PIN VÀ ĐIỆN CỰC docx

2 Pin điện hóa là 1 hệ thống biến đổi hóa năng thành điện năng nhờ phản ứng oxy hóa khửxảy ra ở 2 điện cực • NGUYÊN TẮC TẠO THÀNH PIN ĐIỆN HÓA • cho 2 quá trình oxy hóa và khử xảy ra ở 2

Chương 14 PIN & ĐIỆN CỰC

2 Pin điện hóa là 1 hệ thống biến đổi hóa năng thành điện năng nhờ phản ứng oxy hóa khử

xảy ra ở 2 điện cực

• NGUYÊN TẮC TẠO THÀNH PIN ĐIỆN HÓA

• cho 2 quá trình oxy hóa và khử xảy ra ở 2

nơi riêng biệt (được gọi là 2 điện cực) rồi nối 2 điện cực này bằng 1 dây dẫn loại 1 thì dòng electron sẽ được chuyển định hướng từ cực âm sang cực dương

Các thuật ngữ của PIN

KÝ HIỆU PIN

• Điện cực ANOD

• – bán p/ứ oxy hóa

• – là điện cực âm (-)

• – Anion bị hút về anod

• – là điện cực dương (+)

• – Cation bị hút về catod

• - Pin được viết từ TRÁI sang PHẢI [từ (-) sang (+)]

• - Ranh giới giữa điện cực và dd: |

• - Ranh giới giữa 2 dung dịch: ||

• - Ranh giới giữa 2 dd có thế khuếch tán:

• - Giữa các thành phần trong dd hay điện cực: dấu phẩy

THẾ ĐIỆN CỰC

Sự hình thành lớp điện tích kép:

• Khi nhúng kim loại vào trong dd muối của nó,

do chênh lệch về hóa thế của ion kim loại trên điện cực và trong dd mà xảy ra qt hòa tan hay kết tủa

Thế điện cực

• - Sự hình thành lớp điện tích kép gây nên một

bước nhảy điện thế ở điện cực

• Không thể xác định được giá trị tuyệt đối của cácbước nhảy thế này, nên dùng một điện cực làmchuẩn để so sánh:

• Điện cực chuẩn Hydro

• Qui ước ϕ0

H+/H2 = 0

• 2H + + 2e - → H 2

• Khi ghép điện cực khảo sát với điện cực

chuẩn thì sức điện động E của pin tạo thành

chính là độ lớn của ϕ của điện cực đó.

• Ở điều kiện chuẩn (25 o C, hoạt độ các chất =1) -> thế điện cực chuẩn ϕ0

298

• QUY ƯỚC:

• Nếu quá trình là khử ϕ > 0

• chất Oxy hóa có tính Oxy hóa > H+

Nếu quá trình là oxy hóa ϕ < 0

chất Khử có tính Khử > H2

SỨC ĐIỆN ĐỘNG CỦA PIN

• Pin Zn-Cu: (-) Cu|Zn | ZnSO 4 || CuSO 4 | Cu (+)

• Với Δϕi,j là hiêïu thế giữa hai điểm nằm sâu trong lòng

hai pha i,j

• Do Δϕ i,j không đo được bằng thực nghiệm nên phải sử

dụng điện cực so sánh.

• Nếu điện cực so sánh là điện cực tiêu chuẩn Hydro thì

E C , E B là thế điện cực ϕ C , ϕ B của cực (+) & cực (-)

• Sức điện động của một mạch điện

hóa bằng hiệu thế giữa thế điện cực

dương và thế điện cực âm

• (khi không có thế khuếch tán).

E = ϕ+ – ϕ–

• ϕ0 : thế điện cực chuẩn (là thế điện cực khi hoạt

độ các cấu tử bằng 1).

n

T

R

− ϕ

= ϕ

3 Ảnh hưởng của nhiệt độ:

• Hệ số nhiệt độ của SĐĐ

• Hệ số nhiệt độ của thế điện cực:

• Trong khoảng T hẹp gần 298K:

dT

dE T

F n

PHÂN LOẠI ĐIỆN CỰC

• (a) Điện cực loại 1

Điện cực loại 1:

điện cực thuận nghịch cation/anion

Kim loại hoặc phi kim nhúng vào dd chứa ion của nó.

Điện cực khí:

kim loại trơ tiếp xúc với khí và ion khí.

• Kim loại trơ : truyền dẫn điện tử

• xúc tác cho p/ứ điện cực

Điện cực oxy hóa khử:

gồm một kim loại trơ nhúng vào một dd

có cả hai dạng oxy hóa và khử

Các loại mạch điện hóa

• a Mạch hóa học – mạch nồng độ:

• Mạch hóa học: hai điện cực khác nhau về

bản chất hóa học hình thành một pin

• Mạch nồng độ: hai điện cực giống nhau về

bản chất hóa học nhưng khác nhau về hoạt độcủa dung dịch điện cực

b Mạch có tải và mạch không tải:

• Mạch có tải: khi hai điện cực có hai dung dịch, giống hoặc khác nhau về bản chất, tiếp xúc

nhau qua màng xốp → tồn tại thế khuếch tán

• Mạch không tải: 2 dung dịch điện cực không

tiếp xúc trực tiếp nhau

• Có thể sử dụng mạch kép để loại bỏ hoàn toànthế khuếch tán

c Mạch thuận nghịch và không

thuận nghịch:

• Phản ứng oxy hóa khử xảy

theo chiều nào còn tùy

hiệu thế tác động:

• * Nếu hiệu thế tác động

lớn hơn sđđ của mạch

• V > E : mạch làm việc như

điện phân (thu điện)

• * Nếu V < E: mạch làm

việc như pin điện (máy

phát điện)

• chế tạo nguồn điện làm việc nhiều lần

• Mạch không thuận nghịch

• Khi thay đổi điện thế áp vào mạch, thì

xảy ra 2 p/ứ oxy hóa khử khác nhau

• không có khả năng tái tạo chất ban đầu

Điện thế khuếch tán

• Khi 2 dd khác nhau về dạng chất điện ly hoặc

nồng độ mà tiếp xúc nhau, tại bề mặt phân

chia 2 dd sẽ xuất hiện 1 hiệu điện thế gọi là

thế khuếch tán

• Nguyên nhân: linh độ khác nhau của các

cation và anion → xuất hiện lớp điện tích kép

→ xuất hiện bước nhảy thế

• SĐĐ mạch có tải có 3 bước nhảy thế:

•

kt tải E

dương hay âm

dương hay âm

Cách xác định thế khuếch tán

(tự đọc)

Etải = E thì ϕkt = 0

tức λ- = λ+Nếu t- = t+

Etải < E thì ϕkt < 0

tức λ- < λ+Nếu t- < t+

Etải > E thì ϕkt > 0

tức λ- > λ+Nếu t- > t+

Biện pháp loại trừ thế khuếch tán

Dùng cầu muối: dung dịch đậm đặc của

một muối có linh độ cation gần bằng anion

Ví dụ: KCl, KNO3, NH4Cl, NH4NO3, …

→ ϕkt không đáng kể

•Tạo mạch kép:

•loại bỏ hoàn toàn ϕkt

•(TỰ ĐỌC)

• 3 Chuẩn độ điện thế

• 4 Xác định một số đại lượng hóa lý:

số tải, γ±, tích số tan

CÁC NGUỒN ĐIỆN HÓA

Pin sơ cấp Pin thứ cấp Pin nhiên liệu

Pin sơ cấp — làm việc

1 lần trên cơ sở pin

khơng thuận nghịch

-> khơng thu lại chất

ban đầu • Pin thứ cấp (Acquy)

• làm việc nhiều lần dựa trên cơ sở pin thuận nghịch

• -> nạp điện sử

dụng lại

Anod (-)

Catod (+)

Pin khoâ

Pin Alkaline

Anode (-): Zn + 2 OH - -> ZnO + H 2 O +

2e-Cathode (+): 2 MnO 2 + H 2 O + 2e- ->

Mn 2 O 3 + 2 OH

35 anode: 2H 2 (k) + 4OH - (dd) > 4H 2 O(l) + 4e -

cathode: O 2 (g) + 2H 2 O(l) + 4e - > 4OH - (dd)

TỔNG: 2H 2 (g) + O 2 (g) > 2H 2 O(l)

• - Dòng chất phản ứng (nhiên liệu + chất oxy hóa)

được đưa vào liên tục và đồng đều cho các điện cực

• - Pin nhiên liệu làm việc liên tục, không trữ lại hóa

năng

• - Phản ứng tổng = phản ứng đốt cháy

PIN NHIÊN LIỆU