Suất điện động của pin được coi là dương nếu dòng điện trong pin đi từ trai sang phảidòng electron đi từ phải sang trai.
Trang 1Nghiên cứu điện hoa : 1- pin.
2- ăn mòn kim loại, xi mạ.
3- sản xuất hoa chất công nghiệp (chlor, flour, xút, Al ).
4- phản ứng oxi hoa khử sinh học.
Trang 2Sự oxi hoa: Zn (s) Zn 2+ (aq) + 2 e
-Sự khử: Cu 2+ (aq) + 2 e - Cu (s)
Zn (s) + Cu 2+ (aq) Zn 2+ (aq) + Cu (s) (không có dòng điện hữu ích)
7.1 Pin điện hoa (biến đổi hoa học phat sinh dòng điện)
Để có dòng điện hữu ích, tach tac nhân oxi hoa và tac nhân khử phản ứng riêng ở hai nơi, dòng electron được di chuyển qua mạch ngoài.
Trang 3Cầu muối
Sự oxi hoa: Zn (s) Zn 2+ (aq) + 2 e - Sự khử: Cu 2+ (aq) + 2 e - Cu (s)
Chiều dòng điện từ cực dương sang cực âm
Trang 5Kim loại tan ra Kim loại được bồi đắp Cầu muối giúp cac cation và anion di chuyển giữa cac cac điện cực để trung hoà điện tích.
Trang 67.2 Thế điện cực pin (E)
Cac điện tử chuyển từ anode (-) đến catode (+)
bằng lực hoạt động electron.
Giữa hai điện cực có hiệu số điện thế, mỗi
điện cực có lớp điện tích kép, sinh ra bước
nhảy thế.
Pin Zn/Cu thế 1,1 volt tại 25 0 C khi:
[Zn 2+ ] = [Cu 2+ ] = 1 M.
E 0 = 1,1 v gọi là thế điện cực tiêu chuẩn.
Trang 77.2 Thế điện cực pin (E)
Nếu biết E 0 của mỗi nửa phản ứng thì có thể tính được E 0 của pin.
Sự oxi hoa: Zn (s) Zn 2+ (aq) + 2 e
-Sự khử: Cu 2+ (aq) + 2 e - Cu (s)
Zn (s) + Cu 2+ (aq) Zn 2+ (aq) + Cu (s)
Trang 87.2 Thế điện cực pin (E)
Không thể đo thế điện cực của mỗi nửa phản ứng
một cach trực tiếp
Sự oxi hoa: Zn (s) Zn 2+ (aq) + 2 e
-Sự khử: Cu 2+ (aq) + 2 e - Cu (s)
Phải ghép với một điện cực có thế điện cực qui ước
bằng 0
Quy ước thế điện cực hydro tiêu chuẩn ở mọi nhiệt
độ bằng 0, điều kiện hoạt độ của H 3 O + và hoạt ap
của khí hydro bằng 1
2 H + (aq, 1 M) + 2 e - H 2 (g, 1 atm) , E 0 = 0,0 v
Trang 9Khí H 2
Pt, H 2 H 3 O + Zn 2+ Zn Phản ứng tạo dòng là: Zn + 2 H 3 O + = Zn 2+ + H 2 + 2 H 2 O
Thế điện cực là suất điện động của pin gồm điện cực hydro tiêu chuẩn ghi bên trai và
điện cực khảo sat ghi bên phải E = E (phải) – E (trai)
Trang 10Pt, H 2 H 3 O + Zn 2+ Zn Phản ứng tạo dòng là: Zn + 2 H 3 O + = Zn 2+ + H 2 + 2 H 2 O
Suất điện động của pin được coi là dương nếu dòng điện trong pin đi từ trai sang phải
(dòng electron đi từ phải sang trai) Ngược lại suất điện động sẽ là âm.
E (pin) = E (phải ) – E (2H + /H 2 trai ) = + 0,76 v E (phải) = + 0,76 v
Zn Zn 2+ + 2 e
-Zn -Zn 2+ + 2 e
-E (phải) = + 0,76 v
E (Zn 2+ /Zn) = - 0,76 v
Theo công ước quốc tế Stockholm 1968, phản ứng điện cực là phản ứng khử,
thế điện cực cân bằng theo công ước này là thế khử
M n+ + n e - = M
Trang 11Suất điện động của pin được coi là dương nếu dòng điện trong pin đi từ trai sang phải
(dòng electron đi từ phải sang trai) Ngược lại suất điện động sẽ là âm.
E (pin) = E(phải) – E (2H + /H 2trai ) = + 0,34 v
Pt, H 2 H 3 O + Cu 2+ Cu
Phản ứng tạo dòng là: H 2 + Cu 2+ + 2 H 2 O = Cu + 2 H 3 O +
E (Cu 2+ /Cu) = + 0,34 v
Sự oxi hoa: Zn (s) Zn 2+ (aq) + 2 e - E = + 0,76 v
Sự khử: Cu 2+ (aq) + 2 e - Cu (s) E = + 0,34 v
Zn (s) + Cu 2+ (aq) Zn 2+ (aq) + Cu (s) E = + 1,1 v
Trang 127.2 Thế điện cực pin (E)
Từ gia trị thế điện cực tiêu chuẩn có thể cho biết một số nhận xét quan trọng
1- dấu của thế điện cực tiêu chuẩn âm hay dương cho biết dạng khử hoạt động mạnh hơn hay yếu hơn hydro Độ lớn cho biết hoạt động mạnh hơn hay yếu hơn nhiều hay it.
Ví dụ E (Na + /Na) = - 2,714 v gia trị nhỏ, nên dạng khử (Na kim loại) hoạt động mạnh, Na dễ dàng nhường điện tử Dạng oxi hoa (Na + ) hoạt động yếu, rất khó nhận electron
Thế điện cực tiêu chuẩn của điện cực nào càng nhỏ thì dạng khử hoạt động càng mạnh, còn dạng oxi hoa hoạt động càng kém và ngược lại.
Ví dụ E (MnO 4 - /Mn 2+ ) = + 1,51 v thế khử tiêu chuẩn lớn, nên dạng khử (Mn 2+ ) hoạt động yếu Dạng oxi hoa (MnO 4 - ) hoạt động mạnh
Trang 137.2 Thế điện cực pin (E)
Từ gia trị thế điện cực tiêu chuẩn có thể cho biết một số nhận xét quan trọng
2- cặp oxi hoa khử nào có thế điện cực tiêu chuẩn lớn thì dạng oxi hoa của cặp đó có thể
oxi hoa được dạng khử của cặp có thế điện cực tiêu chuẩn nhỏ hơn.
Ví dụ E (MnO 4 - /Mn 2+ ) = + 1,51 v thế khử tiêu chuẩn lớn hơn E (Fe 3+ /Fe 2+ ) = + 0,771 v , nên dạng oxi hoa (ion MnO 4 - ) có thể oxi hoa được dạng khử (ion Fe 2+ )
Ví dụ E (Ag + /Ag) = + 0,799 v thế khử tiêu chuẩn lớn hơn E (Zn 2+ /Zn) = - 0,763 v , nên dạng oxi hoa (ion Ag + ) có thể oxi hoa được dạng khử (Zn)
Những kim loại có thế điện cực tiêu chuẩn âm (nhỏ hơn không) thì mới có thể đẩy được hydro ra khỏi dung dịch acid loãng E (Cu 2+ /Cu) = + 0,34 v, đồng không phản ứng.
Trang 147.2 Thế điện cực pin (E)
Cu 2+ + 2 e - Cu + 0,34 v
2 H + + 2 e - H 2 + 0,00 v
Zn 2+ + 2 e - Zn - 0,76 v
Khả năng oxi hoa của ion tăng
Khả năng khử của kim loại tăng
Bất kỳ chất bên phải sẽ khử được chất cao hơn nó bên trai Zn có thể khử H + và Cu 2+
Cu không thể khử H + và Zn 2+
Trang 157.3 C hiều phan ứng oxi hoa khử – phương trình Nersnt
Phản ứng tự xảy ra khi biến đổi enthalpy tự do âm
Phản ứng oxi hoa khử chỉ có thể xảy ra khi E > 0
ΔG T = - nFE
ΔG 0 = - nFE 0
Điều kiện tiêu chuẩn
nFE 0 = RTLnK
mặt khac ΔG 0 = - RTLnK
E 0 = 0,059
Trang 167.3 C hiều phan ứng oxi hoa khử – phương trình Nersnt
Phản ứng tự xảy ra khi biến đổi enthalpy tự do âm
Phản ứng oxi hoa khử chỉ có thể xảy ra khi E > 0
ΔG T = - nFE
ΔG 0 = - nFE 0
Điều kiện tiêu chuẩn
- nFE = - nFE 0 + RTLnK CB
mặt khac ΔG T = ΔG 0 + RTLnK CB
E = E 0 - 0,059
n lgK CB Phương trình Nernst
Trang 177.3 C hiều phan ứng oxi hoa khử – phương trình Nersnt
Công thức Nernst có dạng E M n+ / M = E 0
M n+ /M + 0,059
n lg [M n+ ]
M n+ + n e - M
Công thức Nernst có dạng E Fe3+ / Fe2+ = E 0
Fe3+/Fe + 0,059
1 lg [Fe 3+ ]/[Fe 2+ ]
Fe 3+ + e - Fe 2+
Thế khử phụ thuộc nồng độ cac dạng, pH dung dịch, nên chiều phản ứng oxi hoa khử phụ thuộc vào bản chất cac cặp còn phụ thuộc nồng độ cac dạng và pH
Trang 18Michael Faraday (1791 – 1867)