Phản ứng oxy hóa khử và dòng điện Mai Xuân Bách

PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ
VÀ DÒNG ĐIỆN
ThS Mai Xuân Bách


Mục tiêu học tập
1. Trình bày được cấu tạo, hoạt động, sơ đồ
Pin Galvanic.
2. Trình bày được các khái niệm thế điện
cực, điện thế của pin.
3. Viết được công thức liên quan giữa E0p và
K.
4. Phân loại và trình bày được các loại điện
cực thông dụng


Mục tiêu học tập
• Viết được biểu thức Eđc , Ep ở điều kiện
không chuẩn(PT Nerst)
• Trình bày được cơ chế hoạt động của pin
nồng độ.


Tài liệu học tập
1. Lý thuyết Hóa đại cương vô cơ(Tập 2), Lê
Thành Phước, NXB Y học, 2015.
2. Hóa học vô cơ (Tập 2), Hoàng Nhâm,
NXB Giáo dục, 2003.
3. General chemistry (5th Edition), Kenneth
W. Whiten, 1996.
4. Hóa lý dược, NXB Y Học, 2014

I. Đại cương
1.
2.
3.
4.

Định nghĩa
Số oxy hóa
Cân bằng phương trình
Cặp oxy hóa khử liên hợp


1. Định nghĩa
Định nghĩa:
• Phản ứng oxy hóa khử là phản ứng có sự
chuyển dịch electron giữa các chất phản ứng,
do đó làm biến đổi số oxy hóa của các
nguyên tố.
• Chất oxy hóa(viết tắt Ox), là chất nhận
electron và giảm số oxy hóa, nó là chất bị
khử.
• Chất khử(viết tắt là Kh), là chất cho electron
và tăng số oxy hóa, nó là chất bị oxy hóa.


1. Định nghĩa
• Sự khử là sự nhận electron.
• Sự oxy hóa là sự cho đi electron.

• Số electron mất bởi chất oxy hóa luôn
bằng số electron nhận được bởi chất khử.


Ví dụ
• Cho phản ứng oxy hóa khử:
Zn(r) + CuSO4(aq)  ZnSO4(aq) + Cu(r)
• Phản ứng oxy hóa khử được chia làm hai
nửa phản ứng:
– Nửa phản ứng oxy hóa (Kh <--> ne + Ox)
– Nửa phản ứng khử ( Ox + ne <--> Kh)


2. Số oxy hóa
• Số oxy hóa là điện tích hình thức của
nguyên tố trong đơn chất, ion hay hợp
chất khi quy ước các cặp electron dùng
chung lệch hoàn toàn về nguyên tố có độ
âm điện lớn hơn.
• Số oxy hóa có thể là giả hoặc có thể
không phải là số nguyên như S trong
S2O82- có số S.O là +7, hoặc trong Na2S4O6
có S.O = +2,5.


3. Cân bằng phương trình.
• Cân bằng các phản ứng sau:
HClO3 + P  HCl + H3PO4
K2Cr2O7 + KI + H2SO4  ?
KMnO4 + Na2C2O4 + NaOH  ?

4. Cặp oxy/khử liên hợp
• Một chất oxy hóa mạnh sẽ tạo ra một chất
khử yếu và ngược lại.
• Khi một chất Kh cho electron, nó trở thành
một chất Ox và có thể nhận electron mà
hình thức có thể gọi là chất Ox liên hợp.
Cặp Ox/Kh gọi là cặp oxy hóa khử liên
hợp.
• Cặp 1(Zn2+/Zn): Zn <--> Zn2+ + 2e
• Cặp 2(Cu2+/ Cu): Cu2+ + 2e <--> Cu


Câu hỏi
1. Định nghĩa phản ứng oxi hóa – khử về
phương diện cho – nhận electron? Cho biết
mối quan hệ giữa số e cho và nhận trong
một PƯ oxi hóa – khử? Tại sao tất cả các tế
bào điện hóa đều liên quan đến PƯ oxi hóa –
khử?
2. Định nghĩa và lấy một số ví dụ minh họa về
chất oxi hóa – chất khử?
3. Phân biệt sự khác nhau giữa hai phương
pháp cân bằng PƯ oxi hóa – khử, phương
pháp nào tổng quá hơn?


II. Pin GALVANIC
1. Cấu tạo

2. Sơ đồ pin


1. Cấu tạo

Cu2+(aq) + 2e  Cu(r)
[Sự khử]
Zn(r)  Zn2+(aq) + 2e
[Sự oxy hoá]
Zn(r) + CuSO4(aq)  ZnSO4(aq) + Cu(r)


1. Cấu tạo
• Mỗi pin gồm 2 điện cực.
• Mỗi điện cực được nhúng chìm vào một dung
dịch muối của kim loại điện cực đó(có khả
năng điện ly).
• Điện cực anod là điện cực mà ở đó xảy ra sự
Ox, electron cho đi và rời khỏi điện cực.
• Điện cực catod là điện cực ở đó xảy ra sự Kh,
electron vào điện cực và được nhận bởi chất
bị Kh.


2. Sơ đồ pin
Anod Zn(r) | Zn2+ (aq, 1M) || Cu2+(aq, 1M) | Cu(r) Catod

•
•
•

•
•

Anod viết bên trái, Catod viết bên phải
Nồng độ, áp suất ghi trong ngoặc đơn
Hai gạch thẳng đứng tượng trưng cho cầu muối
Một gạch đơn chỉ ranh giới giữa các pha
Sử dụng một dấu phẩy: các chất cùng pha


III. ĐIỆN THẾ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

Thế điện cực (Điện thế của điện cực: Eđc)
Thế điện cực chuẩn (Eođc)
Điện thế của pin (Ep)
Điện thế chuẩn của pin (Ep)
Điều kiện chuẩn
Xác định thế điện cực chuẩn (Eođc)
Ý nghĩa


1. Thế điện cực (Eđc)
• Thế điện cực (Eđc): điện thế được hình

thành tại bề mặt tiếp xúc của mỗi điện
cực với dung dịch bao quanh: (Zn/ZnSO4)


2. Thế điện cực chuẩn (E0An+/A)
• Thế điện cực chuẩn (E0An+/A) là thế điện
cực được đo ở điều kiện chuẩn và tính
theo nửa phản ứng:
• An+ + ne  A
• E0đc= (E0An+/A)


3. Điện thế của pin (Ep)
• Ep = Ecatod – Eanod


4. Điện thế chuẩn của pin(E0p)
• Điện thế chuẩn của pin (E0p) là Ep đo được
ở điều kiện chuẩn.
• Công thức:
E0p = E0Catod – E0Anod


Câu hỏi
1. Chỉ ra điểm khác nhau giữa sự dẫn điện
trong dung dịch và sự dẫn điện trong kim
loại?
2. Nhận xét nào sau đây là đúng: (a) trong
bất kì tế bào điện hóa nào, điện cực
dương là điện cực mà e theo dây dẫn dịch

chuyển về phía đó; (b) catod là điện cực
âm trong tế bào điện hóa.


5. Điều kiện chuẩn
•
•
•
•

Nhiệt độ
Áp suất
Nồng độ
Điện cực

:
:
:
:

298K
1atm
1M
chất rắn nguyên chất


6. Xác định

0
E An+/A

• Không thể đo được E0An+/A trực tiếp
• Để đo được E0An+/A người ta phải so sánh
với thế điện cực chuẩn hydro với quy ước:
• E02H+/H2 =0


Nöa ph¶n øng
E0(v)
F2(k) + 2e2F-(aq) ..................................................................................... +2,87
O3(k) +2H+(aq) + 2eO2(k) + H2O(l) ......................................................... +2,07
3+
2+
Co (aq) + e
Co (aq) ................................................................................ +1,82
+
H2O2(aq) + 2H (aq) + 2e2H2O(l)............................................................. +1,77
+
2PbO2(r) + 4H (aq) + SO4 (aq) +2e- PbSO4(r) + 2H2O(l) .......................... +1,70
Ce4+(aq) +eCe3+(aq) ................................................................................... +1,61
MnO4-(aq) +8H+(aq) + 5e- Mn2+(aq) + 4H2O(l) ......................................... +1,51
Au3+(aq) + 3e- Au(r) ................................................................................... +1,50
Cl2(k) + 2e- 2Cl-(aq) .................................................................................... +1,36
Cr2O72-(aq) + 14H+(aq) + 6e- 2Cr3+(aq) + 7H2O(l) ...................................... +1,33
MnO2(r) + 4H+(aq) + 2eMn2+(aq) + 2H2O(l) ........................................... +1,23
O2(k) +4H+(aq) + 4e- 2H2O(l) ..................................................................... +1,23
Br2(l) +2e2Br-(aq) ..................................................................................... +1,07
NO3-(aq) + 4H+(aq) + 3e - NO(k) + 2H2O(l) ............................................... +0,96
2Hg2+(aq) + 2eHg22+(aq)........................................................................... +0,92
Hg22+(aq) + 2e- 2Hg(l) ................................................................................ +0,85

Ag+(aq) + eAg(r) ...................................................................................... +0,80
3+
Fe (aq) + e
Fe2+(aq).................................................................................. +0,77
O2(k) +2H+(aq) + 2eH2O2(aq) .................................................................. +0,68
MnO4 (aq) + 2H2O(l) + 3e- MnO2(r) + 4OH-(aq)........................................ +0,59
I2(r) + 2e2I-(aq)......................................................................................... +0,53
O2(k) + 2H2O(l) + 4e4OH-(aq) ................................................................. +0,40
Cu2+(aq) + 2e- Cu(r)..................................................................................... +0,34
AgCl(r) + e- Ag(r) + Cl-(aq) ........................................................................ +0,22
2-

+

-