DUNG DỊCH ĐIỆN LY ppsx

Thuyết điện ly hiện đạiSự điện ly là do có tác dụng tương hỗ giữa chất điện ly và các phân tử dung môi để tạo thành các ion bị solvat hóa.. Độ dẫn điện của dung dịch điện ly trong dung m

Trang 1

CHƯƠNG 5

DUNG DỊCH ĐIỆN

LY

Trang 3

5.1 Tính bất thường của dung dịch điện ly

Thực nghiệm Lý thuyếtP

Trang 4

Hệ số điều chỉnh i Van’t Hoff

m

C K i T

i.C.R.T

tn lt

D,

tn D, lt

S,

tn S, lt

tn

π

π ΔT

ΔT ΔT

ΔT ΔP

ΔP i

5.1 Tính bất thường của dung dịch điện ly

 i phụ thuộc vào bản chất và nồng độ chất tan

 Trong dung dịch loãng, có giá trị từ 2 – 4

Trang 5

5.2 Thuyết điện ly

Trang 6

Thuyết điện ly Arrhenius

do

Quá trình điện ly

không giải thích đƣợc khảnăng dẫn điện khác nhau

và nguyên nhân

Trang 7

Arrhenius cho rằng:

Khi hòa tan trong nước các dung dịch bị phân ly thành các phần tửnhỏ hơn mang điện tích gọi là các ion Ion dương gọi là cation và iontích điện âm được gọi là anion

Thuyết điện ly Arrhenius

Trang 8

Thuyết điện ly hiện đại

Sự điện ly là do có tác dụng tương hỗ giữa chất điện ly và các phân tử dung môi để

tạo thành các ion bị solvat hóa

Trang 10

Phân lọai chất điện ly

Chất điện ly

Chất điện ly mạnh Chất điện ly yếu

Trang 11

Hằng số điện ly - K

n m

n m m

n

D

B A

B

A K

5.3 Độ điện ly và hằng số điện ly

Trang 12

Trang 13

1 i

α

m

C K i T

i.C.R.T π

Trang 14

 Dung dịch rất loãng, dung dịch chất điện ly yếu giống dung dịch lý tưởng.

 Dung dịch có nồng độ cao hơn không sử dụng được như dung dịch

lý tưởng Do đó, cần hiệu chỉnh:

+ Nồng độ  Hoạt độ+ Áp suất  Hoạt áp

5.4 Hoạt độ - Hệ số hoạt độ

Trang 15

Xét quá trình phân ly của M +A -:

M +A - = +M + -ATrong đó:

Trang 16

Hệ số hoạt độ trung bình của ion là:

ν

1 ν ν

m m m

Hoạt độ trung bình của ion là:

Đặc trưng cho sự sai lệch nồng

độ dung dịch so với lý tưởng

ν ν

a a a

Hoạt độ chất điện ly hòa tan:

Trang 18

Trong đó:

i - ký hiệu của tất cả các ion trong dung dịch

mi hay Ci - nồng độ thực của các ion

2 i i

Công thức

5.5 Lực ion

Trang 19

CHƯƠNG 6

ĐIỆN HÓA HỌC

Trang 20

Nội dung

6.1 Khái niệm cơ bản

6.2 Độ dẫn điện

6.3 Linh độ ion và linh độ ion H+ - OH

-6.4 Độ dẫn điện của dung dịch điện ly trong dung môi khác

6.5 Số chuyển vận của các ion

6.6 Phương pháp đo độ dẫn điện và ứng dụng

6.7 Bài tập

Trang 21

Thay đổi thành phần hóa học

Khi dẫn điện, tại bề mặt tiếp xúc

Phản ứng hóa học xảy ra

Vật thể khác loại Ion – điện tử Điện tử - ion

Trang 22

 Những dung dịch điện ly, chất điện ly nóng chảy, các khí ion hóa.

 Dẫn điện do sự chuyển vận của các ion

6.1.2 Phân loại dây dẫn

Dựa vào bản chất dẫn điện, FARADAY chia thành 2 loại

 Những dây làm bằng kim loại (đồng,

Trang 23

• Cực âm (Catod)

+ Electron chuyển từ điện cực (nối

cực ÂM nguồn điện) đến ion (trong

DƯƠNG nguồn điện)+ Phản ứng khử xảy ra

Dây dẫn loại 2 Dây dẫn loại 2 (CATOD)q

q

Trang 25

Khi cho cùng một điện lượng đi qua các dung dịch điện

ly khác nhau thì lượng chất thoát ra hay bám lên trên bề mặt điện cực đó tỷ lệ với đương lượng điện hóa của

Trang 26

Định luật Faraday 1

6.1.4 Định luật Faraday

6.1 Khái niệm cơ bản

Để chuyển hóa một đương lượng gam của một chất bất kỳ bằng điện phân cần một điện lượng bằng chính số FARADAY.

Tức là cho điện lượng 1F qua thì thu được 1 đlg

q = 1F  m = k0x1F = Đ  đương lượng điện hóa)

k0 = Đ/F

Trang 27

1C (culong) = 1 ampe.giây

1F = 26,8 ampe.giờ = 96484,520 96500 C

6.1.4 Định luật Faraday

6.1 Khái niệm cơ bản

Một số chuyển đổi đơn vị

Trang 28

6.2 Độ dẫn điện

6.2.1 Độ dẫn điện riêng

Độ dẫn điện riêng ( -1.cm-1)

Là độ dẫn điện của một dung dịch có thể tích

V = 1cm 3 , đƣợc đặt giữa hai điện cực phẳng song song có diện tích nhƣ nhau (cm 2 ) và cách nhau 1 cm.

- điện trở riêng, điện trở của dây dẫn dài 1cm, tiết diện 1cm 2

ρ 1 χ

Trang 29

s

ρ R

; R

Trang 30

Là độ dẫn điện của một thể tích tính theo cm 3 chứa đúng một đương lượng gam chất điện ly nằm giữa hai điện cực phẳng song song cách nhau 1cm.

Độ dẫn điện đương lượng

(cm2/đlg )

6.2.2 Độ dẫn điện đương lượng

Trang 31

1000

χ λ

Trang 32

λ : độ dẫn điện đương lượng giới hạn (dung dịch vô cùng loãng)

A : giá trị thực nghiệm Phụ thuộc T, P, dung môi, chất điện ly

Đối với chất điện ly mạnh, thích hợp PT thực nghiệm Kohlrausch:

λ λ

Trang 33

Đối với chất điện ly mạnh (α = 1)

Với chất điện ly yếu khi dung dịch vô cùng loãng:

Đối với chất điện ly yếu:

, + , - : độ dẫn điện đương lượng tới hạn các ion với dung dịch vô cùng loãng (cm 2 / đlg)

Trong đó:

Định luật thứ hai Kohlrausch

λ λ

λ

Trang 34

Đối với chất điện ly yếu:

Khảo sát quá trình phân ly:

AB = A + + B

-Ta có hằng số phân ly nhƣ sau:

λ λ

λ

C

λ K

2

Trang 35

Quan hệ giữa - C

Chất điện ly mạnh (PT thực nghiệm Kohlrausch):

Chất điện ly yếu, phương trình nghiệm đúng:

C A

λ λ

-c

K

1

2

λ

λ.C λ

λ 1

Trang 36

Định luật giới hạn Debye - Huckel

Định luật giới hạn Debye – Huckel về hệ số hoạt độ (hay phương trình gần đúng

bậc nhất):

Phương trình giới hạn của hệ số hoạt độ trung bình có dạng:

cI

l g i A Zi2

cI

Trang 37

c

I

l g i A Zi2

Nếu dùng nồng độ molan, khi dung dịch loãng Ci = mi. o

c

I

m

I

l g i A ' Zi2

m

I

Ở 250C, A’ = 0,509

o

ρ A '

A

Trang 38

Ở 25 0 C, sự gần đúng bậc hai có dạng

I B.

1

I

l

a

Z A

I B.

1

I

l

a

Z Z A g

I

Trang 39

Khi nồng độ dung dịch lớn hơn, vƣợt quá nồng độ giới hạn của định luật giới hạn

1

I

l

a

Z A

I B.

1

I

l

a

Z Z A g

Trang 40

Phương trình Onsager

Đối với chất điện ly 2 – 1 trong nước, PT Onsager có dạng:

Đối với chất điện ly 1 – 1 trong nước, PT Debye – Onsager:

C η

T

ε T

.

- độ thẩm điện môi; - độ nhớt; c – nồng độ

Trang 41

 Linh độ ion chính là tốc độ tuyệt đối của các ion, đơn vị

cm2/von.giây

 Gọi: +, - là tốc độ chuyển động các ion

o+, o- là tốc độ tuyệt đối các ion

Ta có:

6.3 Linh độ ion – Linh độ ion H+ - OH

-6.3.1 Khái niệm

: Cường độ điện trường

Trang 42

Áp dụng định luật Ohm và kết hợp một số biểu thức khác, ta đƣợc kết quả cuối cùng:

-6.3.1 Khái niệm

Điện ly mạnh:

Điện ly yếu:

Trang 43

-6.3.2 Linh độ ion của các ion H+ và OH

-Nguyên nhân

Trang 44

 Độ dẫn điện của các dung dịch khác dung môi nước được xác định qua các đại lượng Cion, tốc độ chuyển vận và bản chất dung môi.

 Thông thường độ dẫn điện của chúng nhỏ hơn so với trong nước, là do

độ phân ly thấp (ngoại lệ NH3 trong HCN)

6.4 Độ dẫn điện trong các dung môi khác nước.

Trang 45

6.5 Số chuyển vận các ion

6.5.1 Khái niệm

Là tỷ số giữa điện lƣợng mang bởi một loại ion nào đó

qua tiết diện của chất điện ly và tổng điện lƣợng đi qua

tiết diện dung dịch điện ly đó.

Số chuyển vận các ion ( số tải )

i

i i

q q t

Trang 46

6.5.1 Khái niệm

Trong dung dịch chứa hai loại ion gồm cation và anion thì:

λ λ

λ v

v

v v

v

v q

q

q t

o o

o

λ λ

λ v

v

v v

v

v q

q

q t

o o

o

Trang 47

Anod (+)

Catod (-)

+ + + + + + _ _ _ _ _ _

(A)

(B)

(C)

+ + + + + + _ _ _ _ _ _

+ _

+ + + + + _ _ _ _ _

-+ -+ + + + +

6.5.2 Phương pháp Hittorf xác định số chuyển vận

Ta đƣợc:

5 λ

λ v

Trang 48

6.5 Số chuyển vận các ion

6.5.2 Phương pháp Hittorf xác định số chuyển vận

Tính toán theo phương pháp Hittorf

c a

a c

a

a o

o

m m

m n

n

n λ

λ

λ v

v

v t

Số vận chuyển của các ion đƣợc xác định theo quan hệ sau:

c a

c c

a

c o

o

m m

m n

n

n λ

λ

λ v

v v t

Trang 50

6.5 Số chuyển vận các ion

6.5.3 Phương pháp ranh giới di động

Tính toán theo phương pháp ranh giới di động

q

C F S

x t

Số vận chuyển của cation đƣợc xác định theo quan hệ sau:

Trang 51

Phương pháp cầu Wheatstone

Hiệu chỉnh điện dung

Rc = 1/ C

Trang 52

Người ta sử dụng các bình đo đo dẫn điện, thay vì đo và S của điện cực bình thì người ta đo k = /S thông qua việc đo điện trở của chất đã biết chính xác độ dẫn điện riêng Sau đó, tính như sau:

k

Người ta thường dùng dung dịch điện ly chuẩn KCl

Trang 53

6.6 PP đo độ dẫn điện - Ứng dụng

6.6.1 Phương pháp đo độ dẫn điện

Điện trở của dung dịch KCl 0,02N ở 25 o C trong một bình đo độ dẫn điện đo được là 457 Biết độ dẫn điện riêng của dung dịch là 0,0028 -1 cm -1 Dùng bình này đo độ dẫn điện của dung dịch CaCl2 chứa 0,555g CaCl2 trong 1 lít có giá trị là 1050 Xác định độ dẫn điện đương lượng của dung dịch CaCl2?

Ví dụ 1

Trang 54

 Trong điện phân, tiết kiệm năng lƣợng và nâng cao chất

Trang 55

χ

Trang 58

CHƯƠNG 7

PIN – ĐIỆN CỰC

Trang 59

Nội dung

3.1 Pin điện hóa

3.2 Nhiệt động học của pin và điện cực 3.3 Các loại điện cực và Mạch điện hóa 3.4 Ứng dụng của sức điện động

3.5 Nguồn điện hóa học

3.6 Bài tập

Trang 60

Quan sát mô hình sau (nguyên tố Gavanic Cu – Zn) 3.1 Pin điện hóa

3.1.1 Khái niệm pin điện hóa

Trang 61

Cấu tạo

Hai dung dịch sunfat đƣợc chứa trong những dụng cụ riêng biệt vàtiếp xúc với nhau bằng một cầu muối đó là ống thủy tinh chứa đầydung dịch chất dẫn điện Na2SO4 Hai thanh kẽm và đồng đƣợc nốivới nhau bằng dây dẫn kim loại

Nguyên tố gồm hai điện cực

Trang 62

Hiện tƣợng

 Kim điện kế G chỉ dòng điện đi từ Cu sang Zn

 Khối lƣợng Zn giảm, khối lƣợng Cu tăng

 [ZnSO4+ tăng, *CuSO4] giảm

Trang 63

Quá trình làm việc

Zn Zn+2 + 2e

Ở điện cực kẽm (cực âm): xảy ra quá trình oxy hóa, sự khử

Ở điện cực đồng (cực dương): xảy ra quá trình khử, sự oxy hóa

Cu+2 + 2e Cu

Tổng phản ứng

Cu+2 + Zn = Cu + Zn2+

Trang 64

Khái niệm PIN

Pin là một hệ biến đổi hoá năng thành điện năng nhờ phản ứng oxy hóa – khử xảy ra

trên điện cực.

Trang 65

Ký hiệu

Ký hiệu nguyên tố Gavanic đồng - kẽm bằng sơ đồ sau:

(-) Zn/ ZnSO4// CuSO4/ Cu (+)hay (-) Zn/ Zn+2// Cu2+/ Cu (+)

Trang 66

Quy ước viết ký hiệu Pin

 Điện cực âm viết bên trái, cực dương viết bên phải

 Ngăn cách điện cực và dung dịch điện ly bằng 1 dấu gạch chéo (khác

pha) Điện cực gồm nhiều thành phần thì ngăn cách giữa các thành

phần bằng dấu phẩy

 Ngăn cách 2 dung dịch điện ly bằng 2 dấu gạch chéo (//) hoặc một vạch

3 chấm nếu tại ranh giới có điện thế khuếch tán

(-) Zn/ ZnSO4//CuSO4/Cu (+); (-) Zn/ ZnSO4 CuSO.4/Cu (+);

Trang 67

Một vài mô hình về Pin điện hóa

Trang 68

Zn(s) | Zn2+(aq) || Cu2+(aq) | Cu(s) Ecell = 1.103 V

Trang 69

Pin có điện cực khí

Trang 70

(-)Pt|Fe2+(0.10 M),Fe3+(0.20 M)||Ag+(1.0 M)|Ag(+)

Trang 71

3.1.2 Thế điện cực

+ + + + + +

– – – – – –

Kim loại

Dung dịch

dd

kl μ μ

– – – – – –

+ + + + + +

Kim loại

Dung dịch

dd

kl μ μ

Khảo sát quá trình nhúng thanh kim loại vào dung dịch

Sự hình thành lớp điện tích kép tại ranh giới điện cực

Trang 72

Kết quả

Hình thành lớp điện tích kép

Tại ranh giới điện cực – dung dịch

Bước nhảy thế (Hiệu điện thế)

Thế điện cực

Trang 73

Định nghĩa

Thế điện cực của một điện cực là đại lƣợng biểudiễn bằng sự khác biệt thế của điện cực đó so vớiđiện cực chuẩn Ký hiệu: φ

Trang 74

Điện cực chuẩn

 Điện cực hydro: tấm Pt tráng

muội Pt nhúng vào dung dịch

axít và đƣợc bão hòa khí

Trang 75

 Đo điện cực đồng:

+ Lập pin: (-) Pt,H2 H+ Cu2+ Cu (+)+ aCu2+ = 1; 250C; đo SĐĐ pin = 0,337V

Ví dụ

V 337 ,

0

φ0

Cu /

Cu2

 Đo điện cực kẽm:

+ Lập pin: (-) Pt,H2 H+ Zn2+ Zn (+)+ aZn2+ = 1; 250C; đo SĐĐ pin = -0,7628V

7628 ,

0

φ0

Cu /

Cu2

Trang 76

Phương trình Nernst

oxh + ne KhTổng quát hóa đối với quá trình điện cực viết theo chiều oxy hóa:

Chúng ta có: n : số electron trao đổi

F : hằng số Faraday

R : hằng số khí

T : nhiệt độ tuyệt đối (K)

oxh

kh 0

a

a ln nF

RT φ

φ

Trang 77

Phương trình Nernst

Khi T = 298K, R = 8,314 J/mol.K; F = 96500 Culông và ln = 2,3lg ta đượcdạng cụ thể của phương trình Nernst cho phép tính thế điện cực củamột điện cực bất kz ở 250C:

oxy

kh 0

a

a ln nF

RT φ

φ

oxh

kh 0

a

a lg n

059 ,

0 φ

φ

Trang 78

Chúng ta xét nguyên tố ganvanic đồng - kẽm:

(-) Zn/ Zn2+// Cu2+/ Cu (+) Xác định thế điện cực của đồng và kẽm??

Ví dụ

Trang 79

(-) Zn/ Zn2+// Cu2+/ Cu (+)Phản ứng điện cực:

+ Cực (-): Zn = Zn2+ + 2e+ Cực (+): Cu2+ + 2e = Cu

2

2 2

Cu

0

Cu / Cu Cu

/

1 ln

F 2

RT φ

φ

2 2

2

Zn

0

Zn / Zn Zn

/

F 2

RT φ

φ

Trang 80

 Khi làm việc, pin sinh dòng điện tạo ra từ công hữu ích A của phản ứng oxy

hóa – khử

 Khi pin làm việc thuận nghịch nhiệt động của công chính là công hữu ích

cực đại A’max Theo nguyên lý 2:

ΔG = A’max

 Công điện chuyển hoá 1 mol chất:

A’max = q.E = nFE

Trang 81

Vậy: E = φ+ - φ

-3.2 Nhiệt động học của Pin và điện cực

3.2.2 Sức điện động của pin

Chú ý:

[1] vì E > 0 nên φ+> φ

-[2] Cho thế điện cực  cực dương – âm của PIN

Sức điện động = (thế điện cực dương) – (thế điện cực âm)

Trang 82

Xét nguyên tố ganvanic đồng - kẽm:

(-) Zn/ Zn2+// Cu2+/ Cu (+) Xác định sức điện động của PIN trên???

Ví dụ

3.2 Nhiệt động học của Pin và điện cực 3.2.2 Sức điện động của pin

Trang 83

Sức điện động của nguyên tố ganvanic đồng - kẽm là:

2

Cu

Zn 0

C

ClnF

2

RTE

Zn

0 Cu

C

ClnF

2

RT)

φφ

(E

E = φ+ - φ- = φCu - φZn

3.2 Nhiệt động học của Pin và điện cực

3.2.2 Sức điện động của pin

Trang 84

Giả sử phản ứng xảy ra trong pin:

aA + bB = cC + dDPhương trình Nernst:

– sức điện động tiêu chuẩn– thế điện cực tiêu chuẩn của điện cực (+) và (-)

0 0

0E

0 0

c A

c D

c C 0

a a

a

a lg nF

RT -

c D

c C 0

a a

a

a lg n

059 ,

0 - E

= E

250C

Trang 85

Trong khoảng nhiệt độ hẹp, xem không đổi và gần 250C ta có phương trình quan hệ:

Đối với sức điện động:

Đối với thế điện cực:

nF

S nF

S S

T

nF

S nF

S S

T

oxh kh

3.2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ

t

Trang 86

- Nếu E > 0  ΔG < 0: phản ứng xảy ra theo chiều thuận.

- Nếu E < 0  ΔG > 0: phản ứng xảy ra theo chiều ngƣợc lại

Trang 87

3.2.5 Khảo sát phản ứng

Quan hệ giữa E – Thông số nhiệt động

 Khi khảo sát một phản ứng, thành lập PIN củua phản ứng đó, tiến

dE nF

S

Trang 88

Khảo sát phản ứng clo hóa bạc:

Ag + ½ Cl2 = AgCl

Ta lập Pin: (-) Ag,AgCl/HCl/Cl2,Pt (+)+ Cực âm: Ag + Cl- - e = AgCl (r)+ Cực dương: ½ Cl2 + e = Cl-

Đo sức điện động pin này: E = 1,132V (ở 250C)

Đo hệ số nhiệt độ: dE/dT = -0,000477V/KTính:

Trang 90

Điện cực

3.3 Các loại điện cực – Mạch điện hóa

3.3.1 Phân loại điện cực

Trang 91

 Định nghĩa điện cực

 Ký hiệu điện cực

 Phản ứng xảy ra trên điện cực

 Phương trình Nernst áp dụng tính thế

Nội dung cần nắm đối với một điện cực

3.3 Các loại điện cực – Mạch điện hóa 3.3.1 Phân loại điện cực

Trang 92

n n

M

0 /M M M

M 0

/M M /M

nF

RT φ

a

a ln nF

RT φ

φ

-n 0 A

0

lna

RT φ

a ln

RT φ

φ

Trang 93

Điện cực đồng: Cu2+/CuPhản ứng điện cực: Cu2+ + 2e = CuPhương trình Nernst ở 250C:

2 2

n

2 2

u C

0 /Cu u

C u

C

0 /Cu u

C /Cu

u

2

0,059 φ

a

1 lg

nF

RT φ

φ

Điện cực loại 1

Ví dụ:

Định dạng
Số trang	185
Dung lượng	2,18 MB