)

Gồm một kim lọai

tiếp xúc với ion của
nó trong dung dịch
Điện cực thường được ký
hiệu tắt M ( r) | Mn+ (dd)
Ví dụ: Điện cực đồng
Cu (r) | Cu2+
Quá trình xãy ra Cu-2e ⇋ Cu2+
General Chemistry:

HUI© 2006

Slide 14 of 48


10.4.2 Điện cực khí – ion
Chất khí tiếp xúc với cation của nó
H+ (dd) | H2(k) | Pt (r)
Quá trình xãy ra
2H+ (dd) + 2e ⇋ H2(k)
Nếu áp suất khí H2 bằng 1
atm, a H+=1M, nhiệt độ 250C ta
có điện cực tiêu chuẩn hydro
(E=0)

General Chemistry:

HUI© 2006

Slide 15 of 48

10.4.3 Điện cực kim lọai – anion muối không tan của kloại

Kim loại tiếp xúc
với muối không tan
của nó đồng thời
tiếp xúc với dung
dịch chứa muối tan
cùng anion.
I-(dd) | AgI(r ) |Ag (r )
AgI (r ) + 1e ⇋ Ag (r) + I- (dd)
General Chemistry:

HUI© 2006

Slide 16 of 48


10.4.4. Điện cực trơ
Gồm một thanh kim loại trơ (như Pt) tiếp xúc với hai dd chất có trạng
thái oxy hóa –khử khác nhau ( ví dụ dd chứa hỗn hợp 2 muối Fe2+, Fe3+)

Fe3+,Fe2+(dd)|Pt(r )

Fe2+ - 1e ⇋ Fe3+

General Chemistry:

HUI© 2006

Slide 17 of 48


10.5 Pin điện (Nguyên tố Ganvani)
Là một hệ gồm 2 điện cực ghép nối với nhau thành một mạch kín

General Chemistry:

HUI© 2006

Slide 18 of 48


(-) Zn(s) | Zn2+(aq) || Cu2+(aq) | Cu(s) (+) Ecell = 1.103 V
Slide 19 of 48

General Chemistry:

HUI© 2006


10.5.1 Cách biểu diễn nguyên tố Ganvani
Anot là điện cực ở đó xãy ra quá trình oxi hóa
Zn (r ) - 2e →
Zn2+
 Catot là điện cực ở đó xãy ra quá trình khử
Cu2+ + 2e → Cu
Cách biểu diễn nguyên tố Ganvani
Dùng ký hiệu | : để chỉ sự phân cách giữa hai pha;
các chất trong cùng một pha dùng dấu phẩy

(, );dùng | | để chỉ cầu muối; anot được viết bên
trái, catot được viết bên phải


(-) Zn(r) | Zn2+ (dd) || Cu2+(dd) | Cu(r) (+)
General Chemistry:

HUI© 2006

Slide 20 of 48


10.5.2 Suất điện động của pin

General Chemistry:

Slide 21 of 48


10.5.3 Thế điện cực chuẩn
Thế điện cực tiêu chuẩn của một cặp oxy hoá -khử là sức
điện động của một pin tạo bởi điện cực chuẩn của cặp oxy
hoá - khử đó với điện cực hidro chuẩn.Ký hiệu EOx/Kh.

General Chemistry:

HUI© 2006

Slide 22 of 48

Thế điện cực tiêu chuẩn




Thế điện cực hydro tiêu chuẩn được biểu thị
Pt(r)| H2 (k, 1atm)| H+ (1M) khi là anot
H+ (1M) | H2 (k, 1atm)| Pt(r) khi là catot
E02H+/H2= 0
Hiện nay người ta thường dùng điện điện cực calomen làm
điện cực so sánh thay cho điện cực hydro.Điện cực này chế tạo
từ kim loại thủy ngân trộn calomen Hg2Cl2 trong dung dịch KCl
½ Hg2Cl2 (r ) + 1e ⇋ Hg ( l) + Cl- (dd)
So với điện cực tiêu chuẩn hydro thế điện cực chuẩn của
điện cực calomen bằng E0Hg2Cl2/2Hg= + 0, 2680V

General Chemistry:

HUI© 2006

Slide 23 of 48


10.6 Phương trình Nernst
•Khi nguyên tố ganvanic làm việc, trên các điện cực
của nó xảy ra các phản ứng điện hoá và ở mạch ngoài
xuất hiện dòng điện.
•Theo định luật Faraday, để giải phóng một đương
lượng gam chất phản ứng trên điện cực cần một điện

lượng bằng F = 96500 culông. Vậy để giải phóng một
mol chất phản ứng có hoá trị n cần n.F culông.
•Nếu sức điện động của nguyên tố bằng E von thì
năng lượng giải phóng ở đó là công cực đại A do
nguyên tố sản sinh ra ở trong mạch: A = -n.F.E.
•Công này chính là biến thiên thế đẳng nhiệt đẳng áp
∆G của phản ứng xảy ra trong nguyên tố.
General Chemistry:

HUI© 2006

Slide 24 of 48


− Zn ZnSO4 (1M ) CuS 04 (1M ) Cu +

electrons

Cl-

Zn2+

SO42-

K+

Cu2+
SO42-

25