Bài giảng Điện hóa học

Chương 11 ĐIÊN HÓA HỌC * Điện hóa học 10.1.Pin điện hóa 10.2.Các loại điện cực 10.3.Thế điện cực chuẩn 10.4.Chiều & hằng số cân bằng p/u oxy hóa-khử 10.5.Sự điện phân HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 10.1.Pin điện hóa 1.Phản ứng oxy hóa-khử 2 e chuyển từ chất khử (Zn) sang chất oxy hóa (Cu2+) & tỏa ra năng lượng nhiệt HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 10.1.Pin điện hóa 2.Nguyên tắc biến hóa năng thành điện năng Thực hiện riêng biệt : p/u oxy hóa: p/u oxy khử: Dùng dây dẫn điện nối Zn-Cu: “e” chuyển từ Zn sang Cu  Dòng điện chạy từ Cu  Zn HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 10.1.Pin điện hóa 3.Pin Zn-Cu (pin điện hóa) Cấu tạo Điện cực Zn  Điện cực Cu Dây dẫn kim loại  Cầu nối dung dịch: d.dịch KCl bão hòa HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 10.1.Pin điện hóa 3.Pin Zn-Cu (pin điện hóa) Hoạt động của pin Phản ứng điện cực -Trên cực Zn (P/u oxy hoá) : -Trên cực Cu (P/u khử ): P/u tổng : oxy hoá –khử Điện cực xảy ra p/u oxy hóa  Anot Điện cực xảy ra p/u khử  Catot Chuyển dời electron : từ anot (Zn)  catot (Cu) Sinh ra dòng điện : từ catot (Cực “+”)  anot (Cực “-”) HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 10.1.Pin điện hóa HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 10.1.Pin điện hóa 3.Pin Zn-Cu (pin điện hóa) Sức điện động của pin điện hóa Thế hiệu Ví dụ:  Công hữu ích Hoá năng  Điện năng : n- Sồ “e” trao đổi trong p/u F = 96.500 culong - Số Faraday E- Sức điện động, von Ví dụ: HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 10.1.Pin điện hóa 3.Pin Zn-Cu (pin điện hóa) Ký hiệu pin điện hóa Ví dụ : HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 11.2.Các loại điện cực 1.Điện cực kim loại 2.Điện cực oxy hóa-khử 3.Điện cực hydro chuẩn HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 11.2.Các loại điện cực 1.Điện cực kim loại Thanh Me nhúng vào trong d.dịch muối của nó P/u điện cực Hòa tan Kết tủa Hay Cặp oxy hóa-khử Lớp điện tích kép: -/+ Thế điện cực HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 11.2.Các loại điện cực 2.Điện cực oxy hóa-khử Day Pt nhúng vào trong d.dịch muối Fe2+, Fe3+ P/u điện cực Fe3+ nhận “e”:  Fe2+ nhường “e”: Hay Cặp oxy hóa-khử Lớp điện tích kép: +/- Thế điện cực HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 11.2.Các loại điện cực 3.Điện cực hydro chuẩn Dây Pt nhúng vào trong d.dịch H2SO4:1mol/lit Thổi khí H2 : áp suất 1atm P/u điện cực Cặp oxy hóa-khử Lớp điện tích kép: +/- Thế điện cực HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 11.3.Thế điện cực chuẩn 1.Quy ước Nồng độ Dung dịch: 1mol/lit Chất khí : 1atm Nhiệt độ: xác định ( 25oC) Chiều p/u ox-dạng oxy hóa kh-dạng khử HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 11.3.Thế điện cực chuẩn 2.Đo thế điện cực chuẩn Thiết lập pin : đcực cần đo-đ.cực hydro chuẩn Sức điện động của pin Ví dụ 1 : HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 11.3.Thế điện cực chuẩn 2.Đo thế điện cực chuẩn Ví dụ 2 : HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 Bảng thế điện cực tiêu chuẩn ở 250C HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 Bảng thế điện cực tiêu chuẩn ở 250C 11.4.Chiều & HSCB P/u oxy hóa-khử P/u điện cực Phương trình Nernst HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 11.4.Chiều & HSCB P/u oxy hóa-khử P/u oxy hoá-khử : p/u oxy hoá p/u khử p/u oxy hoá-khử HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 11.4.Chiều & HSCB P/u oxy hóa-khử Chiều p/u oxy hoá-khử : G 0 2 > I  p/u : T P G > 0 : 2 - 1 Me : Hòa tan Me - ne  Me+n anion < Me : Anion sẽ oxy hoá trước I-, Br-, Cl- OH- MnO4- , SO42- Oxy hóa Men+ tạp chất : Me2+ - e = Me3+ * TS.HÀ VĂN HỒNG * Quá trình catot : p/u khử Cation : H+, Men+ Catot Điều kiện phóng điện : Cặp ox/kh có lớn sẽ khử trước Lấy PH2 = 1atm * TS.HÀ VĂN HỒNG * Quá trình catot : p/u khử Môi trường trung tính - Me+n sẽ khử trước Me+n + ne = Me - H+ sẽ khử trước H3O+ + e = 1/2H2 + H2O (môi trường axit) H3O++ 2e = H2 + OH- (bazơ,trung tính) - Zn, Cr, Fe, Cd, Ni Tùy thuộc đkiện điện phân Me hay H2 * TS.HÀ VĂN HỒNG * Thế phân hủy & Qúa thế yếu tố ảnh hưởng đến sự điện phân  Điện cực  Nồng độ & Nhiệt độ Điện trở d.dịch  Giải phóng khí Kết tinh Me * TS.HÀ VĂN HỒNG * Thế phân huỷ & Qúa thế Thế phân huỷ Thế phân huỷ là thế tối thiểu cần thiết để tiến hành qúa trình điện phân Quá thế * TS.HÀ VĂN HỒNG * Định luật Faraday Định luật I Lượng chất được tạo thành hay hoà tan ở điện cực tỷ lệ thuận với lượng điện đi qua dung dịch điện phân m-Khối lượng, g K-Đương lượng điện hoá, g/A.h I-Cường độ dòng điện, A -Thời gian, h * TS.HÀ VĂN HỒNG * Định luật Faraday Định luật II Để làm thoát ra một đương lượng gam của bất kỳ chất nào cũng cần tiêu tốn một điện lượng là 96.500 culong A-Nguyên tử gam, g n-Số “e” trao đổi trên điện cực Biểu thức chung của 2 định luật * TS.HÀ VĂN HỒNG * 11.5.3.Điện phân muối nóng chảy Dung dịch : muối nóng chảy NaCl  Na+ + Cl- Âm cực : 2Na+ + 2e  2Na Dương cực : 2Cl- + 2e  Cl2 ----------------------------------------------- Tổng : 2Na+ + 2Cl-  2Na + Cl2 * TS.HÀ VĂN HỒNG * 11.5.3.Điện phân muối nóng chảy Dung dịch: muối nóng chảy Al2O3  2Al3+ + 3O2- Âm cực : Al3+ + 3e  Al Dương cực : 3O2- +1.5C- 3e 1.5CO2 ------------------------------------------------ Tổng : Al2O3 + 1.5C  Al + 1.5CO2 * TS.HÀ VĂN HỒNG * HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 Ứng dụng Pin HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 Acqui Ứng dụng HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 Điện phân Ứng dụng HUI© 2006 General Chemistry: Slide * of 48 Mạ điện Ứng dụng