Điện phân và pin ,tế bào nhiên liệu

• Khối lượng m của chất bị phân li tỉ lệ thuận với điện lượng q chuyển qua chất điện phân định luật F thứ nhất và với đương lượng hoá học A xt.. Đương lượng hóa học của chất định luật F

Chào mừng cô và các bạn đang đến với bài

thuyết trình của nhóm

LÊ DUY THỌ HOÀNG XUÂN ÁI HUỲNH QUỐC MINH

Thành viên nhóm

Chủ Đề:

Điện Phân, pin ,tế bào nhiên liệu

• Khối lượng m của chất bị phân li tỉ lệ thuận với điện lượng q chuyển qua chất điện phân (định luật F thứ nhất) và với đương lượng hoá học A (xt Đương lượng hóa học) của chất (định luật F thứ 2).

• Định luật F được biểu thị bằng phương trình:

I.1 Định luật điện phân Faraday

M =

 Trong đó:

— m khối lượng của chất bị phân li

— Q điện lượng chuyển qua chất điện phân

— F = 96485 C mol−1 là hằng số Faraday

— M là khối lượng mol của chất tham gia điện phân

— z là số đương lượng của các ion của chất điện phân

lg n

0,0592

Phân tích công cụ: bao gồm các phương pháp (PP.)

+ Phân tích quang phổ

+ Phân tích tách

+ Phân tích điện hóa:⇒ PP đo thế: E = f(C)

⇒ PP điện lượng: Q = f(i, t)

⇒ PP von – ampe: i = f(E)

 Xác định đồng thời nhiều kim loại và các hợp chất hữu cơ.

 Chi phí thiết bị và phân tích thấp.

 PP tiêu chuẩn xác định lượng vết Cd, Pb và Cu

 Giới hạn phát hiện thấp.

7

I.2 Vị trí và những ưu điểm của phương pháp PTĐH:

Các phương pháp phân tích điện hóa

Thay đổi thế Cố định thế Kiểm tra dòng, Đo điện lượng

Dòng – Thế (Voltammetry)

Kiểm tra thế, Đo điện

lượng

Đo dòng

(Các PP Ph/tích Đ/hóa hiện đại)I.2 Phân loại các phương pháp phân tích điện hóa:

Dòng – Thế (Voltammetry)

- Hòa tan đo thế (SP)

Von-ampe hòa tan catot (CSV)

Von-ampe hòa tan

anot (ASV)

Von-ampe vòng (CV)

Von-ampe hòa tan hấp phụ (AdSV)

Hòa tan đo thế-chất oxy hóa (CO-SP)

Hòa tan đo dòng không đổi (CC-SP)

thế-Hòa tan đo thế-dòng không đổi hấp phụ (AdCC-SP)

I.3 Phương pháp điện phân

1.Lý thuyết về điện phân

(Anot )Quá trình oxy hóa:

Áp thế vào anot E-< EZn2+/Zn

Áp thế vào Catot E+ > E Ag+/Ag

I.3.1 Lý thuyết về điện phân

+ Áp thế vào anot E-< EZn2+/Zn

Zn đóng vai trò là chất oxi hóa

+ Áp thế vào Catot E+ > E Ag+/Ag

Ag đóng vai trò chất khử

Pin trở thành bình điện phân

=> Vậy : Khi thế áp vào

E+ - E- > EAg+/Ag – EZn2+/Zn thì pin điện hóa trở thành bình điện phân

QT điện phân là cưỡng bức

Ngoài ra để thiết lập thế cần thiết để thắng điện trở của BĐP và dây dẫn

E+ - E- > EAg+/Ag – EZn2+/Zn + IR

11

I.3 Phương pháp điện phân

I.3.2 Các hiện tượng xảy ra trong quá trình điện phân

Có thể chia thành 3 giai đoạn

- Chuyển các chất điện hoạt đến bề mặt điện cực, có 3 dạng chuyển quan trọng nhất

+ CĐ đối lưu: Xuất hiện do khuấy trôn…

+ CĐ điện chuyển: do sự chuyển động của các phần tử mang điện dưới tác dụng của điện trường

+ CĐ khuếch tán: Xuất hiện khi có sự giảm đột ngột nồng độ các chất điện phân ở lớp sát điện cực.

- PƯ điện cực: xảy ra sự trao đỏi electron giữa các chất điện hoạt với điện cực

- Chuyển SP phản ứng ra khỏi điện cực

12

I.3 Phương pháp điện phân

Zn Ag

Vôn kế

Cầu muối

Xét tế bào điện hóa (như hình 1.1)

Ea = Eo Zn2+/Zno + 0,0592/2 lgCZn(II) Ec = Eo Ag+/Ago + 0,0592 lg CAg(I)

(Cực Zn gọi là cực anot) (Cực Ag gọi là catot)

Hình 1.1 Cấu tạo của một tế bào đo thế

I.3 Phương pháp điện phân

- Từ phương trình (1) và (2) ta có:

(1): Ea = E o Zn2+/Zn + 0,0592/2 lg C Zn(II) = -0,7628 + 0,0592/2 lg(0,0167) = -0,8154 V

(2): Ec = E o Ag+/Ag + 0,0592 lg C Ag(I) = 0,7994 + 0,0592 lg(0,100) = +0,7402 V

⇒ Ec dương hơn Ea ⇒ Phản ứng xảy ra của tế bào điện hóa là:

Zn(S) + Ag + (aq)  Zn 2+ (aq) + Ag(s)

- Từ cấu tạo của tế bào điện hóa, thế được xác định:

ECell = Ephải – Etrái = Ec – Ea = 0,741 – (-0,815) = +1,556 V

- Tế bào điện hóa có thể được biểu diễn như sau:

Zn(r) | ZnCl2 0,0167 M || AgNO3 0,100 M | Ag(r)

I.3 Phương pháp điện phân

II.1.1 Khái niệm

- Pin nhiên liệu là một thiết bị có thể chuyển đổi trực tiếp hóa năng của

nhiên liệu thành điện năng nhờ vào các quá trình điện hóa.

- Hai nhiên liệu cơ bản cần thiết cho pin nhiên liệu vậ hành là hydro và oxy.

II Pin và tế bào

II.1.Tế bào nhiên liệu

 Quá trình biến đổi năng lượng trong pin nhiên liệu

•

II.1.2 Cấu tạo chung và nguyên lý cơ bản của pin nhiên liệu

a) Cấu tạo chung của pin nhiên liệu cơ bản

b) Nguyên lý hoạt động cơ bản của pin nhiên liệu

• Phản ứng trên anode:

• Phản ứng trên cathode:

• Tổng quát:

•

d) Ưu và nhược điểm

 Hiệu quả cao không phụ thuộc vào độ lớn của

hệ thống: hiệu suất sản xuất điện là từ 40 –

70%,cả điện và nhiệt 85%.

 Không phát sinh tiếng ồn.

 Không gây ô nhiễm môi trường.

 Tăng tuổi thọ và độ tin cậy

 Cho phép dùng các turbine hay những áp dụng

hơi nước nóng

 Giá thành sản xuất caoThể tích cồng kềnh: khó lắp đặt vào bên trong xe cộ.

 Chất đốt hydro khó bảo quản và vận chuyển.

 Yêu cầu về tuổi thọ của các pin nhiên liệu trong các trạm phát điện lớn: tối thiểu và 4000h.

II.2.1 Khái niệm

- Pin là một hệ biến đổi hóa năng thành điện năng nhờ phản ứng oxi hóa-khử xảy ra trên điện cực Vd: pin nguyên tố gavanic đồng – kẽm

(-) Zn / ZnSO4 // CuSO4 / Cu (+)

Hay (-) Zn / Zn2+ // Cu2+ / Cu (+)

II.2 Pin

II.2.2 Cấu tạo

Nguyên tố gồm hai điện cực Điện cực kẽm Điện cực đồng Zn/ZnSO4 Cu/CuSO4

- Hai dung dịch sunfat được chứa trong những dụng cụ riêng biệt và tiếp xúc qua một cầu muối ống thủy tinh chứa đầy dung dịch chất dẫn nhiệt Na2SO4 Hai thanh đồng và kẽm nối với nhau bằng dây dẫn kim loại

- Hiện tượng

+ Kim điện thế G chỉ dòng điện đi từ Cu sang Zn

+ Khối lượng Zn giảm , Khối lượng Cu tăng

+ [ZnSO4] tăng , [CuSO4] giảm

II.2.3 Quá trình làm việc

Ở điện cực kẽm ( cực âm ): xảy ra quá trình oxi hóa-khử

Ở điện cực đồng xảy ra quá trình khử, sự oxi hóa

• Quy ước viết ký hiệu pin

- Điện cực âm bên trái , điện cực dương bên phải

- Ngăn cách điện cực và dung dịch điện ly bằng 1 dấu gạch chéo Điện cực gồm nhiều phần thì ngăn cách bằng dấu chấm phẩy

- Ngăn cách hai dung dịch điện ly bằng 2 dấu gạch chéo

Cám ơn cô và các bạn đã chú ý lắng nghe bài thuyết

trình của nhóm em.

25