Bài giảng Hóa đại cương - Chương 6: Điện hóa học
I.PHẢN ỨNG OXI HÓA - KHỬ
Là phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa của các
nguyên tố
? Có sự trao đổi e
?Gồm hai quá trình:
Chất khử 1 oxihóa 1
Chất oxihóa 2 khử 2
? QT oxi hóa
? QT khử
Chất khử 1 + chất oxi hóa 2 ? oxi hóa 1 + chất khử 2
CHƯƠNG 6 – ĐIỆN HÓA HỌC I.PHẢN ỨNG OXI HÓA - KHỬ Là phản ứng có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố Có sự trao đổi e Gồm hai quá trình: Chất khử 1 oxihóa 1 Chất oxihóa 2 khử 2 - e - + e - QT oxi hóa QT khử Chất khử 1 + chất oxi hóa 2 oxi hóa 1 + chất khử 2 Ví dụ: Zn + CuSO 4 ZnSO 4 + Cu 0 0 +2 +2 Zn 0 - 2 e Zn2+ Cu 2+ + 2e Cu0 Zn dạng khử / Zn 2+ dạng oxi hóa Cu 2+ dạng oxi hóa/ Cu dạng khử Cân bằng phản ứng oxi hóa khử (xem SGK) Vậy: Zn + Cu 2+ Zn2+ + Cu Phản ứng trên xây dựng từ 2 cặp oxi hóa-khử: Zn2+/Zn và Cu2+/Cu Mỗi cặp oxi hóa khử có 1 thế điện cực đặc trưng oxi hóa /khử Bài tập Cho các phản ứng oxi hóa –khử, viết các quá trình khử và oxi hóa xảy ra trong phản ứng. Cho biết các cặp oxi hóa khử tương ứng của phản ứng? 1.Al + CuSO 4 Cu + Al 2 (SO 4 ) 3 2.KMnO 4 + KNO 2 + H 2 SO 4 MnSO 4 + KNO 3 + H 2 O 3.HNO 2 + Br 2 + H 2 O HNO 3 + HBr 4.FeCl 3 + KI FeCl 2 + I 2 + KCl 5.Mn + Cl 2 + 2NaOH Mn(OH) 2 +2NaCl 3.Thế điện cực – phương trình Nernst - Thế điện cực là đại lượng thế hiệu đặc trưng cho quá trình điện cực hay điện cực, ký hiệu là . ]Kh[ ]Ox[ ln nF RT0 Phương trình Nernst n: số electron trao đổi trong quá trình điện cực; [Ox], [Kh]: nồng độ các chất tham gia dạng oxyhóa , dạng khử; F: số Faraday (96484 culong/mol) R: hằng số khí (8,314 J/mol) T: nhiệt độ tuyệt đối. phụ thuộc: - bản chất điện cực - nhiệt độ - nồng độ - Nồng độ muối lạ )2I2e(I V 535,0 )Cl22e(Cl V 358,1 Cu)2e(Cu V 0,337 Zn)2e(Zn V 0,763 2 0 /2II 2 0 /2ClCl 20 /CuCu 20 /ZnZn - 2(l) - (k) 2 2 2 Ví dụ: Bảng thế điện cực tiêu chuẩn Ở 25 0 C ta có: Ở đk chuẩn: C các chất = 1 0 0 0,059 [ ] lg [ ] Ox n Kh Đối với điện cực kim loại : 0 0,059 lg[ ]oxihoa n 3 3 2 2 3 2 [ ] 0,059 lg [ ] o Fe Fe Fe Fe Fe Fe Ví dụ: Tính của Fe3+/Fe2+ ở 250C biết [Fe3+] =0,5M , [Fe2+] =1M = 0,77 + 0,059 lg0,5 (V) Fe 3+ + 1e Fe2+ 0 Fe3+/Fe2+ = + 0,77V II.CHIỀU PHẢN ỨNG OXI HÓA KHỬ 0 oxi hóa 1/khử 1 LỚN Oxi hóa 1 : tính oxi hóa Khử 1 : tính khử 0 oxi hóa 2/khử 2 NHỎ Oxi hóa 2 : tính oxi hóa Khử 2 : tính khử Chiều phản ứng oxi hóa khử: Oxi hóa mạnh + khử mạnh oxi hóa yếu + khử yếu Theo quy tắc: Phản ứng oxyhóa-khử xảy ra theo chiều dạng oxyhóa của quá trình điện cực có lớn hơn sẽ oxyhóa dạng khử của quá trình điện cực có nhỏ hơn. quy tắc : - xếp hai cặp oxh/khử theo chiều tăng dần - Viết qui tắc VD2: Xác định pin tạo thành từ 2 cặp oxi hóa /khử: I 2 /2I - và Fe 3+ /Fe 2+ Cho 0(I 2 /I - ) = + 0,536V ; 0(Fe3+/Fe2+ )=+0,771V (-)Pt | I 2 | I - || Fe 3+ | Fe 2+ | Pt (+) E0 = 0,771 – (0, 536) = 0,235V I 2 Fe 3+ 2I - Fe 2+ Phản ứng xảy ra trong pin: Fe 3+ + 2I - I 2 + Fe 2+ III.PIN ĐIỆN HÓA (NGUYÊN TỐ GALVANIC) 1.Phản ứng oxi hóa – khử và dòng điện a.Phản ứng oxi hóa – khử xảy ra trong dung dịch Zn + Cu 2+ Cu + Zn2+ , mol/kcal82,51Ho 298 Hóa năng nhiệt (Sự trao đổi e trực tiếp ) ZnSO 4 CuSO 4 màng xốp Zn() (+)Cu b.Không cho chất oxi hóa và khử tiếp xúc trực tiếp Zn 0 - 2 e Zn2+ Cu 2+ + 2e Cu0 Có sự trao đổi e qua dây dẫn dòng điện 2.Pin điện hóa (nguyên tố galvanic) - Gồm 2 điện cực nối với nhau bằng một dây dẫn kim loại. - Điện cực đơn giản : 1 thanh kim loại nhúng trong dung dịch chất điện li của nó ZnSO 4 CuSO 4 màng xốp Zn () (+) Cu Hoạt động của nguyên tố CuZn: Nguyên tố CuZn: () Zn Zn2+ Cu2+ Cu (+) Zn + Cu 2+ Cu + Zn2+ , Xem pin điện hĩa Có thể tạo được một pin điện hóa dựa trên một phản ứng oxi hóa – khử (trên cơ sở 2 cặp oxihoa/khử) Kí hiệu pin điện hóa: (-) M I | ddM I || ddM II | M II (+) Cặp oxh/kh 1 Cặp oxh/kh 2 VD1: Xác định pin tạo thành từ 2 cặp oxi hóa /khử: Pb 2+ /Pb và Ag + /Ag Cho 0(Pb2+/Pb) = - 0,126V ; 0(Ag+/Ag)=+0,799 V VD2: Xác định pin tạo thành từ 2 cặp oxi hóa /khử: I 2 /2I - và Fe 3+ /Fe 2+ Cho 0(I 2 /I - ) = + 0,536V ; 0(Fe3+/Fe2+ )=+0,771V (-) Pb | Pb 2+ || Ag + |Ag (+) M: Kim loại ddM : dung dịch muối (-)Pt| I 2 | I - || Fe 3+ | Fe 2+ | Pt (+) (nhường e) (nhận e) Cực âm: Pb -2e Pb2+ Cực dương: Ag + + eAg Suất điện động của pin E (V) E = (+) - (-) E o = 0 (+) - 0 (-) G = n F E Go = n F Eo = RT lnK F : hằng số Faraday : 96484 G : thế đẳng áp (J) n: số electron trao đổi E : suất điện động của pin (V) VD1: Xác định pin tạo thành từ 2 cặp oxi hóa /khử: Pb 2+ /Pb và Ag + /Ag Cho 0(Pb2+/Pb) = - 0,126V ; 0(Ag+/Ag)=+0,799 V VD2: Xác định pin tạo thành từ 2 cặp oxi hóa /khử: I 2 /2I - và Fe 3+ /Fe 2+ Cho 0(I 2 /I - ) = + 0,536V ; 0(Fe3+/Fe2+ )=+0,771V (-) Pb | Pb 2+ || Ag + |Ag (+) (-)Pt, I 2 | I - || Fe 3+ , Fe 2+ | Pt (+) E0 = 0,799 – (-0,126) = 0,925V E0 = 0,771 – (0, 536) = 0,235V Bài tập 1. Tính suất điện động và cho biết các quá trình điện cực, phản ứng oxy hoá - khử xảy ra trong pin (–) Mg / Mg2+ // Zn2+ / Zn (+) : a. Ở điều kiện chuẩn. b. Khi [Mg 2+ ] = 0,1 mol/ lit ; [Zn 2+ ] = 0,01 mol/ lit. Cho: V76,0 ; V37,2 o Zn o Mg Zn 2 Mg 2 2. Xác định cực âm, cực dương, viết ký hiệu pin, phương trình phản ứng xảy ra trong pin và tính sức điện động của pin ở điều kiện chuẩn của các pin điện sau: a) Mg – Al b) Pb – Cd c) Sn – H 2 d) Điện cực platin nhúng trong dung dịch chứa Sn 4+ , Sn 2+ và điện cực platin nhúng trong dung dịch chứa Cr 3+ , Cr 2+ . Biết: điện cực 0 (V) : –2,37 –1,66 –0,136 0,15 –0,42 –0,126 –0,41 0,0 : 2 2 322 2 423 2 H H2 Cr Cr Pb Pb Cd Cd Sn Sn Sn Sn Al Al Mg Mg 3. Có thể oxy hoá axit HNO 2 thành HNO 3 bằng Br 2 và I 2 được không? Thành lập và cân bằng phương trình phản ứng oxy hoá – khử xảy ra. Biết: .V54,0 , V06,1 , V 7,0 ooo I2 2 I Br2 2 Br 2 NO 3 NO 4. Cho 2 hệ điện hoá: 2Br – Br 2 + 2e , b) 2Cl – Cl 2 + 2e , Xác định phản ứng oxy hoá – khử xảy ra khi trộn 2 hệ điện hoá đã cho ở điều kiện chuẩn và tính suất điện động của pin tương ứng ở điều kiện này. V06,1 o a V36,1 o b 5. Cho phản ứng: Mn + Cl 2 + 2NaOH Mn(OH) 2 +2NaCl . Hỏi phản ứng xảy ra theo chiều nào? Biết Tính suất điện động của pin ở đkc? Tính G0 298 của phản ứng? VV OHMn Mn Cl Cl o 55,1 , 36,1 0 2)(2 2 6. Phản ứng 5Fe 3+ +Mn 2+ +12H 2 O ↔5Fe2++MnO4 -+8H2O xảy ra theo chiều nào? Biết 0(Fe3+/Fe2+) = 0,77V ; 0(MnO 4 - /Mn 2+ ) = 1,491V IV.SỰ ĐIỆN PHÂN Sự điện phân: phản ứng oxi hóa khử xảy ra trên bề mặt điện cực khi có dòng điện một chiều đi qua Biến đổi điện năng thành hóa năng Quá trình ở catot (-): nhận e (quá trình khử) Chất nào có tính oxi hóa mạnh nhận trước Quá trình ở anot (+): nhường e (quá trình oxi hóa) Chất nào có tính khử mạnh nhường trước (Đọc thêm SGK) Ví dụ: Điện phân dd CuSO 4 Trong dd CuSO 4 bị điện ly : CuSO 4 Cu2+ + SO 4 2- Catod (-) Anod (+) Cu 2+ , H 2 O SO 4 2- , H 2 O Cu 2+ +2 e Cu 2H 2 O –4e 4 H+ + O 2 Phản ứng: CuSO 4 + H 2 O Cu + O 2 + H 2 SO 4 Ví dụ: Điện phân dd NaCl Trong dd NaCl bị điện ly : NaCl Na+ + Cl- Catod (-) Anod (+) Na + , H 2 O Cl - , H 2 O H 2 O +2 e 1/2H 2 + OH - 2Cl - –2e Cl 2 Phản ứng: NaCl + H 2 O H 2 + Cl 2 + NaOH
File đính kèm:
- bai_giang_hoa_dai_cuong_chuong_6_dien_hoa_hoc.pdf