intTypePromotion=1

Bài giảng Điện hóa và ứng dụng trong xử lý môi trường - ĐH Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên

Chia sẻ: Le Thanh Hai | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:119

0
126
lượt xem
10
download

Bài giảng Điện hóa và ứng dụng trong xử lý môi trường - ĐH Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Bài giảng Điện hóa và ứng dụng trong xử lý môi trường giới thiệu đến các bạn những nội dung về: Các khái niệm và hiện tƣợng cơ bản, lớp điện tích kép, động học quá trình điện cực, một số phương pháp điện hóa nghiên cứu động học quá trình điện cực và phân tích môi trường,...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Điện hóa và ứng dụng trong xử lý môi trường - ĐH Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT HƢNG YÊN<br /> Khoa Công nghệ hóa học và Môi trƣờng<br /> <br /> BÀI GIẢNG ĐIỆN HÓA VÀ<br /> ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ<br /> MÔI TRƢỜNG<br /> <br /> Giảng viên: Nguyễn Thị Đông<br /> Hƣng Yên năm 2015<br /> <br /> CHƢƠNG 1. CÁC KHÁI NIỆM VÀ HIỆN TƢỢNG CƠ BẢN<br /> 1.1.Phản ứng điện hóa, mạch điện hóa<br /> Mạch điện hóa: là mạch điện trong đó tồn tại ít nhất một pha dẫn điện loại 2 (bình<br /> điện phân).<br /> Phản ứng điện hóa là phản ứng xảy ra trên gianh giới giữa hai pha điện cực và dung<br /> dịch trong đó có sự thay đổi điện tử. Phản ứng điện hóa là phản ứng dị thể xảy ra trên bề<br /> mặt tiếp xúc pha.<br /> Khi có một điện cực nhúng vào trong dung dịch điện ly và muối của nó, điện cực đó<br /> tồn tại một điện thế cân bằng  0 (cân bằng)<br />   0 <br /> <br /> Ox<br /> RT<br /> ln<br /> nF [Re d ]<br /> <br /> Red: Chất khử<br /> Ox: Chất oxy hóa<br /> <br /> Hình 1.1: Điện cực Ni nhúng vào dung dịch chứa ion Ni2+<br /> 1.2. Phân cực điện cực<br /> Muốn hiểu bản chất của khái niệm “sự phân cực” ta xét các ví dụ sau:<br /> Có một bình chứa dung dịch đồng có hoạt độ aCu2+=1. Nếu ta nhúng vào dung dịch<br /> đó hai điện cực bằng đồng thì điện cực đồng sẽ cân bằng với ion đồng trong dung dịch và cả<br /> hai điện cực đồng đều có điện thế điện cực cân bằng nhƣ nhau và bằng 0,34V. Nối hai điện<br /> cực với nguồn điện bên ngoài thì điện thế điện cực của đồng sẽ dịch chuyển khỏi giá trị cân<br /> bằng. Điện thế của điện cực nối với cực âm của nguồn sẽ có giá trị âm hơn +0,34V, còn<br /> điện cực nối với cực dƣơng của nguồn sẽ có giá trị dƣơng hơn +0,34V.<br /> +<br /> <br /> -<br /> <br /> +0,34V<br /> <br /> Hiện tƣợng chúng ta vừa xét thƣờng gặp trong quá trình điện phân.<br /> a<br /> Chúng ta xét một pin gồm hai điện cực có điện thế điện cực cân bằng anốt là  cb và<br /> c<br /> catốt là  cb . Dung dịch chất điện giải giữa hai cực có điện trở là R.<br /> <br /> Nối hai điện cực với nhau (giả thiết điện trở mạch ngoài bằng 0), đo cƣờng độ dòng<br /> điện phát sinh trong mạch, ta thấy I’ nhỏ hơn giá trị cƣờng độ tính theo định luật ohm:<br /> <br /> 1<br /> <br /> I <br /> '<br /> <br /> c<br /> a<br /> cb  cb<br /> <br /> (3.1)<br /> <br /> R<br /> <br /> Thực tế R const , nên I’ nhỏ hơn giá trị tính theo định luật ohm chỉ có thể do tử số<br /> giảm mà thôi. Thực vậy, nếu chúng ta đo các điện thế điện cực ic và ia khi mạch có dòng<br /> điện đi qua thì thấy<br /> <br />  ci<br /> <br /> trở nên âm hơn<br /> <br /> c<br /> cb và ia<br /> <br /> trở nên dƣơng hơn<br /> <br /> a<br /> cb .<br /> <br /> Trong cả hai ví dụ trên ta thấy, điện thế điện cực đều dịch chuyển khỏi trạng thái cân<br /> bằng. Hiện tƣợng đó gọi là sự phân cực điện cực, gọi tắt là sự phân cực và biểu diễn bằng<br /> công thức sau: i cb<br /> (3.2)<br /> Trong đó i, cb: Là điện thế điện cực khi có dòng i đi qua mạch điện hóa và khi cân<br /> bằng.<br /> Quá trình catốt và anốt<br /> - Quá trình catốt là quá trình khử điện hóa, trong đó các phần tử phản ứng nhận điện<br /> tử từ điện cực.<br /> Ví dụ: Cu22e Cu<br /> - Quá trình anốt là quá trình oxy hóa điện hóa, trong đó các phần tử phản ứng nhƣờng<br /> điện tử cho điện cực.<br /> Ví dụ: Cu Cu22e<br /> - Catốt là điện cực trên đó xảy ra quá trình khử<br /> - Anốt là điện cực trên đó xảy ra quá trình oxy hóa.<br /> Nhƣ vậy, trong các nguồn điện thì anốt là cực âm còn catốt là cực dƣơng. Còn trong<br /> các bình điện phân thì anốt là cực dƣơng còn catốt là cực âm.<br /> Ta có phân cực catốt nếu điện thế điện cực dịch chuyển về phía âm hơn so với điện<br /> thế cân bằng và phân cực anốt nếu điện thế điện cực dịch chuyển về phía dƣơng hơn so với<br /> điện thế cân bằng, khi có dòng điện chạy trong mạch điện hóa.<br /> Nhƣ vậy, trong trƣờng hợp hệ thống điện hóa là nguồn điện thì phân cực sẽ làm cho<br /> c<br /> a<br /> điện thế điện cực xích lại gần nhau. Do đó, hiệu số điện thế ic  ia sẽ nhỏ hơn cb  cb và<br /> <br /> dẫn đến làm giảm cƣờng độ dòng điện.<br /> Ngƣợc lại trong trƣờng hợp điện phân thì sẽ làm cho điện thế điện cực tách xa nhau<br /> a<br /> c<br /> ra, vì vậy điện thế áp từ ngoài vào phải lớn hơn hiệu số điện thế  cb   cb thì quá trình điện<br /> phân mới xảy ra.<br /> Quá trình phân cực điện cực là quá trình đƣa điện thế điện cực ra khỏi điện thế cân bằng (ra<br /> khỏi giá trị điện thế cân bằng)<br /> Quá trình phân cực điện cực chỉ đƣợc thiết lập trên cơ sở hệ điện hóa (hay bình điện<br /> hóa tiêu chuẩn có ba điện cực) đƣợc mô tả nhƣ hình vẽ. Trong đó:<br /> WE: Điện cực nghiên cứu<br /> CE: Điện cực đối<br /> RE: Điện cực so sánh<br /> A- Dòng điện đi qua điện cực<br /> 2<br /> <br /> Điện thế  thể hiện mối quan hệ giữa điện cực làm việc với điện cực so sánh thể<br /> hiện trên vôn kế V<br /> <br /> Hình 1.2: Hệ điện hóa ba điện cực<br /> Đường cong phân cực là đƣờng cong mô tả mối quan hệ giữa điện thế điện cực  và<br /> dòng điện.<br /> <br /> i(A/cm2)<br /> <br /> cb<br /> <br /> (V)<br /> <br /> Hình 1.3. Dạng của đường cong phân cực<br /> Phân cực anot là quá trình làm chuyển dịch điện thế điện cực về phía dƣơng hơn so<br /> với điện thế điện cực cân bằng<br /> Phân cực catot: là quá trình làm chuyển dịch điện thế điện cực về phía âm hơn so với<br /> điện thế cân bằng (Quá trình khử trong điện hóa gọi là quá trình catot, quá trình oxi hóa<br /> trong điện hóa là quá trình anot)<br /> 3<br /> <br /> Quá trình phân cực dương là quá trình chuyển dịch điện thế từ phía giá trị thấp về<br /> phía giá trị cao.<br /> Quá trình phân cực âm là quá trình chuyển điện thế từ giá trị cao đến giá trị thấp<br /> hơn.<br /> Dòng Faraday và nonfaraday: Trƣớc khi quá trình chuyển điện tích xảy ra, xảy ra<br /> quá trình tạo lớp kép. Trong quá trình tạo lớp kép điện tích chuyển qua bề mặt phân chia<br /> điện cực. Dòng e chuyển động trên dây dẫn để phân bố lại điện cực đƣợc gọi là dòng I nonfaraday. Nếu biến thiên điện thế đến một giá trị nào đó thì dòng e chuyển đến bề mặt điện cực<br /> lớn có năng lƣợng cao quá trình kết tủa xảy ra.<br /> Nhƣ vậy dòng e đƣợc chia làm hai phần:<br /> + Tạo lớp kép để tập trung e trên bề mặt kim loại đồng thời tập trung ion (+) gọi là<br /> dòng non- Faraday Inon-faraday.<br /> + Phần e để tạo kết tủa kim loại gọi là dòng Faraday IFaraday<br /> - Dòng tổng It=Ifaraday+Inon-faraday<br /> Năng lƣợng của electron trong quá trình phân cực<br /> <br /> E<br /> Năng lƣợng tự<br /> Gibbs<br /> do Gibbs<br /> <br /> Dải dẫn<br /> LUMO<br /> <br /> Eg : năng lƣợng dải trống<br /> <br /> h<br /> <br /> Gờ năng lƣợng<br /> <br /> HOMO<br /> Dải hóa trị<br /> <br /> Hình 1.4. Cấu trúc năng lượng dải electron<br /> HOMO: obital phân tử chiếm giữ năng lƣợng cao nhất<br /> LUMO: obital phân tử chiếm giữ năng lƣợng thấp nhất<br /> Định nghĩa: Quá trình chuyển electron từ trạng thái năng lƣợng cao nhất vào trong chân<br /> không xa vô cùng đƣợc gọi là năng lƣợng Fermi. Kí hiệu EL<br /> <br /> EL <br /> <br /> G<br /> e|T ,Pconst<br /> <br /> Thế điện hóa bằng về giá trị so với năng lƣợng Fermi nhƣng ngƣợc dấu với năng<br /> lƣợng Fermi. Kí hiệu là  e .<br />  e =-EL<br /> <br /> Khi phân cực catot electron chuyển từ kim loại vào các ion trong dung dịch  khi<br /> phân cực catot năng lƣợng electron trong điện cực tăng lên.<br /> <br /> 4<br /> <br />
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2