Bài giảng Hóa học - Chương 8: Điện hóa học

CH

NG 8: ĐI N HÓA H C

ƯƠ

Ọ

Ệ

(Th i l

ng: 3t LT + 1t BT)

ờ ượ

• Đi n hóa h c nghiên c u s chuy n

ứ ự ọ ể ệ

hóa t ng h gi a hóa năng và đi n ươ ỗ ữ ệ

• Nghiên c u giúp xác đ nh chi u

năng

ứ ề ị

h ướ ng quá trình, m c đ di n ra, ứ ộ ễ

công có ích (dòng đi n) sinh ra. ệ

1. PH N NG OXY HÓA KH Ử

Ả Ứ

VÀ DÒNG ĐI NỆ

1.1 Khái ni m v ph n ng oxy hóa kh ả ứ ề ệ ử

Ø Không có s thay đ i s oxy hóa các nguyên t ổ ố

Ph n ng hóa h c đ c chia thành hai lo i: ả ứ ọ ượ ạ

ự ố

Ø Có s thay đ i s oxy hóa các nguyên t

tham gia ph n ng. ả ứ

tham gia ổ ố ự ố

ph n ng (ph n ng oxy hóa kh ) ử ả ứ ả ứ

Ø Có s trao đ i eletron

Đ c đi m chung c a ph n ng oxy hóa kh ả ứ ủ ể ặ ử:

ự ổ

ễ ồ

ờ quá trình cho ọ quá trình oxy hóa và quá trình

Ø G m 2 quá trình di n ra đ ng th i: ồ electron đ ượ nh n elctron

c g i đ c g i ượ ọ quá trình khử. ậ

ặ ồ ấ

ờ ch t cho electron ch t nh n ử (ch t b oxyhóa) và ấ ị ậ

Ø G m 2 ch t có m t đ ng th i: ồ c g i đ ượ electron đ

ấ ọ ch t khấ c g i ượ ọ ch t oxy hóa ấ ấ (ch t b kh ). ấ ị ử

Ví dụ:

Ph n ng Zn + Cu2+  Zn2+ + Cu ả ứ

ạ ế ệ ử ạ

•N u ký hi u d ng kh là Kh và d ng oxy hóa là Ox thì các quá trình oxy hóa, kh và ph n ng oxy hóa- kh đ

ả ứ

•KhI  OxI + ne

ử c bi u di n nh sau: ễ ử ượ ư ể

OxII + ne  KhII 

KhI + OxII  OxI + KhII

ặ ử I

OxI , KhI và OxII , KhII là các c p oxy hóa-kh và II.

Ký hi u: OxI/KhI; OxII/KhII ệ

Ø Khi nào hóa năng c a ph n ng

ệ 1.2 Ph n ng oxy hóa kh và dòng đi n ả ứ ử

ả ứ có th ể ủ

Ø Khi nào hoá năng c a ph n ng chuy n thành

chuy n thành nhi t năng ? ể ệ

ả ứ ủ ể

đi n năng ? ệ

2. NGUYÊN T GALVANIC Ố

Zn () (+) Cu

2.1 C u t o ấ ạ

t ố c c u t o t

Nguyên galvanic đ ừ 2 ượ ấ ạ ự n i v i nhau đi n c c ệ ố ớ b ng m t dây d n kim ẫ ộ ằ lo iạ

ơ ự

ả ạ

ị

ZnSO4

CuSO4

màng x p ố

Đi n c c đ n gi n ệ g m 1 thanh kim lo i ồ nhúng trong dung d ch ch t đi n li c a nó ủ ệ ấ

ẽ

đi n c c k m: k m ho t đ ng h n đ ng nên ồ ơ quá trình oxy

Ở ệ ẽ

ạ ộ ả

c bi u

• * thanh k m b hòa tan, nghĩa là x y ra hóa k m ẽ , đ

ả ứ : bán ph n ng

ự ị ượ

ằ

quá trình đi n hóa

hay quá

ể di n b ng ễ •Zn  2e  Zn2+ c g i là ọ

ượ

ệ

Ở ệ

ễ

ồ

ử

•Quá trình này đ ệ ự . trình đi n c c •* ồ ự trên thanh đ ng, nghĩa là x y ra ồ c bi u đ ng , ồ

đi n c c đ ng: di n ra quá trình k t t a đ ng ế ủ quá trình kh ion ả ể di n b ng bán ph n ng: ả ứ

ượ

ằ

ễ •Cu2+ + 2e  Cu c g i là

quá trình đi n hóa

hay

ượ ọ

ệ

•Quá trình này cũng đ ệ ự quá trình đi n c c

2.2 Ho t đ ng c a nguyên t CuZn ạ ộ ủ ố

•Trong toàn b nguyên t ộ oxy hóa-khử:

galvanic: di n ra ố ễ ph n ng ả ứ

Khi nguyên t

•Zn + Cu2+  Zn2+ + Cu ạ ộ : galvanic ho t đ ng ố

Ø Trên các đi n c c x y ra các quá trình đi n hóa

ệ ự ả ệ

Ø Đi n c c có quá trình oxy hóa x y ra là âm

đi n c c ệ ự ả ự ệ

Ø Đi n c c có quá trình kh x y ra là ệ ngươ d

đi n c c ự ử ả ự ệ

Ø Electron t đ ngồ

đi n c c k m chuy n sang đi n c c ừ ệ ự ự ẽ ể ệ

•Ký hi u nguyên t

galvanic: ệ ố

•() ZnZn2+ (C1)Cu2+ (C2)  Cu (+)

• T ng quát : () MIMMMII (+)

Nguyên t CuZn: ố

ổ

•L u ýư

hai thành ph n : khi đi n c c hình thành t ự ệ ừ ầ

khí, dung d ch (không có kim lo i) thì s s d ng ẽ ử ụ ạ ị

•Ví d : đi n c c Fe3+/Fe2+ ; H+/H2

m t kim lo i tr (Pt) làm trung gian ti p xúc đi n. ạ ơ ế ệ ộ

ệ ự ụ

ế ệ ự 2.3 Th đi n c c

ng đi n th đ c tr ng ế ệ ự là đ i l ạ ượ ế ặ ư

Th đi n c c cho quá trình đi n c c hay đi n c c. ệ ự ệ ệ ự

ế ệ ự ộ

ấ ơ

ộ ặ ộ ỗ

ử ẽ ị ể

Ký hi u: ệ  ẩ ng v i n ng đ các o: th đi n c c tiêu chu n ớ ồ ứ ch t tham gia quá trình đi n c c đ u b ng 1 đ n ằ ề ệ ự vị ị o (m i m t c p oxy hóa kh s có m t giá tr khác nhau – có th tìm giá tr này trong các b ng ả ph l c) ụ ụ

ế ệ ự 2.3 Th đi n c c

ng trình Nernst

= j

o +

RT nF

Ox [ ] Kh [ ]

§ n: s electron trao đ i trong quá trình đi n c c ệ ự

Ph Ø Đ i v i quá trình đi n c c t ng quát ệ ự ổ ươ ố ớ

§[Ox], [Kh]: n ng đ các ch t tham gia d ng oxy hóa

ổ ố

ấ ạ ộ ồ

§ F: s Faraday;

và d ng kh ạ ử

R: h ng s khí; T: nhi t đ tuy t đ i ố ằ ố ệ ố

ệ ộ 14

ộ ộ

= j

o +

059 n

Ox [ ] Kh [ ]

Khi R = 1,987 cal/mol.đ (8,314 J/mol.đ ), F = 23062 (96500 culong/mol) T = 298oK

ng trình Nernst tính  c a đi n c c b t kỳ ệ ự ấ ủ

ươ 25oC Ph ở

ộ

ự ệ ấ

Nh v y  ư ậ ph thu c vào: ụ Ø B n ch t ch t tham gia quá trình đi n c c (o), ấ ả t đ (T) nhi ệ ộ Ø N ng đ các ch t tham gia quá trình đi n c c ([ ]) ồ ệ ự ấ ộ

S c đi n đ ng ệ ộ ứ

S c đi n đ ng c a nguyên t galvanic b ng hi u ứ ủ ệ ộ ố ệ ằ

s gi a th đi n c c c a đi n c c d ố ữ ế ệ ự ủ ệ ự ươ ng và th ế

đi n c c c a đi n c c âm: ệ ự ủ ệ ự

E = (+)  ()

Galvanic và ứ

2.4 S c đi n đ ng c a nguyên t ố h ng s cân b ng K ệ ộ ằ ủ ố ằ

A’m = - ∆G A’m = nFE → ∆G = - nFE Galvanic thu n ngh ch d a ậ ố ự ị ố ớ

Đ i v i nguyên t trên ph n ng: ả ứ

aA + bB ↔ cC + dD

Go =  nFEo = RTlnK

Eo = (RT/nF) lnK

•Eo: s c đi n đ ng tiêu chu n, t ộ

ng ng đi u ki n ứ ệ ẩ ươ ứ ệ ề

•F: s Faraday

n ng đ các ch t ph n ng đ u b ng 1 đ n v ả ứ ồ ề ấ ằ ơ ộ ị

•n: s electron trao đ i trong ph n ng oxy hóa-kh

ố

•K: h ng s cân b ng c a ph n ng oxy hóa-kh ủ

ả ứ ổ ố ử

ả ứ ằ ằ ố ử

3. CHI U X Y RA C A PH N NG

Ả Ứ

Ủ

Ả

Ề

OXY HÓA-KHỬ

ử ả

ạ ả ứ ủ ệ ự ớ

ệ ự ạ

Quy t c ắ α: Ph n ng oxy hóa-kh x y ra theo chi u d ng oxy hóa c a quá trình đi n c c có  l n ề h n s oxy hóa d ng kh c a quá trình đi n c c có  ơ ẽ ử ủ nh h n. ỏ ơ

ể ế ả ị

Khi các o có giá tr ị khác xa nhau thì có th dùng ể tr c ti p o đ xác đ nh chi u x y ra c a ph n ng ả ứ ề ự đi u ki n chu n cũng nh g n đi u ki n chu n. ẩ ư ầ ở ề ủ ệ ề ệ ẩ

Ví d :ụ Xác đ nh chi u x y ra c a ph n ng oxy hóa ả ứ ủ ề ả ị

• 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O 

•10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4

• Cho:

•Fe2+ Fe3+ + 1e, o298= 0,77 V

•Mn2+ + 4H2O  MnO4- + 8H+ + 5e, o298 = 1,51V.

kh 25oC: ử ở

•Ví d 2:ụ Xác đ nh chi u x y ra c a ph n ng ề oxy hóa-kh :ử

ả ứ ủ ả ị

•trong 2 tr

Hg22+ + 2Fe2+  2Hg +2Fe3+

•a) [Hg2+] = [Fe2+] = 101, [Fe3+] = 104 mol/lit .