ôn tập tốt nghiệp điện hóa

Câu1.  Động học điện hóa là gì? Là động học các quá trình điện cực xem xét các quá trình phụ thuộc vào cường độ dòng điện(qt không cân bằng diễn ra trên điện cực theo thời gian)  Quá thế là gì? Quá thế là hiện tượng khi đặt vào điện cực một hiệu điện thế bằng thế điện cực nhưng không xảy ra quá trình điện phân mà cần một hiệu điện thế cao hơn.  Quá thế trên điện cực có những loại nào, nếu đặc điểm của những loại quá thế này, công thức tính ?  Ý nghĩa của quá thế. Quá thế có ý nghĩa lớn đối với ứng dụng điện hóa, do quá thế của hydro lớn mà ta có thể giải phóng kim loại từ dung dịch. Tuy nhiên trong một số trường hợp quá thế là có hại.  Quá thế ảnh hưởng đến sức điện động của pin, hiệu điện thế thực tế cần sử dụng trong quá trình điện phân như thế nào? Hiệu điện thế thực tế cần sử dụng phải lớn hơn thế điện cực thì phản ứng điện hóa mới xảy ra được.  Mục đích của nghiên cứu động học điện hóa Nghiên cứu động học của phản ứng điện hóa là khảo sát, nghiên cứu tốc độ của phản ứng điện hóa, các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ của phản ứng.  Một số yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng điện hóa - Quá trình chuyển chất Ox, Red từ bề mặt điện cực ra ngoài dung dịch, hay ngược lại - Các sản phẩm trung gian, hấp phụ, khử hấp phụ điện cực - Các quá trình trao đổi điện tử ở bề mặt điện cực. Quá trình xảy ra trên điện cực gồm những giai đoạn nào ?  Các quá trình xảy ra trên điện cực gồm các giai đoạn sau: 1. Giai đoạn khuyếch tán ion từ nới có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp. 2. Giai đoan xảy ra phản ứng điện hóa 3. Giai đoạn tạo thành tướng mới. - Nếu sản phẩm là chất khí thì có 3 giai đoạn nhỏ: nguyển tử khí hấp thụ trên điện cưc liên kết với nhau để tạo thành phân tử, các phân tử hợp lại thành bọt khí, tách bọt khí ra khỏi bề mặt điện cực. - Nếu sản phẩm là chất rắn giai đoạn 3 sẽ tạo mạng lưới tinh thể - Nếu là chất còn nằm trong dd thì sẽ hình thành phân tử các chất và tách khỏi bề mặt điện cực đi vào dung dịch Giai đoạn thứ nhất và giai đoạn 3 có cùng qui luật và được gọi là quá trình chuyển chất Câu 2

ÔN TẬP ĐIỆN HÓA Câu1.

 Động học điện hóa là gì?

Là động học các quá trình điện cực xem xét các quá trình phụ thuộc vào cường độ dòng điện(qt không cân bằng diễn ra trên điện cực theo thời gian)

 Quá thế là gì?

Quá thế là hiện tượng khi đặt vào điện cực một hiệu điện thế bằng thế điện cực nhưng không xảy ra quá trình điện phân mà cần một hiệu điện thế cao hơn

 Quá thế trên điện cực có những loại nào, nếu đặc điểm của những loại quá thế này, công thức tính ?

 Ý nghĩa của quá thế.

Quá thế có ý nghĩa lớn đối với ứng dụng điện hóa, do quá thế của hydro lớn mà ta

có thể giải phóng kim loại từ dung dịch

Tuy nhiên trong một số trường hợp quá thế là có hại

 Quá thế ảnh hưởng đến sức điện động của pin, hiệu điện thế thực tế cần sử dụng trong quá trình điện phân như thế nào?

Hiệu điện thế thực tế cần sử dụng phải lớn hơn thế điện cực thì phản ứng điện hóa mới xảy

ra được

 Mục đích của nghiên cứu động học điện hóa

Nghiên cứu động học của phản ứng điện hóa là khảo sát, nghiên cứu tốc độ của phản ứng điện hóa, các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ của phản ứng

 Một số yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng điện hóa

- Quá trình chuyển chất Ox, Red từ bề mặt điện cực ra ngoài dung dịch, hay ngược lại

- Các sản phẩm trung gian, hấp phụ, khử hấp phụ điện cực

- Các quá trình trao đổi điện tử ở bề mặt điện cực

Quá trình xảy ra trên điện cực gồm những giai đoạn nào ?

 Các quá trình xảy ra trên điện cực gồm các giai đoạn sau:

1. Giai đoạn khuyếch tán ion từ nới có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp

2. Giai đoan xảy ra phản ứng điện hóa

3. Giai đoạn tạo thành tướng mới

- Nếu sản phẩm là chất khí thì có 3 giai đoạn nhỏ: nguyển tử khí hấp thụ trên điện cưc liên kết với nhau để tạo thành phân tử, các phân tử hợp lại thành bọt khí, tách bọt khí ra khỏi bề mặt điện cực

- Nếu sản phẩm là chất rắn giai đoạn 3 sẽ tạo mạng lưới tinh thể

- Nếu là chất còn nằm trong dd thì sẽ hình thành phân tử các chất và tách khỏi bề mặt điện cực đi vào dung dịch

Giai đoạn thứ nhất và giai đoạn 3 có cùng qui luật và được gọi là quá trình chuyển chất

Câu 2

 Đường cong phân cực là gì ?

Là đường biểu diễn mối liên hệ giữa E-i( nghĩa là mối quan hệ giữa điện thế điện cực và mật độ dòng điện)

 Ý nghĩa của đường cong phân cực.

Là cơ sở lý thuyết để định hướng và đánh giá cơ chế của quá trình

 Tại sao đường cong phân cực phải được xây dựng với từng loại vật liệu làm điện cực ?

Đường cong phân cực thay đổi do những nguyên nhân nào?

???????????????????????????????????????????????????????????????????

 Trong quá trình điện phân nóng chảy muối (NaCl) làm thế nào để thu được ion Na+ phóng điện trước ion H+

Trên catot: Ecb của ion Na < Ecb của H+ nên theo nguyên lí nhiệt động chỉ duy nhât

Câu 3 :

 Mạ điện là gì?

Mạ điện là phủ 1 lớp kim loại có tính chất mong muốn(Cu,Ag,Ni,Cr…) lên kim loại nền, hay các vật liệu khác theo phương pháp điện hóa

 Tại sao phải mạ điện

- Thẩm mỹ

- Bảo vệ bề mặt và tăng độ bền của kim loại

 Nguyên lí chung của quá trình mạ điện

- Chuyển chất phóng điện đến bề mặt catot do các hình thức chuyển chất( khuếch tán, điện

di, đối lưu)

- Hấp thụ các chất lên bề mặt catot

- Thực hiện quá trình phóng điện

- Sắp xếp và hình thành mạng lưới tinh thể kim loại

 Tại sao phải gia công cơ học bề mặt trước khi mạ?

Phải gia công cơ học trước khi mạ vì: sẽ làm cho bề mặt vật mạ có độ đồng đều ,độ nhẵn cao, bóng sáng, bong lớp gỉ, giúp lớp mạ bám chắc mà đẹp

 Quá trình xử lí bề mặt gồm những giai đoạn nào? Mục đích của mỗi giai đoạn.

Quá trình xứ lý bề mặt gồm những giai đoạn sau :

- Gia công cơ học

Mục đích : làm cho bề mặt vật mạ có độ đồng đều ,độ nhẵn cao, bóng sáng,bong lớp gỉ,

giúp lớp mạ bám chắc mà đẹp

- Tẩy dầu mỡ

Mục đích : làm sạch dầu mỡ bám trên vật mạ, giúp quá trình mạ dễ dàng và hiệu quả cao

hơn

Tẩy rỉ :

- Tẩy nhẹ

Mục đích :

 làm sạch các hóa chất mang theo trên bề mặt chi tiết làm tiêu hao hay ảnh hưởng đến dd phía sau

 Chi tiết mạ sẽ hoàn toàn sạch các tạp chất cơ học,hóa học

 Các loại nước rửa và hình thức rửa

 Nước rửa được thu hồi, tái sử dụng, hay thải bỏ qua hệ thống xử lý

 Có những loại mạ điện nào ? Nêu điểm khác nhau, phản ứng trên catot, anot trong mỗi loại.

 Có 3 loại chính :

 Nêu phương pháp để nâng cao tốc độ quá trình mạ.

- Nâng cao tối đa nồng độ của cấu tử chính

- Giảm tối thiểu chiều dày lớp khuếch tán muốn thực hiện điều này có hai cách :

• Tăng tốc độ khuấy đảo để có thể làm giảm chiều dày lớp khuếch tán, có thể làm dd chuyển động hay catot chuyển động

• Dùng các biện pháp vật lý kích động lên catot như sử dụng sóng siêu âm hay tia laser phù hợp

- Sử dụng phương pháp xung

Câu 4 Thủy luyện là gì?

Là quá trình thu hồi kim loại từ dung dịch nước theo phương pháp kết tủa điện hay không điện

Trong đó: quá trình thủy luyện cần chú ý đến các thông số kĩ thuật như: hiệu suất thu hồi,

độ tính khiết của sản phẩm, tiêu hao năng lượng điện, tiêu hao hóa chất, vấn đề bả thải và môi trường

Nguyên liệu: thường ở dạng quặng mỏ, thành phần chủ yếu là các dạng oxit, sulfur, chứa nhiều tạp chất của Fe, Si…

Có 2 cách xử lí quặng:

- Phương pháp nhiệt hoàn nguyên kim loại

- Phương pháp hòa tan nguyên liệu bằng hóa chất, sau đó có thể thực hiện quá trình điện phân để thu kim loại cần

Các bước của quá trình thủy luyện:

a) Hòa tan quặng nguyên liệu:

Quặng có 2 dạng: sulfur, hay oxit

Các dạng sulfur sẽ được chuyển thành oxit có thu hồi khí SO2

Hòa tan oxit bằng axit:

b) Làm sạch dung dịch:

- Làm sạch cơ học: lắng, lọc

- Làm sạch hóa học: Kết tủa kim loại tạp chất dưới dạng không tan là các dạng hydroxit và sulfur

- Kết tủa kim loại tạp chất (kim loại tạp chất có thế dương hơn so với kim loại chính): Theo phản ứng:

Ion Mn+ : ion kim loại tạp chất, M1 là kim loại chính

Dung dịch sau các quá chuẩn bị sẽ được điều chỉnh nồng độ, pH, thêm một số hóa chất cần thiết để dùng làm dung dịch điện phân

c) Quá trình điện phân:

- Quá trình trên catot:

- Quá trình trên anot:

Chú ý: Nếu anot là kim loại không tan thì sau một thời gian phải thay dung dịch điện phân vì hàm lượng ion kim loại giảm, độ pH cũng thay đổi

Câu 5: Nêu quy trình công nghệ sản xuất xut-clo-hydrogen?

 Quy trình:

+

+

 Có những phương pháp điện phân sản xuất xút-clo nào?

 Đối với p/pháp catot răn, viết phản ứng chính xảy ra trên catot, anot? Có những p/ứng phụ nào xảy ra trên anot làm thế nào để hạnchế các phản ứng này?

Phản ứng anod ta thấy quá thế tăng theo mật độ dòng

Vật liệu làm điện cực anot và catot là gì?

 Đối với màng trao đổi ion có những loại nào?Khác nhau như thế nào?

Có 2 loại màng trao đổi ion là màng trao đổi cation và anion

Khác nhau:

Màng trao đổi cation bao gồm ban đầu là dung dịch polimer đơn giản có chứa các ion định vị -SO3-hay –COO- biến tính để chúng co cụm lại hình thành cấu trúc không gian chứa nhiều lỗ xốp

Xem lại chỗ này nghe Phương

 Nêu các phản ứng xảy ra đối với trường hợp điện phân bằng phương pháp catot thủy ngân

- Có thể tạo ra dòng điện sạch, rất ít bị ô nhiễm, do sản phẩm phụ của quá trình phát điện cuối cùng chỉ là H2O, không hề độc hại

Có nhiều loại pin nhiên liệu

Ví dụ: trường hợp pin nhiên liệu sử dụng chất điện dẫn là axit thì nguyên tắc:

- Khi H2 đi vào pin nhiên liệu, ở phía anode có phản ứng điện hóa xảy ra tạo H+ => Electron tạo ra mang điện tích âm chạy qua dây dẫn tạo ra dòng điện một chiều

- Khí O2 đi vào ở cathode sẽ kết hợp với electron tạo ra từ anode cùng với H+ tạo ra nước

Pin nhiên liệu khác ăc quy ở chỗ:

Pin nhiên liệu:

Tạo ra dòng điện liên tục khi có một nguồn

điện cung cấp cho nó

Chất điện phân cận chuyển các hạt điện tử từ

cực này sang cực khác, đồng thời làm xúc

tác giúp tăng tốc độ phản ứng

Ắc quy:

Không tạo ra dòng điện liên tục, cần phải nạp lại( sạc) từ một nguồn bên ngoài sau một thời gian sử dụng

Không cần phải nạp nhiên liệu liên tục

 Pin nhiên liệu sử dụng chất điện giải là H 3 PO 4 :

• Nguyên tắc hoạt động:

Anot:

4H+ tạo ra sẽ chuyển qua màng để tham gia phản ứng phía catot

Catot:

O2 + 4H+ + 4e => 2H2O

• Cấu tạo:

Điện cực kiểu khuyếch tán khí, vật liệu là C có độ xốp cao có phủ Pt là xúc tác điện cực 10mg cho 1 cm2 điện cực)

Chất điện giải: H3PO4 từ 85 đến 98%

Câu 7:

Nguyên tắc hoạt động của pin Leclanche muối:

Sơ đồ mạch điện hóa:

Anot:

Catot:

Phản ứng trong chất điện giải:

Cấu tạo:

 Cách tính Sđđ:

Ta có:

Với:

c) Pin thủy ngân:

Sơ đồ mạch:

Anot:

Catot:

Pt tổng:

Tính sức điện động:

pH = 14 thì

d) Pin oxit bạc:

Sơ đồ mạch:

Anot:

Catot:

Pt tổng:

Tính sức điện động của pin:

Khi pH = 14 ta có

Câu 8:

a) Định nghĩa: Acquy là nguồn điên hóa học có thể biến điện năng thành hóa năng và ngược

lại biến hóa năng thành điện năng, dự trữ hóa năng và chuyển hóa thành điện năng Quá trình biến hóa năng thành điện năng gọi là quá trình phóng điện và quá trình biến điên năng thành hóa năng gọi là quá trình nạp điện

b) Nguyên tắc hoạt động của acquy

Dựa trên phản ứng thuận nghịch

- Nạp điện: tích trữ năng lượng dưới dạng hóa năng

- Phát điện: giải phóng năng lượng dưới dạng điện năng

c) Phân loại acquy:

- Acquy chì (Acquy axit)

- Acquy kiềm (Hệ Ni-Cd, Ni-Fe)

 Sơ đồ mạch của acquy chì:

Sơ đồ mạch:

Catot:

Anot:

 Khi phát điện:

Hai bản cực biến đổi trở thành giống nhau có lớp PbSO4 phủ ngoài, dòng điện tắt

 Khi nạp điện:

Lớp PbSO4 phủ hai bản cực mất dần, trở thành là thanh Pb, PbO2 rồi tiếp tục nạp điện

1. Acquy:

Pt tổng:

a) Sức điện động của acquy:

Với aH2O = 0.79

Hệ pin Li/dung môi hữu cơ, chất điện giải/X

 Phản ứng trên anot, catot đối với pin liti dùng dmoi hữu cơ, cực dương V 6 O 13

Anot :

Catot :

Nguyên tắc hoạt động:

Câu 10:

 Một số phương pháp xử lí nước thải :

- Xử lí bằng phương pháp sinh học: sử dụng khả năng hoạt động của các vi sinh vật

để phân hủy các chất hữu cơ bền trong nước thải

- Xử lí bằng phương pháp hóa học: gồm có trung hòa, oxy hóa và khử Phương pháp

hóa học dùng để khử các chất hòa tan, hay trong các hệ thống cấp nước khép kín Đôi khi các phương pháp này được dùng để xử lý sơ bộ trước xử lý sinh học hay sau công đoạn này như là một phương pháp xử lý nước thải lần cuối để thải vào nguồn nước

- Xử lí bằng phương pháp hóa lí: đông tụ và keo tụ, tuyển nổi, hấp phụ, trao đổi ion,

thẩm thấu ngược, siêu lọc, thẩm tách và điện thẩm tách,…

được ứng dụng để loại ra khỏi nước thải các hạt phân tán lơ lửng (rắn và lỏng), các khí tan những chất vô cơ và hữu cơ hòa tan

 Xử lý nước bằng phương pháp điện hóa bao gồm:

 Điện thẩm tách:

Phép thẩm tách là quá trình phân tách chất rắn bằng sử dụng khuếch tán không bằng nhau qua màng

- Điện thẩm tách được thực hiện bằng cách đặt các màng có tính chọn lọc với cation và anion luân phiên nhau dọc theo dòng điện Khi đưa dòng điện vào, các cation được gắn điện đi qua màng trao đổi cation về một hướng, còn các anion sẽ đi qua màng trao đổi ion về một hướng khác

- Phương pháp thẩm tách đã được dùng để thu hồi axit, muối kim loại và các hydroxit

 Phương pháp điện hóa học:

- Người ta sử dụng quá trình oxy hóa khử ở catot và anot, đông tụ điện…để làm sạch nước thải khỏi các tạp chất hòa tan và phân tán lớn

- Tất cả các quá trình này đều xảy ra trên điện cực khi cho dòng điện một chiều đi qua nước thải

- Các pp điện hóa cho phép lấy ra từ nước thải có các sản phẩm có giá trị bằng các sơ

đồ công nghệ tương đối đơn giản và tự động hóa Ko cần sử dụng các tác nhân hóa học

- Hiệu xuất của pp điện hóa được đánh giá bằng các yếu tố như mật độ dòng điện, điện

áp, hệ số sử dụng hữu ích điện áp, hiệu suất theo dòng, hiệu suất theo năng lượng

- Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong xử lí nước khỏi các tạp chất như xyanua, sunfoxyanua, các amin, alcol, các alđêhit, hợp chất nitơ, thuốc nhuộm azo, sunfit, mecaptan

 Tuyển nổi điện:

- Tách các hạt lơ lửng nhờ các bọt khí tạo ra trong quá trình điện phân nước

- Ở anot là nhờ các bóng khí oxi

- Ở catot là nhờ các bóng khí hydro

- Khi các bóng khí này nổi lên sẽ kéo theo các hạt lơ lửng cùng nổi lên trên mặt nước

 Chú ý:

- Nếu dùng điện cực tan thì sẽ tạo ra hiện tượng keo tụ

Do đó, không gian các điện cực sẽ đồng thời diễn ra quá trình tạo bông keo tụ và tạo bọt khí, tạo điều kiện để bọt khí bám vào bông cũng như quá trình keo tụ chất bẩn, quá trình hấp phụ, dính kết,… diễn ra mạnh, hiệu suất tuyển nổi cao hơn

Hiệu suất quá trình:

- Thành phần hóa học nước thải

Để làm sạch nước thải công nghiệp chứa các tạp chất gây ô nhiễm có độ bền cao, người ta tiến hành quá trình điện phân với việc sử dụng các anot hòa tan bằng Al và thép Dưới tác dụng của dòng điện xảy ra các quá trình hòa tan các kim loại dẫn đến các cation sắt hoặc Al chuyển vào nước gặp nhóm hydroxyl tạo thành hydroxyt của các kim loại đó ở các dạng bông và quá trình đông tụ xảy ra mãnh liệt

Cơ chế:( đọc thêm)

Quá trình được thực hiện trong bể điện phân có màng hoặc không có màng Ngoài quá trình chính là các phản ứng oxy hóa khử, đồng thời trong bể còn có các quá trình khác như tuyển nổi bằng điện, hiện tượng điện di và đông tụ bằng điện

Đối với quá trình anot:

Oxi hóa cyanua xảy ra các phản ứng sau:

Để tăng độ dẫn điện của nước thải và giảm năng lượng tiêu tốn, thường cho thêm NaCl, khi nồng độ của CN- = 1 g/l ta bổ sung khoảng 20 đến 30g/l NaCl Đối với hệ thống này anot bằng C và catot là thép Mật độ dòng khoảng 3 đến 4 A/dm2, khoảng cách giữa các cực là 3 cm, tốc độ nước là 30 dm3/h, pH = 8 đến 9

Quá trình phá hủy xyanua theo các phản ứng điện hóa sau

- Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong xử lí nước khỏi các tạp chất như xyanua, sun foxyanua, các amin, alcol, các alđêhit, hợp chất nitơ, thuốc nhuộm azo, sunfit, mecaptan

- Trong quá trình oxy hóa điện hóa, các chất trong nước thải bị phân rã hoàn toàn thành CO2 , NH3 và nước hay tạo thành các chất không độc và đơn giản hơn để có thể tách bằng cá

c phương pháp khác c) Tuyển nổi điện:

Tách các hạt lơ lửng nhờ các bọt khí tạo ra trong quá trình điện phân nước

Ở anot là nhờ các bóng khí oxi

atot là nhờ các bóng khí hydro

Do đó, không gian các điện cực sẽ đồng thời diễn ra quá trình tạo bông keo tụ và tạo bọt khí, tạo điều kiện để bọt khí bám vào bông cũng như quá trình keo tụ chất bẩn, quá trình hấp phụ, dính kết,… diễn ra mạnh, hiệu suất tuyển nổi cao hơn

Hiệ quá trình:

- Thành phần hóa học nước thải

- Vật liệu các điện cực

- Thông số của dòng điện: điện thế, cường độ, điện trở

- d) Đông tụ điện:

- Khi sử dụng các điện cực không tan có thể xảy ra các quá trình đông tụ do hiện tượng sinh điện và phóng điện của các hạt mang điện trên các điện cực

- Để làm sạch nước thải công nghiệp chứa các tạp chất gây ô nhiễm có độ bền cao, người ta tiến hành quá trình điện phân với việc sử dụng các anot hòa tan bằng Al và thép Dưới tác dụng của dòng điện xảy ra các quá trình hòa tan các kim loại dẫn đến các cation sắt hoặc Al chuyển vào nước gặp nhóm hydroxyl tạo thành hydroxyt của các kim loại đó ở các dạng bông và quá trình đông tụ xảy ra mãnh liệt

- Cấu tạo của thiết bị xử lí bằng pp điện hóa:

Anot: làm từ các vật liệu không hòa tan khác nhau ( Pt, titan, thép không gỉ, than,….) Catot: làm bằng Mo, hợp kim của Vonfram với sắt hay niken, graphit, thép không gỉ,…

Cơ chế:

Quá trình được thực hiện trong bể điện phân có màng hoặc không có màng.Ngoài quá trình chình là các phản ứng oxy hóa khử, đồng thời trong bể còn có các quá trình khác như tuyển nổi bằng điện, hiện tượng điện di và đông tụ bằng điện

Đối với quá trình anot:

Ví dụ oxi hóa cyanua xảy ra các phản ứng sau:

t sunfoxynua được xử lí theo phản ứng sau:

Để tăng độ dẫn điện của nước thải và giảm năng lượng tiêu tốn, thường cho thêm NaCl,

ộ của CN- = 1 g/l ta bổ sung khoảng 20 đến 30g/l NaCl Đối với hệ thống này anot ằng C và atot là thép Mật độ dòng khoảng 3 đến 4 A/dm2, khoảng cách giữa các cực là 3 cm, tốc độ nước là 30 dm3/h, pH = 8 đến 9