Bài giảng hóa đại cương (Phần 6)

Chia sẻ: Kata_10 Kata_10 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

75
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'bài giảng hóa đại cương (phần 6)', khoa học tự nhiên, hoá học phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng hóa đại cương (Phần 6)

57 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com pH Böôùc nhaûy pH (3.2 ÷ 6.5) VHCl Chöông XIV ÑIEÄN HOÙA HOÏC 1. Phaûn öùng oxy hoùa – khöû vaø doøng ñieän. 1.1. Phaûn öùng oxy hoùa – khöû: (O – K) Khaùi nieäm: Phaûn öùng oxy hoùa khöû laø phaûn öùng trong ñoù coù söï trao ñoåi electron giöõa caùc nguyeân töû cuûa nhöõng nguyeân toá tham gia phaûn öùng laøm thay ñoåi soá oxy hoùa caùc nguyeân toá. - Quaù trình cho electron goïi laø quaù trình oxy hoùa, chaát cho electron goïi laø chaát khöû (chaát bò oxy hoùa). Ví duï: Zn  2e  Zn 2 - Quaù trình nhaän electrongoïi laø quaù trình khöû, chaát nhaän electron goïi laø chaát oxy hoùa. Ví duï: Cu 2  2e  Cu Toång quaùt: Kh I  Ox I  ne Ox II  ne  Kh II
58 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com  Kh I  Ox II  Ox I  Kh II Caëp oxy hoùa ‟ khöû Ox I / Kh I , Ox II / Kh II 1.2. Caân baèng phaûn öùng O – K: Nguyeân taéc 1: Toång soá electron cho cuûa chaát khöû phaûi baèng toång soá electron chaát oxy hoùa nhaän vaøo. Caùc böôùc tieán haønh caân baèng. + Böôùc 1: Xaùc ñònh söï thay ñoåi soá oxy hoùa cuûa caùc chaát. + Böôùc 2: Laäp phöông trình electron ‟ ion, vôùi heä soá sao cho ñuùng qui taéc treân. + Böôùc 3: Thieát laäp phöông trình ion cuûa phaûn öùng. + Böôùc 4: Caân baèng theo heä soá tæ löôïng. Ví duï: Al  CuSO 4  Al 2 SO4 3  Cu Al  3e  Al3  2  2 Cu  2e  Cu  3  2Al  3Cu 2  2Al 3  3Cu 2Al  3CuSO 4  Al 2 SO4 3  3Cu Nguyeân taéc 2: Thieáu O beân naøo, theâm nöôùc beân ñoù, beân kia H  . - Ñoái vôùi phaûn öùng O ‟ K xaûy ra trong moâi tröôøng axit neáu daïng Ox cuûa chaát Ox coù chöùa nhieàu nguyeân töû Oxy hôn daïng khöû cuûa noù thì phaûi theâm H  vaøo veá traùi (daïng Ox) vaø theâm nöôùc vaøo veá phaûi (daïng khöû). - Neáu daïng khöû cuûa chaát Kh chöùa ít nguyeân töû Oxy hôn daïng Ox cuûa noù thì theâm nöôùc vaøo veá traùi (daïng K) vaø H  vaøo veá phaûi (daïng Ox). Ví duï: KMnO4  KNO2  H 2 SO4  MnSO4  KNO3  K 2 SO4  H 2 O MnO   5e  Mn 2 4 NO   2e  NO3  2 MnO  5e  8H   Mn 2  4H 2 O 2 4 NO  2e  H 2 O  NO3  2H   5 2 2MnO   5NO2  6H   2Mn   5NO3  3H 2 O  4  2KMnO4  5KNO2  3H 2 SO 4  2MnSO4  5KNO3  K 2 SO 4  3H 2 O Nguyeân taéc 3: Thieáu O baân naøo theâm OH  beân ñoù, beân kia laø nöôùc. - Phaûn öùng O ‟ K xaûy ra trong moâi tröôøng bazô, neáu daïng Ox cuûa chaát Ox chöùa nhieàu Oxy hôn daïng khöû thì phaûi theâm nöôùc vaøo veá traùi, OH  vaøo veá phaûi. - Neáu daïng K cuûa chaát K chöùa ít Oxy hôn daïng Ox cuûa noù thì phaûi theâm OH  vaøo veá traùi, nöôùc vaøo veá phaûi. Ví duï: KClO3  CrCl 3  KOH  K 2 CrO 4  KCl   H 2 O
59 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com ClO 3  6e  3H 2 O  Cl   6OH   1 Cr  3e  8OH  CrO  4H 2 O 3  2 2 4 ClO 3  2Cr 3  OH   Cl   2CrO 2  5H 2 O   4 KClO3  2CrCl 3  10KOH  7KCl  2K 2 CrO 4  5H 2 O  Nguyeân taéc 4: Theâm nöôùc veá traùi heát, veá phaûi: OH  neáu theâm e, H  neáu maát e. - Phaûn öùng trong moâi tröôøng trung tính. Neáu daïng Ox cuûa chaát Ox chöùa nhieàu nguyeân töû Oxy hôn daïng Kh cuûa noù thì phaûi theâm nöôùc vaøo veá traùi, OH  vaøo veá phaûi. - Neáu daïng Kh cuûa chaát Kh chöùa ít nguyeân töû Oxy hôn daïng Ox cuûa noù thì phaûi theâm nöôc vaøo veá traùi, H  vaøo veá phaûi. Ví duï: KMnO4  KNO2  H 2 O  MnO2  KNO3  KOH MnO  3e  2H 2 O  MnO2  4OH  2 4 NO2  2e  H 2 O  NO3  2H    3 2MnO  3NO  7H 2 O  2MnO2  3NO3  8OH   6H   4 2  6H 2 O  2OH  2MnO  3NO  H 2 O  2MnO2  3NO3  2OH   4 2  2KMnO4  3KNO2  H 2 O  2MnO2  3KNO3  2KOH 1.3. Phaûn öùng O – K vaø doøng ñieän. Nguyeân toá ganvanic vaø ñieän cöïc: - ÔÛ ñieàu kieän bình thöôøng, phaûn öùng O ‟ K xaûy ra cuøng moät nôi thì hoùa naêng seõ bieán thaønh nhieät naêng. - ÔÛ ñieàu kieän ñaëc bieät phaûn öùng O ‟ K xaûy ra giaùn tieáp ôû hai nôi khaùc nhau thì hoùa naêng seõ bieán thaønh ñieän naêng (qua daây daãn). Nguyeân toá ganvanic: Laø thieát bò chuyeån hoùa naêng sang ñieän naêng. Caáu taïo goàm hai thanh kim loaïi, nhuùng trong dung dòch muoái cuûa noù, noái vôùi nhau qua sôïi daây daãn kim loaïi. Zn (-) Cu (+) Maøng xoáp Zn2+ SO42- ZnSO4 CuSO4 ÔÛ ñieän cöïc keõm: Zn  2e  Zn  goïi laø aâm cöïc (Catod) Ñieän cöïc ñoàng: Cu 2  2e  Cu goïi laø döông cöïc (Anod)
60 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Töùc laø ôû aâm cöïc xaûy ra quaù trình Oxy hoùa, Zn laø chaát khöû. ÔÛ döông cöïc xaûy ra quaù trình khöû, Cu laø chaát Ox. Phöông trình cuûa ganvanic. Zn  Cu 2  Zn 2  Cu Ngöôøi ta kyù hieäu nguyeân toá ganvanic: Zn ZnSO 4 CuSO 4 Cu hay Zn Zn 2 Cu 2 Cu  1.4. Söùc ñieän ñoäng cuûa nguyeân toá ganvanic: Theá hieäu cöïc ñaïi xuaát hieän giöõa hai cực của nguyeân toá ganvanic goïi laø söùc ñieän ñoäng cuûa nguyeân toá ganvanic, khi maø nguyeân toá ganvanic hoaït ñoäng T ‟ N. Kí hieäu: VMax  E . - Söùc ñieän ñoäng tieâu chuaån cuûa nguyeân toá gavanic. E 0 ño ôû p = 1 atm, C M (hay a) = 1. A 'm  G  nFE C d CC C D  G  nFE  G 0  RT ln ab C AC B Vôùi aA  bB  cC  dD CCCd c  nFE  RT ln K  RT ln D a b CA CB Khi C A  C B  CC  C D  1  nFE 0  RT ln K RT C C C d c Vaø G 0  nFE 0  E  E 0  ln a D nF C A C B b Trong ñoù: n: Soá ñöông löôïng gamchaát ñaõ tham gia vaøo phaûn öùng. Neáu chæ tính vôùi 1 ion gam chaát phaûn öùng thì n laø ñieän tích cuûa ion hay soá electron trao ñoåi. F = 96500 (neáu A 'm laø J) vaø F = 23062 (cal) Ví duï: RT CCu C Zn 2 ECu / Zn  ECu / Zn  0 ln 2 F C Zn CCu 2 Do C Cu vaø C Zn laø khoâng ñoåi: RT C Zn  2  E Cu / Zn  E 0 / Zn  ln Cu 2F C Cu 2 RT Ox Ta coù: E  E 0  ln nF Kh E     E0     0 0 Ví duï: E 0 / Zn        0.337   0.763  1.1V 0 0 Cu 2. Theá ñieän cöïc vaø chieàu cuûa quaù trình O – K: 2.1. Theá ñieän cöïc:   Laø moät ñaïi löôïng baèng theá hieäu cuûa noù so vôùi ñieän cöïc hydro tieâu chuaån  H2  0 . 0
61 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Kyù hieäu:   0 : Theá ñieän cöïc tieâu chuaån. n: Soá electron trao ñoåi trong quaù trình ñieän cöïc. Phöông trình Nec: Chaát khöû  Ox  ne RT Ox ln   0  nF Kh 0.059 Ox lg    0 0 n Kh Thay T  298 K 0 F  96500 R  8.31     phuï thuoäc: Baûn chaát chaát tham gia quaù trình ñieän cöïc  0 , n nhieät ñoä T, noàng ñoä chaát tham gia quaù trình ñieän cöïc C.  coøn goïi  laø theá Ox ‟ K hay theá Oxy hoùa. G 0  nF 0 G  nF 2.2. Chieàu cuûa quaù trình O – K: - Xeùt caùc caëp O ‟ K Ox1 / Kh1vaøOx 2 / Kh 2  Kh1  Ox1  ne 1 Kh 2  Ox 2  ne 2 Khi troän caùc caëp naøy, seõ coù phaûn öùng O- K. Kh1  Ox 2  Kh 2  Ox1 - Phaûn öùng xaûy ra theo chieàu thuaän khi: G  nFE 2 / 1  nF 2  1   0   2  1 Quy taéc: “Phaûn öùng O ‟ K xaûy ra theo chieàu daïng Ox cuûa caëp O ‟ K coù  lôùn hôn seõ Ox daïng Kh cuûa caëp O ‟ K coù  nhoû hôn”. Thöïc teá coù theå duøng   ,  ñeå xeùt. Nhöng khi  0   0 beù quaù thì phaûi tính toaùn treân -   0 0   ,  . 3. Söï ñieän phaân – Ñieän phaân dung dòch chaát ñieän ly trong nöôùc: Ñònh nghóa: Söï ñieän phaân laø quaù trình O ‟ K xaûy ra treân beà maët ñieän cöïc khi cho doøng ñieän moät chieàu ñi qua dung dòch chaát ñieän ly hoaëc qua chaát ñieän ly noùng chaûy vaø coù laøm theo söï bieán ñoåi nhieät naêng thaønh hoùa naêng. - ÔÛ ñaây ta xeùt quaù trình ñieän phaân moät dung dòch chaát ñieän ly trong nöôùc. 3.1. Caùc quaù trình Catod: ÔÛ ñaây daïng Ox chính laø caùc cation kim loaïi vaø hydro cuûa dung dòch chaát ñieän ly. Ta caàn so saùnh theá ñieän cöïc cuûa kim loaïi vaø hydro.  H2  0.059pH  0.059  7  0.41V Töùc laø ôû ñieàu kieän trung tính  H2  0.41V
62 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com - Neáu  kl   H2  kim loaïi keát tuûa: Töø Sn  cuoái daõy. Neáu  kl   H2  H 2  : Töø Ti  ñaàu daõy. - 2H   2e  H 2  (Trong moâi tröôøng axit) 2H 2 O  2e  H 2  2OH  (Moâi tröôøng trung tính hay bazô) - Neáu  kl  0.41V thì tuøy vaøo noàng ñoä vaø ñieàu kieän tieán haønh (Töø Zn  Ni). 3.2. Caùc quaù trình anod: Daïng khöû laø anion, goùc axit vaø OH  cuûa dung dòch, vaø tuøy theo vaät lieäu, ñieän cöïc coù theå bò aên moøn: Coù anod trô (graphit, platin….) vaø anod tan (Ni…..)  Anod trô: Khaû naêng cho electron theo thöù töï: + Anion khoâng chöùa Oxy I  , Br  , Cl  , S . + Keá ñeán laø OH  . + Anion chöùa Oxy: SO3  , MnO , SO ... 2 4 2 Ví duï: 2Cl   2e  Cl 2 ;4OH   4e  O 2  2H 2 O trong moâi tröôøng kieàm vaø 2H 2 O  4e  O 2  4H  (trung tính hay axit)  Anod tan: Hoaëc anod phoùng ñieän, hoaëc hoøa tan anod. Neáu kim loaïi anod coù  nhoû hôn  caëp O ‟ K thì anod bò hoøa tan. M  ne  M  n . Ngöôïc laïi A  hoaëc OH  bò oxy hoùa. Moät soá ví duï minh hoïa: 1) Ñieän phaân CuCl 2 , anod trô:  Cu2 / Cu  0.337  0.41  Catod Cu 2  2e  Cu  Anol 2Cl   2e  Cl 2  2) Ñieän phaân dung dòch K 2 SO 4 vôùi anod trô:  K  / K  2.924  0.41  H  bò khöû. Catod: 4H 2 O  4e  4OH   2H 2    K   OH   KOH   Anod: SO  khoâng bò Ox, nöôùc OH  bò Ox. 4 2H 2 O  4e  4H  O 2     2H   SO2  H 2 SO4 4  Hay noùi khaùc ñi ñaây laø quaù trình ñieän phaân nöôùc. 3) Ñieän phaân dung dòch nöôùc NiSO 4 vôùi anod tan Ni ken.  Ni 2 / Ni  0.25  0.41, nhöng 2H 2 O  O 2  4H   4e,  1.228 Neân ôû catod: Ni 2  2e  Ni    Anod: Ni  2e  Ni 2 Ni 2  SO2  NiSO4 4 4. Theá phaân giaûi vaø quaù theá: (ñoïc theâm SGK) - Theá phaân giaûi laø theá hieäu toái thieåu caàn thieát ñeå tieán haønh quaù trình ñieän phaân ñaõ cho.
63 Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Kyù hieäu: E P Noùi chung vôùi nhöõng heä T ‟ N E P baèng söùc ñieän ñoäng cuûa nguyeân toá Ganvanic taïo thaønh töø saûn phaåm ñieän phaân. - Hieäu soá giöõa theá phaân giaûi E P vaø söùc ñieän ñoäng cuûa nguyeân toá Ganvanic töông öùng phaûn öùng nghòch goïi laø quaù theá ñieän phaân. (baûng 33)   EP  E 0 5. Đònh luaät ñieän phaân: Ñònh luaät Farañay: 1) Löôïng chaát ñöôïc taïo thaønh hay hoøa tan ôû ñieän cöïc khi ñieän phaân tæ leä thuaän vôùi löôïng ñieän ñi qua chaát ñieän ly. 2) Nhöõng löôïng ñieän baèng nhau seõ taïo thaønh hay hoøa tan ôû ñieän cöïc khi ñieän phaân nhöõng ñöông löôïng nhö nhau cuûa caùc chaát. Coâng thöùc cho ñònh luaät: Ñ.Q AIt m hay n  F nF F: Haèng soá Farañaây baèng 96500 (culoâng) m: khoái löôïng chaát ñieän phaân ra. A: Nguyeân töû gam. n: Hoùa trò chaát bieán ñoåi. I: Cöôøng ñoä doøng ñieän (Ampe) t: Thôøi gian ñieän phaân (sec)