Điện phân, pin ,tế bào nhiên liệu

Chào mừng cô và các
bạn đang đến với bài
thuyết trình của nhóm


Thành viên nhóm
LÊ DUY THỌ
HOÀNG XUÂN ÁI
HUỲNH QUỐC MINH


Chủ Đề:
Điện Phân, pin ,tế bào nhiên
liệu


Nội dung nghiên cứu
I
Phân tích điện hóa
II
Pin và tế bào


I

Phân tích điện hóa

I.1. Định luật điện phân Faraday
• Khối lượng m của chất bị phân li tỉ lệ thuận với điện lượng q chuyển
qua chất điện phân (định luật F thứ nhất) và với đương lượng hoá học
A (xt. Đương lượng hóa học) của chất (định luật F thứ 2).

• Định luật F được biểu thị bằng phương trình:

M=
 Trong đó:
— m khối lượng của chất bị phân li
— Q điện lượng chuyển qua chất điện phân
— F = 96485 C mol−1 là hằng số Faraday
— M là khối lượng mol của chất tham gia điện phân
— z là số đương lượng của các ion của chất điện


Xét phương trình bán phản ứng:
Men+ + ne-  Me(r) (Meo)
• Phương trình Nernst:
o
EInd = EMe
n+
/ Meo

Nếu biết n và E
ion kim loại.

0,0592
+
lg [Men+ ]
n

o
Men+ / Meo

sẽ xác định được nồng độ của


7

I.2. Vị trí và những ưu điểm của phương pháp PTĐH:
Phân tích công cụ: bao gồm các phương pháp (PP.)
+ Phân tích quang phổ
+ Phân tích tách
+ Phân tích điện hóa:⇒ PP. đo thế: E = f(C)
⇒ PP. điện lượng: Q = f(i, t)
⇒ PP. von – ampe: i = f(E)
 Xác định đồng thời nhiều kim loại và các hợp chất hữu cơ.
 Chi phí thiết bị và phân tích thấp.
 PP. tiêu chuẩn xác định lượng vết Cd, Pb và Cu
 Giới hạn phát hiện thấp.


I.2. Phân loại các phương pháp phân tích điện hóa:
Các phương pháp phân tích điện hóa
Các PP dòng thay đổi (I ≠ 0)

Các PP dòng không đổi (i = 0)
Đo thế
Thay đổi thế
Dòng – Thế
(Voltammetry)
(Các PP Ph/tích Đ/hóa hiện đại)

Kiểm tra thế

Kiểm tra dòng

Cố định thế
Đo dòng

Kiểm tra dòng,
Đo điện lượng

Kiểm tra thế,
Đo điện lượng


Dòng – Thế (Voltammetry)

DD được khuấy trộn
- Hòa tan đo thế (SP)

DD yên tĩnh

Cực phổ (Polarography)

Von-ampe
hòa tan
anot
(ASV)

Von-ampe
hòa tan
catot

(CSV)

Von-ampe hòa tan (SV)

Von-ampe
hòa tan hấp
phụ (AdSV)

Von-ampe
vòng (CV)

Hòa tan đo
thế-chất
oxy hóa
(CO-SP)

Hòa tan đo
thế-dòng
không đổi
(CC-SP)

Hòa tan đo thếdòng không đổi hấp
phụ (AdCC-SP)


I.3. Phương pháp điện phân
1.Lý thuyết về điện phân
(Anot )Quá trình oxy hóa:
Zno  Zn2+ + 2e( Catot) Quá trình khử:
Ag+vào

+ e-anot
 Ag0
Áp thế
E-< EZn2+/Zn
Áp thế vào Catot E+ > EAg+/Ag


I.3. Phương pháp điện phân
I.3.1. Lý thuyết về điện phân
+ Áp thế vào anot E-< EZn2+/Zn
Zn đóng vai trò là chất oxi hóa
+ Áp thế vào Catot E+ > EAg+/Ag
Ag đóng vai trò chất khử
Pin trở thành bình điện phân
=> Vậy : Khi thế áp vào
E+ - E- > EAg+/Ag – EZn2+/Zn thì pin điện hóa trở thành bình điện phân
QT điện phân là cưỡng bức
Ngoài ra để thiết lập thế cần thiết để thắng điện trở của BĐP và dây dẫn
E+ - E- > EAg+/Ag – EZn2+/Zn + IR


I.3. Phương pháp điện phân
I.3.2. Các hiện tượng xảy ra trong quá trình điện phân
Có thể chia thành 3 giai đoạn
- Chuyển các chất điện hoạt đến bề mặt điện cực, có 3 dạng chuyển quan trọng nhất
+ CĐ đối lưu: Xuất hiện do khuấy trôn…
+ CĐ điện chuyển: do sự chuyển động của các phần tử mang điện dưới tác dụng của điện trường
+ CĐ khuếch tán: Xuất hiện khi có sự giảm đột ngột nồng độ các chất điện phân ở lớp sát điện cực.
- PƯ điện cực: xảy ra sự trao đỏi electron giữa các chất điện hoạt với điện cực
- Chuyển SP phản ứng ra khỏi điện cực

I.3. Phương pháp điện phân
 Xét tế bào điện hóa (như hình 1.1)
Bên trái:

Bên phải:

- Xảy ra quá trình oxy hóa:

- Xảy ra quá trình khử:

Zno – 2e-  Zn2+

Ag+ + e-  Ago

Vôn kế
Ea = Eo Zn2+/Zno + 0,0592/2 lgCZn(II)

Ec = Eo Ag+/Ago + 0,0592 lg

CAg(I)
Eo Zn2+/Zno = –0,7628 V

Eo Ag+/Ago = +0,7994 V

(Cực Zn gọi là cực anot)

(Cực Ag gọi là catot)

Zn

Ag
CAgNO3 = (2
0,100
M
– Phải)

(1 C
– ZnCl2
Trái)= 0,0167 M
Cầu muối


I.3. Phương pháp điện phân

14

- Từ phương trình (1) và (2) ta có:
(1): Ea = Eo Zn2+/Zn + 0,0592/2 lg CZn(II) = -0,7628 + 0,0592/2 lg(0,0167) =
-0,8154 V
(2): Ec = Eo Ag+/Ag + 0,0592 lg CAg(I) = 0,7994 + 0,0592 lg(0,100) = +0,7402 V
⇒ Ec dương hơn Ea ⇒ Phản ứng xảy ra của tế bào điện hóa là:
Zn(S) + Ag+(aq)  Zn2+(aq) + Ag(s)
- Từ cấu tạo của tế bào điện hóa, thế được xác định:
ECell = Ephải – Etrái = Ec – Ea = 0,741 – (-0,815) = +1,556 V
- Tế bào điện hóa có thể được biểu diễn như sau:
Zn(r) | ZnCl2 0,0167 M || AgNO3 0,100 M | Ag(r)

II

Pin và tế bào
II.1.Tế bào nhiên liệu

II.1.1. Khái niệm
- Pin nhiên liệu là một thiết bị có thể chuyển đổi trực
tiếp hóa năng của nhiên liệu thành điện năng nhờ
vào các quá trình điện hóa.
- Hai nhiên liệu cơ bản cần thiết cho pin nhiên liệu
vậ hành là hydro và oxy.


 Quá trình biến đổi năng lượng trong pin
nhiên liệu
•


II.1.2. Cấu tạo chung và nguyên lý cơ
bản của pin nhiên liệu
a) Cấu tạo chung của pin nhiên liệu cơ bản


b) Nguyên lý hoạt động cơ bản của pin
nhiên liệu


•

• Phản ứng trên anode:

• Phản ứng trên cathode:

• Tổng quát:


c) Ứng dụng
• Trong quân sự và du hành vũ trụ:
- Điện thoại, bộ đàm và một số thiết bị
trên tàu vũ trụ, tàu ngầm.
• Trong vận tải:
- Xe máy điện, taxi, xe tải nhẹ.


d) Ưu và nhược điểm
Ưu điểm

Nhược điểm

Hiệu quả cao không phụ thuộc Giá thành sản xuất caoThể tích
vào độ lớn của hệ thống: hiệu
cồng kềnh: khó lắp đặt vào bên
suất sản xuất điện là từ 40 –
trong xe cộ.
Chất đốt hydro khó bảo quản
70%,cả điện và nhiệt 85%.
Không phát sinh tiếng ồn.
và vận chuyển.
Không gây ô nhiễm môi trường. Yêu cầu về tuổi thọ của các pin
Tăng tuổi thọ và độ tin cậy

nhiên liệu trong các trạm phát
Cho phép dùng các turbine hay
điện lớn: tối thiểu và 4000h.
những áp dụng hơi nước nóng


II.2. Pin

II.2.1 Khái niệm
- Pin là một hệ biến đổi hóa năng thành điện năng nhờ phản ứng oxi
hóa-khử xảy ra trên điện cực
Vd: pin nguyên tố gavanic đồng – kẽm
(-) Zn / ZnSO4 // CuSO4 / Cu (+)
Hay (-) Zn / Zn2+ // Cu2+ / Cu (+)


II.2.2. Cấu tạo
Nguyên tố gồm hai điện cực
Điện cực kẽm
Zn/ZnSO4

Điện cực đồng
Cu/CuSO4

- Hai dung dịch sunfat được chứa trong những dụng cụ riêng biệt và tiếp
xúc qua một cầu muối ống thủy tinh chứa đầy dung dịch chất dẫn nhiệt
Na2SO4 . Hai thanh đồng và kẽm nối với nhau bằng dây dẫn kim loại
- Hiện tượng
+ Kim điện thế G chỉ dòng điện đi từ Cu sang Zn
+ Khối lượng Zn giảm , Khối lượng Cu tăng

+ [ZnSO4] tăng , [CuSO4] giảm


II.2.3. Quá trình làm việc
Ở điện cực kẽm ( cực âm ): xảy ra quá trình oxi hóa-khử
Ở điện cực đồng xảy ra quá trình khử, sự oxi hóa
• Quy ước viết ký hiệu pin
- Điện cực âm bên trái , điện cực dương bên phải
- Ngăn cách điện cực và dung dịch điện ly bằng 1 dấu gạch chéo.
Điện cực gồm nhiều phần thì ngăn cách bằng dấu chấm phẩy
- Ngăn cách hai dung dịch điện ly bằng 2 dấu gạch chéo


Cám ơn cô và các bạn đã chú
ý lắng nghe bài thuyết trình
của nhóm em.