Phương pháp phân tích điện hóa

2/20/2014<br /> <br /> PHAÂN TÍCH ÑIEÄN HOAÙ<br /> PHÖÔNG PHAÙP PHAÂN TÍCH ÑIEÄN HOAÙ<br /> <br /> Boä moân Hoùa Phaân Tích – Kieåm Nghieäm<br /> Khoa Döôïc – Ñaïi hoïc Y Döôïc TPHCM<br /> <br /> PHAÂN TÍCH ÑIEÄN HOAÙ<br /> Phân tích điện hóa là phương pháp phân tích<br /> dựa trên dòng chuyển động của các phần tử<br /> mang điện tích (electron, ion âm, ion dương)<br /> trong dung dịch hay trong phản ứng hóa học<br /> Sự biến đổi của 3 đại lượng E, I và R trong<br /> phản ứng hoá học cũng tuân theo nguyên tắc<br /> của định luật Ohm:<br /> E = i.R<br />  Định lượng các chất tham gia và hình thành<br /> trong phản ứng qua việc đo lường các đại<br /> lượng (E, I và R) trong quá trình phản ứng<br /> <br /> PHAÂN TÍCH ÑIEÄN HOAÙ<br /> Đặc điểm chung của phương pháp này là bất<br /> kỳ một dụng cụ phân tích điện hóa nào cũng<br /> gồm có:<br /> - điện cực nhúng trong dung dịch phân tích,<br /> - dụng cụ đo điện thế hay cường độ dòng,<br /> - máy vẽ đồ thị.<br /> •<br /> •<br /> •<br /> •<br /> <br /> Phương pháp đo độ dẫn điện<br /> Phương pháp phân tích đo điện thế<br /> Phương pháp phân tích volt-ampe<br /> Phương pháp điện phân và đo điện lượng<br /> <br /> 1<br /> <br /> 2/20/2014<br /> <br /> PHÖÔNG PHAÙP PHAÂN TÍCH ÑIEÄN THEÁ<br /> <br /> 1/ Theá ñieän cöïc:<br /> 1.1. Phaûn öùng oxy hoùa khöû<br /> Ox1 + ne  Kh1<br /> Kh2  Ox2 + ne<br /> Ox1 + Kh2  Ox2 + Kh1<br /> <br /> 1/ Theá ñieän cöïc:<br /> <br /> 1.2. Pin ñieän (teá baøo ñieän hoùa) = Ñieän cöïc + caàu muoái<br /> <br /> - Anod laø ñieän cöïc maø ôû ñoù xaûy ra phaûn öùng oxy hoùa<br /> (hay phaûn öùng nhöôøng ñieän töû)<br /> - Cathod laø ñieän cöïc maø ôû ñoù xaûy ra phaûn öùng khöû<br /> (hay phaûn öùng nhaän ñieän töû)<br /> Zn0  Zn+2 + 2 e- (anod)<br /> Cu+2 + 2e-  Cu0 (cathod)<br /> Zno + Cu+2  Zn+2 + Cuo<br /> <br /> Phản ứng có sự di chuyển điện tử từ thành phần<br /> này sang thành phần kia trong phản ứng.<br /> Điện cực: (Half cell – bán pin) là một thanh kim loại<br /> nhúng vào một dung dịch điện ly thể hiện bán phản<br /> ứng oxy hóa khử.<br /> <br /> 1/ Theá ñieän cöïc:<br /> <br /> 1.2. Pin ñieän (teá baøo ñieän hoùa) = Ñieän cöïc + caàu muoái<br /> <br /> Caàu muoái: laø moät oáng thuûy<br /> tinh chöùa dung dòch muoái<br /> daãn ñieän (KCl, NH4Cl) döôùi<br /> daïng gel<br /> <br /> 1/ Theá ñieän cöïc:<br /> 1.1. Phaûn öùng oxy hoùa khöû<br /> Zn0  Zn+2 + 2 e- (anod)<br /> Cu+2 + 2e-  Cu0 (cathod)<br /> Zno + Cu+2  Zn+2 + Cuo<br /> <br /> Zn0  Zn+2 + 2 e- (anod)<br /> Cu+2 + 2e-  Cu0 (cathod)<br /> <br /> 2<br /> <br /> 2/20/2014<br /> <br /> 1.2. Pin ñieän (teá baøo ñieän hoùa):<br /> Caùc giai ñoïan cuûa phaûn öùng ñieän hoùa:<br /> <br /> 1.2. Pin ñieän (teá baøo ñieän hoùa):<br />  Pin GALVANIC:<br /> taïo ra ñieän naêng, töï hoaït ñoäng, Anod: - (Zn) cathod:+(Cu)<br />  Pin ÑIEÄN LY:<br /> caàn cung caáp naêng löôïng ñieän töø beân ngoaøi, Anod + (Cu);<br /> cathod: - (Zn)<br /> <br /> Cu2+<br /> SO4<br /> <br /> 2-<br /> <br /> Cathod<br /> Zn<br /> <br /> Cu<br /> <br /> Anod<br /> Cu<br /> Cu+2<br /> <br /> Zn+2<br /> <br /> CuSO4<br /> <br /> Zn+2 + Cu  Zn + Cu+2<br /> <br /> Pin GALVANIC<br /> <br /> 1.2. Pin ñieän (teá baøo ñieän hoùa):<br /> Qui öôùc caùch vieát maïch ñieän hoùa:<br /> <br /> 1.3. Phöông trình Nernst:<br /> Walther Hermann Nernst (Ñöùc, Nobel 1920)<br /> E  Eo <br /> <br /> - Anod vaø caùc thoâng soá<br /> vieát beân traùi caàu muoái.<br /> - Cathod vaø caùc thoâng soá<br /> vieát beân phaûi caàu muoái.<br /> - Ranh giôùi hai pha xuaát<br /> hieän theá kyù hieäu:  hay /.<br /> - Caàu muoái kyù hieäu baèng<br /> || hay //<br /> <br /> ZnZn+2 (1,0 M) || Cu+2 (1,0 M)Cu<br /> <br /> Pin ÑIEÄN LY<br /> <br /> RT aox<br /> RT akh<br /> ln<br /> hay E  E o <br /> ln<br /> nF akh<br /> nF aox<br /> <br /> ÔÛ nhieät ñoä 25 oC:<br /> T = 298 oK,<br /> R = 8,3144 J.oK-1.mol-1,<br /> F = 96.500 Coulomb.mol-1<br /> <br /> RT/F = 298.8,3144/96500<br /> = 0,025675<br /> <br /> Chuyeån ln sang log (nhaân 2,303): 2,303 (RT/F) = 0,05916<br /> <br /> E  Eo <br /> <br /> 0,059<br /> [ox ]<br /> log<br /> n<br /> [kh]<br /> <br /> 3<br /> <br /> 2/20/2014<br /> <br /> Phöông trình Nernst:<br /> Walther Hermann Nernst (Ñöùc, Nobel 1920)<br /> Phaûn öùng<br /> Cl2 + 2e <br /> <br /> Eo (V, 25oC)<br /> + 1,359<br /> <br /> 2Cl-<br /> <br /> O2 + 4H+ + 4e  2 H2O<br /> Ag0  Ag++ e<br /> <br /> 2 H+ + 2e  H2<br /> <br /> Ag(CN)2 + e  Ag<br /> -<br /> <br /> + 1,229<br /> + 0,799<br /> 0,000<br /> <br /> +2CN-<br /> <br /> - 0,290<br /> <br /> Cd+2 + 2e  Cd<br /> <br /> - 0,403<br /> <br /> Zn+2<br /> <br /> - 0,763<br /> <br /> + 2e  Zn<br /> <br /> Theá cuûa ñieän cöïc<br /> Hydro ôû ñieàu kieän<br /> chuaån laø 0,000 V.<br /> Theá cuûa caùc ñieän<br /> cöïc khaùc döïa treân<br /> giaù trò naøy ñeå so<br /> saùnh vôùi nhau<br /> <br /> Theá cuûa ñieän cöïc Hydro ôû ñieàu kieän chuaån laø 0,000 V.<br /> Theá cuûa caùc ñieän cöïc khaùc döïa treân giaù trò naøy ñeå so<br /> saùnh vôùi nhau<br /> <br /> XAÙC ÑÒNH THEÁ ÑIEÄN CÖÏC<br /> <br /> Không thể xác định thế tuyệt đối của một điện cực,<br /> người ta chỉ có thể xác định thế của điện cực một<br /> cách tương đối, tức so sánh hiệu điện thế giữa hai<br /> điện cực – một điện cực có thế âm hơn (hoặc dương<br /> hơn) so với điện cực kia<br /> Ghép điện cực (half cell) cần xác định với điện cực<br /> H2 (có thế bằng 0 trong điều kiện chuẩn 25 oC, PH2 =<br /> 1 atm) để tạo một pin galvanic. Dấu của thế điện cực<br /> là âm (điện cực đó là anod) hay dương (điện cực đó<br /> là cathod) so với điện cực Hydrogen trong mạch<br /> Galvanic<br /> <br /> Phöông trình Nernst:<br /> Caùch xaùc ñònh theá ñieän cöïc<br /> <br /> ĐC Hydrogen là anod,<br /> ĐC Bạc là cathod,<br /> EAg = + 0,792V<br /> <br /> EPIN = Ecathod - Eanod = Ephải - Etrái<br /> <br /> 4<br /> <br /> 2/20/2014<br /> <br /> Phöông trình Nernst:<br /> Caùch xaùc ñònh theá ñieän cöïc<br /> EPin= Ecathod - Eanod = Ephải - Etrái<br /> <br /> Phöông trình Nernst:<br />  Aûnh höôûng cuûa pH moâi tröôøng (noàng ñoä acid):<br /> Cr2O7-2 +14H+ + 6e  2Cr+3 + H2O<br /> E Cr 6  E 0Cr 6 <br /> <br /> Tính điện thế của pin galvanic:<br /> <br /> Cr 3<br /> <br /> Cu I Cu2+ (0,0200 M) II Ag+ (0,0200 M) I Ag<br /> Ag+ + e-<br /> <br /> Ag(s)<br /> <br /> E0 = 0,799 V<br /> <br /> Cu2+ + 2e-<br /> <br /> Cu(s)<br /> <br /> E0 = 0,337 V<br /> <br /> - Khi [Cr2O7-2 ] = [Cr+3], ở pH = 2 tức [H+] = 10-2<br /> E0'  E 0Cr  7 <br /> Cr  3<br /> <br /> EAg+/Ag = 0,799 - 0,0592.log 1/0,02 = 0,6984 V<br /> ECu2+/Cu = 0,337 - 0,0592/2.log 1/0,02= 0,2867 V<br /> Ecell = Ephải - Etrái = EAg+/Ag - ECu+/Cu = 0,6984 - 0,2867 = 0,412 V<br /> <br />  Aûnh höôûng cuûa phaûn öùng keát tuûa:<br />  Aûnh höôûng cuûa phaûn öùng taïo phöùc:<br /> <br /> 0,05916<br /> 0,05916<br /> lg(10 2 )14  1,33 <br /> (2  14)  1,054v<br /> 6<br /> 6<br /> <br /> - Ở pH = 3 tức [H+] = 10-3<br /> E0'  E 0Cr  7 <br /> Cr  3<br /> <br /> Phöông trình Nernst:<br /> <br /> Cr 3<br /> <br /> 0,05916 [Cr 6 ][ H  ]14<br /> lg<br /> 6<br /> [Cr 3 ]2<br /> <br /> 0,05916<br /> 0,05916<br /> lg(10 3 )14  1,33 <br /> (3  14)  0,916v<br /> 6<br /> 6<br /> <br /> Phương trình Nernst:<br /> Cách xác định thế điện cực<br />  Thế điện cực theo phương trình Nernst phụ<br /> thuộc vào số mol của chất tham gia bán phản<br /> ứng oxy hóa khử:<br /> Fe3+ + e-<br /> <br /> Fe2+<br /> <br /> E0 = + 0,771 V<br /> <br /> 5Fe3+ + 5e-<br /> <br /> 5Fe2+<br /> <br /> E0 = + 0,771 V<br /> <br /> 0,0591<br /> [ Fe 3 ] 0,0591<br /> [ Fe 3 ]5<br /> log<br /> <br /> log<br /> 1<br /> [ Fe 2 ]<br /> 5<br /> [ Fe 2 ]5<br /> <br /> 5<br /> <br />