Bài giảng Điện hoá học hay dành cho sinh viên Đại học, cao đẳng

Phương pháp điện thế kế

www.chemsys.blogspot.com


Giới thiệu và phân loại các phương
pháp phân tích điện hóa:
Các PP đo trên bề mặt
tiếp xúc

Có dòng
(I>0)

Không dòng
(I = 0)

Dòng cố định
Thế kiểm
soát
5/5/2008

Các phương pháp
PT điện hóa

Đo điện thế

Các PP đo trong
dung dịch

Đo độ dẫn

Ch.độ điện thế

Ch.độ Coulomb
Đ.lượng thế
cố định
Hóa phân tích 3

Ch. độ
độ dẫn

Điện trọng lượng

Von-ampe

Ch.độ ampe

2


Những kiến thức cơ bản
về điện hóa học

5/5/2008

Hóa phân tích 3

3


Từ phản ứng oxid hóa khử đến phản

ứng điện hóa:
Xem phaûn öùng oxid hoùa khöû
sau:
Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu
Cu2+

Zn
Zn
Zn2+
Cu

Cu2+
Cu2+
Cu2+

5/5/2008

Cu2+

Zn

Zn
Zn

Zn
Zn

Hóa phân tích 3

4

Từ phản ứng oxid hóa khử đến
phản ứng điện hóa (tt.)
z Nếu

tách hai thành phần
Zn/Zn2+ và Cu/Cu2+ phản
ứng oxid hóa khử có xảy ra
không?
z Làm thế nào để cho phản
ứng trên xảy ra mà không
cần trộn lẫn hai thành phần
Zn/Zn2+ và Cu/Cu2+ ?

5/5/2008

Hóa phân tích 3

Hận

5


Tế bào điện hóa
Có thể thực hiện được phản ứng trên bằng cách làm
một Tế bào điện hóa:

Một Tế bào điện hóa cấu
tạo gồm 1 thanh kẽm nhúng

trong dung dịch ZnSO4
(anod), một thanh đồng
(catod) nhúng trong dung
dịch CuSO4. Những ngăn
dung dịch Cu/Cu2+, Zn/Zn2+
được gọi là các điện cực.
Hai bình dung dịch được nối
với nhau bằng một ống dẫn
trong đó chứa dung dịch KCl
bão hòa gọi là cấu muối.

5/5/2008

Hóa phân tích 3

6


Tế bào điện hóa (tt.)
Các quá trình xảy ra trong Tế bào điện hóa
1. Trong dây dẫn: electron di chuyển từ thanh Zn qua thanh
Cu
2. Trong ngăn dung dịch bên trái, ion Zn2+ di chuyển ra xa
khỏi bề mặt điện cực, các ion sulfat di chuyển tới bề mặt
điện cực. Bên ngăn dung dịch bên phải, ion Cu2+ di chuyển
tới bề mặt dung dịch, các anion di chuyển ra xa khỏi điện
cực. Trong cầu muối, ion K+ di chuyển về bên phải, ion Cl- di
chuyển về bên trái
3. Các quá trình xảy ra trên bề mặt điện cực là các phản ứng
oxid hóa khử bao gồm sự oxid hóa Zn thành Zn2+ ở ngăn

bên trái, và sự khử ion Cu2+ thành Cu. Có thể biểu diễn các
quá trình này thành các phương trình sau:
5/5/2008

Hóa phân tích 3

7


Tế bào điện hóa (tt.)
Các bán phản ứng xảy ra trên bề mặt điện
cực

Zn(r) → Zn (aq) + 2e
2+

−

Cu (aq) + 2e → Cu(r)
2+

−

Điện cực nào tại đó xảy ra quá trình oxid hóa gọi là anod
Điện cực nào tại đó xảy ra quá trình khử gọi là catod

5/5/2008

Hóa phân tích 3

8


Tế bào điện hóa (tt.)
Phản ứng chung của Tế bào điện hóa
được viết:

5/5/2008

Hóa phân tích 3

9


Tế bào điện hóa (tt.)
Phân biệt Tế bào galvani và Tế bào điện phân
Tế bào Galvani
Tế bào điện phân
zTạo ra năng lượng
zTiêu thụ năng lượng
điện
điện
zPhản ứng diễn ra tự zPhản ứng diễn ra
phát
không tự phát

5/5/2008

Hóa phân tích 3

10


Tế bào điện hóa (tt.)
Cách biểu diễn một tế bào điện hóa
•Theo quy ước, dùng một vạch biểu thị sự ngăn cách giữa
các pha.
•Cầu muối được biểu thị bằng hai vạch.
•Vì thế của Tế bào phụ thuộc vào hoạt độ của các ion trong
dung dịch, áp suất chất khí,…do vậy cần thiết phải biểu thị
các giá trị hoạt độ hoặc nồng độ, áp suất….
•Ngăn bên nào xảy ra sự oxid hóa ghi bên trái, ngăn nào xảy
ra sự khử ghi bên phải.
Ví dụ:
Zn|ZnSO4 (aZn = 1.00)||CuSO4 (aCu = 1.00)|Cu
5/5/2008

Hóa phân tích 3

11


Câu hỏi thảo luận (1):
Điện cực nào (anod/catod) viết bên trái,
điện cực nào viết bên phải?

5/5/2008

Hóa phân tích 3

12


Câu hỏi thảo luận (2):
Thiết lập Tế bào điện hóa có phản ứng
tổng quát như sau:
zZn + 2H+ ↔ Zn2+ + H2
z2AgCl (r) + H2 (k) ↔ 2Ag (r) + 2Cl- (aq) +
2H+ (aq)
z2Fe3+ (aq) + 2I- (aq) ↔ 2Fe2+ (aq) + I2 (aq)

5/5/2008

Hóa phân tích 3

13


Phương trình Nernst
Xem phản ứng:
Zn + Cu2+ ↔ Zn2+ + Cu
Hằng số cân bằng
của phản ứng:

K=

5/5/2008

Thương số phản
ứng:

(aZn2+ )(aCu )

Q=

(aCu2+ )(aZn )
Hóa phân tích 3

(aZn2+ )i (aCu )i

(aCu2+ )i (aZn )i

14


Phương trình Nernst (tt.)
Hoạt độ của chất rắn = 1 (quy ước)
Hệ thức nhiệt động học:

∆G = RTlnQ – RTlnK (R = 8.314 J/mol.K)

Thế của Tế bào điện hóa lại phụ thuộc
vào ∆G theo phương trình

∆G = -nFEcell (F = 96485C/mol)

5/5/2008

Hóa phân tích 3

15


Phương trình Nernst (tt.)
Thay hai pt trên được:

RT
RT
Ecell = −
lnQ +
lnK
nF
nF
RT
0
Ecell =
lnK
nF
RT
0
Ecell = Ecell −
lnQ
nF
E0 được gọi là thế điện cực tiêu chuẩn của tế bào
5/5/2008

Hóa phân tích 3

16

Phương trình Nernst (tt.)
Phương trình Nernst:

Ecell

5/5/2008

a
2+
RT
0
Zn
ln
= Ecell −
nF aCu2+
Hóa phân tích 3

17


Thế
điện
cực
5/5/2008

Hóa phân tích 3

18

Bản chất của thế điện cực:
z

z

Không có thiết bị đo
lường nào có thể đo được
điện thế của một điện
cực.
Thế điện cực có bản
chất tương đối: nghĩa là
giá trị thế của nó phụ
thuộc vào giá trị thế của
một điện cực được chọn
làm điện cực quy chiếu.

5/5/2008

Hóa phân tích 3

19


Chọn ai làm quy chiếu?
Điện cực hydrogen tiêu chuẩn (SHE)
ESHE = 0V
Không thay đổi theo
nhiệt độ
Hoàn toàn thuận nghịch

Pt,H2 1,00 atm|H+ a =1.00||
5/5/2008

Hóa phân tích 3

20


5/5/2008

Hóa phân tích 3

Hỏi
thế
gian
có
tồn
tại
một
điện
cực
như
thế?
21


Định nghĩa thế điện cực:
zThế

điện cực là
thế của tế bào
điện hóa được
thiết lập với anod
là SHE còn catod
là điện cực muốn
đo thế
zThế điện cực
tiêu chuẩn: lúc
hoạt độ các phần
tử trong dung
Pt, H2 1.00 atm|H+ a = 1.00||Mn+, xM|M
dịch bằng đơn vị
5/5/2008

Hóa phân tích 3

22


Dấu của thế điện cực (+):
Ecell = Ecatod EEanod
= + 0.337V:
o

Thế điện cực tiêu
chuẩn của đồng

H2 ↔ 2H+ + 2e Cu2+ + 2e ↔ Cu
5/5/2008

Hóa phân tích 3

23


Dấu của thế điện cực (-):
Ecell = Ecatod Eanod
Eo = - 0.763V:
Thế điện cực tiêu
chuẩn của kẽm

2H+ + 2e ↔
H2
5/5/2008

Zn2+ ↔ Zn +
2e
Hóa phân tích 3

24


Quy tắc về dấu:
Dấu của thế điện cực là dấu của điện thế đo
được của tế bào điện hóa thiết lập từ điện cực
cần đo làm catod và SHE làm anod.
; Cụm từ thế điện cực chỉ bán phản ứng điện
cực viết dưới dạng bán phản ứng khử.
; Dấu của thế điện cực chỉ quá trình khử có xảy

ra tự phát hay không trong tế bào điện hóa có
SHE làm anod và điện cực khảo sát làm
catod.
;

5/5/2008

Hóa phân tích 3

25