Phản ứng oxy hóa khử và dòng điện Mai Xuân Bách

Định nghĩaĐịnh nghĩa: • Phản ứng oxy hóa khử là phản ứng có sự chuyển dịch electron giữa các chất phản ứng, do đó làm biến đổi số oxy hóa của các nguyên tố.. • Mỗi pin gồm 2 điện cực.•

PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ

VÀ DÒNG ĐIỆN

ThS Mai Xuân Bách

Mục tiêu học tập

1 Trình bày được cấu tạo, hoạt động, sơ đồ

Pin Galvanic

2 Trình bày được các khái niệm thế điện

cực, điện thế của pin

3 Viết được công thức liên quan giữa E0

p vàK

4 Phân loại và trình bày được các loại điện

cực thông dụng

1 Định nghĩa

Định nghĩa:

• Phản ứng oxy hóa khử là phản ứng có sự chuyển dịch electron giữa các chất phản ứng,

do đó làm biến đổi số oxy hóa của các nguyên tố.

• Chất oxy hóa(viết tắt Ox), là chất nhận electron và giảm số oxy hóa, nó là chất bị khử.

• Chất khử(viết tắt là Kh), là chất cho electron

và tăng số oxy hóa, nó là chất bị oxy hóa.

1 Định nghĩa

• Sự khử là sự nhận electron

• Sự oxy hóa là sự cho đi electron

• Số electron mất bởi chất oxy hóa luônbằng số electron nhận được bởi chất khử

Ví dụ

• Cho phản ứng oxy hóa khử:

Zn(r) + CuSO4(aq)  ZnSO4(aq) + Cu(r)

• Phản ứng oxy hóa khử được chia làm hainửa phản ứng:

– Nửa phản ứng oxy hóa (Kh < > ne + Ox)

– Nửa phản ứng khử ( Ox + ne < > Kh)

2 Số oxy hóa

• Số oxy hóa là điện tích hình thức củanguyên tố trong đơn chất, ion hay hợpchất khi quy ước các cặp electron dùngchung lệch hoàn toàn về nguyên tố có độ

âm điện lớn hơn

• Số oxy hóa có thể là giả hoặc có thểkhông phải là số nguyên như S trong

S2O82- có số S.O là +7, hoặc trong Na2S4O6

có S.O = +2,5

• Cặp 1(Zn2+/Zn): Zn < > Zn2+ + 2e

• Cặp 2(Cu2+/ Cu): Cu2+ + 2e < > Cu

Câu hỏi

1 Định nghĩa phản ứng oxi hóa – khử về

phương diện cho – nhận electron? Cho biết mối quan hệ giữa số e cho và nhận trong một PƯ oxi hóa – khử? Tại sao tất cả các tế bào điện hóa đều liên quan đến PƯ oxi hóa – khử?

2 Định nghĩa và lấy một số ví dụ minh họa về

chất oxi hóa – chất khử?

3 Phân biệt sự khác nhau giữa hai phương

pháp cân bằng PƯ oxi hóa – khử, phương pháp nào tổng quá hơn?

II Pin GALVANIC

1 Cấu tạo

2 Sơ đồ pin

(aq) + 2e  Cu(r) [Sự khử]

Zn(r)  Zn2+

(aq) + 2e [Sự oxy hoá]

1 Cấu tạo

• Mỗi pin gồm 2 điện cực.

• Mỗi điện cực được nhúng chìm vào một dung dịch muối của kim loại điện cực đó(có khả năng điện ly).

• Điện cực anod là điện cực mà ở đó xảy ra sự

Ox, electron cho đi và rời khỏi điện cực.

• Điện cực catod là điện cực ở đó xảy ra sự Kh, electron vào điện cực và được nhận bởi chất

bị Kh.

2 Sơ đồ pin

Anod Zn(r) | Zn 2+ (aq, 1M) || Cu 2+ (aq, 1M) | Cu(r) Catod

• Anod viết bên trái, Catod viết bên phải

• Nồng độ, áp suất ghi trong ngoặc đơn

• Hai gạch thẳng đứng tượng trưng cho cầu muối

• Một gạch đơn chỉ ranh giới giữa các pha

• Sử dụng một dấu phẩy: các chất cùng pha

III ĐIỆN THẾ

1 Thế điện cực (Điện thế của điện cực: Eđc)

2 Thế điện cực chuẩn (Eo

đc)

3 Điện thế của pin (Ep)

4 Điện thế chuẩn của pin (Ep)

5 Điều kiện chuẩn

6 Xác định thế điện cực chuẩn (Eo

đc)

7 Ý nghĩa

1 Thế điện cực (Eđc)

• Thế điện cực (Eđc): điện thế được hìnhthành tại bề mặt tiếp xúc của mỗi điệncực với dung dịch bao quanh: (Zn/ZnSO4)

2 Thế điện cực chuẩn (E0

An+/A)

• Thế điện cực chuẩn (E0An+/A) là thế điệncực được đo ở điều kiện chuẩn và tínhtheo nửa phản ứng:

• An+ + ne  A

• E0đc= (E0

An+/A)

3 Điện thế của pin (Ep)

• Ep = Ecatod – Eanod

4 Điện thế chuẩn của pin(E0

p)

• Điện thế chuẩn của pin (E0p) là Ep đo được

ở điều kiện chuẩn

Câu hỏi

1 Chỉ ra điểm khác nhau giữa sự dẫn điện

trong dung dịch và sự dẫn điện trong kimloại?

2 Nhận xét nào sau đây là đúng: (a) trong

bất kì tế bào điện hóa nào, điện cựcdương là điện cực mà e theo dây dẫn dịchchuyển về phía đó; (b) catod là điện cực

âm trong tế bào điện hóa

5 Điều kiện chuẩn

• Nhiệt độ : 298K

• Áp suất : 1atm

• Nồng độ : 1M

• Điện cực : chất rắn nguyên chất

6 Xác định E0

An+/A

• Không thể đo được E0An+/A trực tiếp

• Để đo được E0An+/A người ta phải so sánhvới thế điện cực chuẩn hydro với quy ước:

• E02H+/H2 =0

I2(r) + 2e- 2I-(aq) +0,53

O2(k) + 2H2O(l) + 4e- 4OH-(aq) +0,40

Cu2+(aq) + 2e- Cu(r) +0,34 AgCl(r) + e- Ag(r) + Cl-(aq) +0,22

SO42-(aq) + 4H+(aq) + 2e- SO2(k) + 2H2O(l) +0,20

Cu2+(aq) + e- Cu+(aq) +0,15

Sn4+(aq) + 2e- Sn2+(aq) +0,13 2H+(aq) + 2e- H2(k) 0,00

Cd2+(aq) + 2e- Cd(r) -0,40

Fe2+(aq) + 2e- Fe(r) -0,44

Cr3+(aq) + 3e- Cr(r) -0,74

Zn2+(aq) + 2e- Zn(r) -0,76 2H2O(l) + 2e- H2(k) + 2OH-(aq) -0,83

Ví dụ

• Xét phản ứng sau, liệu phản ứng có xảy ra

ở điều kiện chuẩn hay ko?

Ag(r) + Sn2+

(aq)  Ag+

(aq) + Sn(r) 2Ag+

IV Phương trình Nernst

3 Điện thế của pin và mối quan hệ

giữa Q và K

10-4 10-3 10-2 10-1 1 10 102 103 1040,90

1,00 1,10 1,20



 2

2

Cu Zn

1,00 0,90 1,00 1,10

1,20 1,10 1,20



 2

2

Cu Zn

4 Kết luận

a Thế điện cực (Eox/Kh), điện thế của pin

(Ep) thay đổi theo nồng độ các chất thamgia phản ứng trên điện cực

b Khi có sự chênh lệch về thế giữa các điện

cực (Ep > 0) quá trình tự phát sẽ xảy ra

c lgK= nE0

pin/0,0592

V Pin nồng độ

1 Cấu tạo

2 Hoạt động

3 Ứng dụng

1 Cấu tạo

Anod Cu(r)|Cu 2+ (aq, 0,1M)||Cu 2+ (aq, 1M)|Cu(r) Catod

• Anod(dung dịch loãng) Cu(r) cho electron

và mòn đi do tạo Cu2+ làm dung dịch đậmđặc hơn

• Catod(dung dịch đặc) Cu2+ nhận electronthành Cu(r) bám vào điện cực làm chonồng độ dung dịch loãng đi

• Pin ngừng hoạt động khi nồng độ hai Cu2+hai bên bằng nhau Epin= E0 = 0

3 Ứng dụng Đo pH

Anod H2(k,1atm)|H + (aq, xM)||H + (aq, 1M)|H2(k,1atm) Catod

H2(k, 1atm)  2H + (aq; xM) + 2e [Anod]

2H + (aq; 1M) + 2e  H2(k, 1atm) [Catod]

1 Phân loại

Dựa vào thành phần

• Điện cực hoạt động (Zn, Cu):

– Tham gia vào các nửa phản ứng.

• Điện cực trơ (Pt):

– Không tham gia vào các nửa phản ứng, chỉ tham gia vào quá trình dẫn dòng e.

1 Phân loại

Dựa vào bản chất ion:

Có 4 loại điện cực

• Điện cực loại 1

• Điện cực loại 2

• Điện cực oxy hóa - khử

• Điện cực màng chọn lọc ion

• Ở điều kiện chuẩn điện cực có E = 0.

• H2 < > 2H+ + 2e

Nguồn bài giảng Phương Pháp Điện Thế – TS Hồ Văn Nam

9/2017

3 Điện cực loại 2

Định nghĩa:

• Là điện cực làm việc thuận nghịch với anion

• Thông thường bao gồm một kim loại phủ một lớp muối ít tan của kim loại đó nhúng vào dung dịch chứa anion của muối khó tan

Ví dụ:

• Điện cực Calomen: Hg|Hg Cl ,KCl 2 2

• Điện cực Clorua bạc:Ag|AgCl, KCl

• Điện cực Sulfat thủy ngân: Hg|HgSO4 ,H2SO4

4 Điện cực oxy hóa khử

Định nghĩa:

• Là một hệ điện hóa gồm một kim loại trơ(VD Pt) nhúng vào trong dung dịch chứađồng thời dạng oxi hóa và dạng khử

• Ví dụ:

• Pt|Fe3+,Fe2+

• Hoặc Pt|MnO4-,H+,Mn2+

5 Điện cực màng chọn lọc ion

• Dùng 1 màng mỏng có tính chất cho phépmột loại ion khuếch tán từ dung dịch vàobên trong màng

• Dùng màng này ngăn cách 2 dung dịchvới nhau Ví dụ:

• HCl(trong) | Màng thủy tinh| HCl(ngoài)

• Ví dụ điện cực thủy tinh:

Ag, AgCl |HCl(nồng đô xác định)| Màng thủy tinh |Dung dịch thử

2) Tính hằng số cân bằng K và ΔGo củaphản ứng ở 25oC

Bài tập

Một pin điện gồm một điện cực là một sợi dây bạc

a Pin còn thiếu gì để có thể hoạt động?

b Viết phương trình hóa học khi pin hoạt động, tính

suất điện động của pin ở điều kiện tiêu chuẩn?