Hóa đại cương Chuong 16 dien hoa

PHẢN ỨNG OXY HÓA – KHỬ Phản ứng oxy hóa khử là phản ứng trong đó có sự trao đổi electron giữa các nguyên tử của những nguyên tố tham gia phản ứng, kết quả là làm thay đổi số oxy hóa các

PHẢN ỨNG OXY HÓA – KHỬ

Phản ứng oxy hóa khử là phản ứng trong đó

có sự trao đổi electron giữa các nguyên tử của

những nguyên tố tham gia phản ứng, kết quả là

làm thay đổi số oxy hóa các nguyên tố

Quá trình cho electron gọi là quá trình oxy

hóa, chất cho electron gọi là chất khử (chất bị

 Quá trình nhận electron gọi là quá trình khử,

chất nhận electron gọi là chất oxy hóa

 Ví dụ:

Cu+2+ 2e  Cu

chất oxh

OXH 2+ ne⇌ KH 2

Tổng số electron cho của chất khử phải bằng tổng số

electron chất oxy hóa nhận vào.

2Al + 3CuSO4 2Al2(SO4)3 + 3Cu

2×

3×

CÂN BẰNG PHẢN ỨNG OXY HÓA – KHỬ

 Nguyên tắc 2:

 Đối với phản ứng OXHK xảy ra trong môi trường acid

nếu dạng Ox của chất Ox có chứa nhiều nguyên tử

Oxy hơn dạng khử của nó thì phải thêm H + vào vế

trái (dạng Ox) và thêm nước vào vế phải (dạng khử).

 Nếu dạng khử của chất Khử chứa ít nguyên tử Oxy

hơn dạng Ox của nó thì thêm nước vào vế trái (dạng

Khử) và H + vào vế phải (dạng Ox).

Thiếu O bên nào, thêm H2O bên đó, bên kia

thêm H+

CÂN BẰNG PHẢN ỨNG OXY HÓA – KHỬ

Ví dụ:

O 2 H 4 SO 2 K 3 KNO 4

MnSO 4

SO 2 H 2 KNO

4

KMnO

3 2

2 4

NO 2e

NO

Mn 5e

MnO

O 4H Mn

8H 5e

4

2HNO

OH2e

O 3H 5NO 2Mn

6H 5NO

2×

5×

O 3H SO K 5KNO 2MnSO

SO 3H 5KNO

 Nguyên tắc 3:

Phản ứng OXHK xảy ra trong môi trường

base, nếu dạng Ox của chất Ox chứa nhiều

Oxy hơn dạng khử thì phải thêm nước vào vế

trái, OH- vàovế phải

Nếu dạng Kh của chất Kh chứa ít Oxy hơn

dạng Ox của nó thì phải thêm OH- vào vế trái,

Ví dụ:

OHKClCrO

KKOHCrCl

OHCl

OHe

O H CrO

OH e

4 3

4 8

3

OHCrO

ClOH

KKClKOH

CrCl

 Nguyên tắc 4:

 Phản ứng OXHK trong môi trường trung tính Nếu

dạng Ox của chất Ox chứa nhiều nguyên tử Oxy hơn

dạng Kh của nó thì phải thêm nước vào vế trái, OH

-vào vế phải.

 Nếu dạng Kh của chất Kh chứa ít nguyên tử Oxy hơn

dạng Ox của nó thì phải thêm nước vào vế trái, H +

vào vế phải.

• Thêm nước vế trái, vế phải: OH - nếu thêm

e, H + nếu mất e.

MnOO

HKNO

OH MnO

O H e

H NO

O H e

6H8OH

3NO2MnO

O7H3NO

OHNO

MnOO

HNO

KOH KNO

MnO O

H KNO

Ở điều kiện bình thường, phản ứng OXHK

xảy ra cùng một nơi thì hóa năng sẽ biến thành

nhiệt năng

Ở điều kiện đặc biệt phản ứng OXHK xảy ra

gián tiếp ở hai nơi khác nhau thì hóa năng sẽ

biến thành điện năng (qua dây dẫn)

PHẢN ỨNG OXY HÓA – KHỬ & DÒNG ĐiỆN

NGUYÊN TỐ GALVANIC VÀ ĐIỆN CỰC

 Nguyên tố galvanic Là thiết bị cho phép thu

điện năng dựa trên phản ứng OXHK

Cấu tạo gồm hai thanh kim loại, nhúng trong

dung dịch muối của nó, nối với nhau qua sợi

dây dẫn kim loại

 Hai thanh kim loại này một thanh có tính khử

mạnh hơn (để cho e) một thanh có tính khử

yếu hơn (để ion của nó nhận e)

NGUYÊN TỐ GALVANIC VÀ ĐIỆN CỰC

NGUYÊN TỐ GALVANIC VÀ ĐIỆN CỰC

Phương trình của galvanic:

Zn + Cu+2 = Zn+2 + Cu

Người ta ký hiệu nguyên tố ganvanic:

Hay

Cu CuSO ZnSO

Cu Cu Zn

NGUYÊN TỐ GALVANIC VÀ ĐIỆN CỰC

SỨC ĐIỆN ĐỘNG CỦA NGUYÊN TỐ GANVANIC

Thế hiệu cực đại xuất hiện giữa hai cực của

nguyên tố ganvanic gọi là sức điện động của

nguyên tố ganvanic, ký hiệu E

- G 0 là thế đẳng áp tiêu chuẩn của phản ứng,

- Cilà nồng độ chất i ở điều kiện đang tính.

b B

a A

d D

C C C C

C C RT G

nFE

0 0

; G nFE nFE

d D c C

C C

C C RT K RT

b B a A

d D c C C

C C

C C nF

RT K

RT nF

RT

SỨC ĐIỆN ĐỘNG CỦA NGUYÊN TỐ GANVANIC

Từ đó:

Trong đó:

n: Số electron mol đã trao đổi (là số electron

của một ion gam chất phản ứng nhân với số

ion gam của chất phản ứng), hoặc là số

đương lượng gam chất phản ứng

F: Hằng số Faraday (96484 nếu tính theo J và

23062 nếu tính theo cal)

b B a A

d D c C

C C

C C nF

RT E

SỨC ĐIỆN ĐỘNG CỦA NGUYÊN TỐ GANVANIC

Quan hệ giữa hằng số cân bằng và

sức điện động tiêu chuẩn

K ln RT F

nE

RT

FnEK

ln

0

059 , 0

nE K

THẾ ĐIỆN CỰC

Thế điện cực (V), hay còn gọi là thế Oxy hóa–

Khử (bán thế phản ứng), là một đại lượng không

thể đo trực tiếp, mà phải so sánh với một điện cực

Thế điện cực là một đại lượng bằng thế hiệu của

nó so với điện cực hydro tiêu chuẩn

Ví dụ:

Để xác định thế điện cực của điện cực kẽm, thiết lập

nguyên tố Galvanic hydro-kẽm

Đo sức điện động của nguyên tố Galvanic: =0.76V

Với a là hoạt độ Hoạt độ của các kim loại tinh khiết (và

cả lỏng tinh khiết) coi như bằng 1.

 Với dung dịch (sử dụng C) ở nhiệt độ 298K, ta có

(R=8.31, T=298, F=96500):

Kh

Ox a

a nF

RT

ln

0

] [

] [ lg 059 0

0 0

Kh Ox n

1

1 0

1 1

Kh

Ox n

] [

] [ lg 059 0

2

2 0

2 2

Kh

Ox n

ClO 4 − (aq) + 2H + + 2e − →

O 2 (g) + 4H + + 4e − → 2H 2 O +1.23 MnO 2 (s) + 4H + + 2e − →

0 / /

Cu

Zn Zn

Cu Zn

Cu

C

C F

RT E

E

V

THẾ ĐIỆN CỰC

3 3

2 4

FeCe

FeCe

Xét phản ứng:

3 4

Cee

Ce

2 3

Fee

1.700-

Eo o o

]][Ce[Fe

]][Ce[Fe

lnnF

RT -

3 3

0 0 -

Tại cân bằng, E = 0 và:

C25Klog05916

0]][Ce[Fe

ln

RT

3 3

o

o

Trong nguyên tố galvanic cĩ:

2 1

- bé quá thì phải tính toán trên

CHIỀU DIỄN RA CỦA CÁC PHẢN ỨNG OXHK

Ví dụ:

Khi trộn các cặp các cặp OXHK, Fe 3+ /Fe 2+ và MnO4

-/Mn 2+ với nhau, phản ứng sau xảy ra theo chiều nào:

Xét:

Thế OXH của MnO4- /Mn 2+ > thế OXH của Fe 3+ /Fe 2+

 Dạng OXH của MnO4- sẽ OXH dạng khử Fe 2+

O H MnO

Fe O

H Mn

5

e

1Fe

Fe2 3

e O

Fe O

H MnO

5

CHIỀU DIỄN RA CỦA CÁC PHẢN ỨNG OXHK

Ví dụ:

Cho phản ứng OXHK,

Xác định chiều của phản ứng khi :

[Hg 2+ ]= [Fe 2+ ]=10 -1 , [Fe 3+ ]=10 -4 ion.g/lit

[Hg22+ ]= [Fe 2+ ]=10 -4 , [Fe 3+ ]=10 -1 ion.g/lit

3 2

2

2 2Fe 2Hg 2Fe Hg

CHIỀU DIỄN RA CỦA CÁC PHẢN ỨNG OXHK

e Hg

e e

0.059 lg[Hg]

2 0.059

2 2

2 2 2

o /

2

Hg

Hg

] [Fe

] [Fe lg 2

] [Fe lg 2 0.059

2 3

2

3 0

/ / 2 3 2

3

Fe Fe Fe

Fe

CHIỀU DIỄN RA CỦA CÁC PHẢN ỨNG OXHK

Sự điện phân là quá trình OXHK xảy ra trên bề

mặt điện cực khi cho dòng điện một chiều đi

qua dung dịch chất điện ly hoặc qua chất điện

ly nóng chảy và có kèm theo sự biến đổi nhiệt

năng thành hóa năng

Xét quá trìnhđiện phân một dung dịch chất điện

ly trong nước

Tổng quát:

Trong quá trình điện phân, các ion sẽ chuyển về điện

cực tương ứng (cation về cathode, anion về anode) và

tham gia vào các quá trình điện cực.

Khi có mặt nhiều dạng OXH thì trước hết phải bị khử

dạng OXH của cặp OXHK nào có khả năng OXH mạnh

nhất , nghĩa là thế điện cực lớn nhất.

Trên anode, sẽ diễn ra sự OXH dạng khử của cặp

OXHK và sẽ bị OXH dạng khử của cặp OXHK nào có

thế điện cực nhỏ nhất

SỰ ĐiỆN PHÂN CHẤT ĐiỆN LY TRONG NƯỚC

 Các quá trình Cathode

Dạng Ox chính là các cation kim loại và

hydro của dung dịch chất điện ly

Muốn xác định quá trình xảy ra ở Cathode, cần

so sánh thế điện cực của kim loại với thế điện

cực của hydro

H2= -0.059pH = -0.059x7 = -0.41 V

Tức là ở điều kiện trung tính, H2 = -0.41 V

SỰ ĐIỆN PHÂN CHẤT ĐIỆN LY TRONG NƯỚC

 Các quá trình Cathode

Nếu kl > H2 kimloại kết tủa: Phần cuối dãy

Mn++ ne  MNếu kl < H2, H2 : Phần đầu dãy

SỰ ĐIỆN PHÂN CHẤT ĐIỆN LY TRONG NƯỚC

 Các quá trình anode

Dạng khử là anion, gốc axit và OH - của dung

dịch, và tùy theo vật liệu, điện cực có thể bị ăn

mòn khiđiện phân

Có 2 loại anode:

Anodetrơ (graphit, platin….)

Anode tan (Ni… )

SỰ ĐIỆN PHÂN CHẤT ĐIỆN LY TRONG NƯỚC

 Các quá trình anode

Anode tan

Nếu kim loại anode có nhỏ hơn cặp O–K thì

anodebị hòa tan

M– ne  M+nNgược lại A-hoặc OH- bị oxy hóa

SỰ ĐIỆN PHÂN CHẤT ĐIỆN LY TRONG NƯỚC

Anode trơ

Khả năng bị OXH theo thứ tự sau:

Anion không chứa Oxy: I-, Br-, Cl-, S-2…

Kế đến là OH-

4OH - – 4e  O2+ 2H2O (môi trường kiềm).

2H2O – 4e  O2+ 4H + (môi trường acid hay trung tính)

Anion chứa Oxy: SO4-2, MnO4-, SO3-2…

Ví dụ

Điện phân CuCl2, anode trơ

Cathode

41 0 337 0

2 /Cu .

Cu

Cu e

Cu 2 2

CleCl

3583 , 12

/ Cl

Cl

Điện phân dung dịch K2SO4với anode trơ

 H + bị khử.

Cathode:

Anode: SO42- không bị Ox, nước (OH - ) bị Ox.

 Quá trình trên là quá trình điện phân nước

41.0924.2

2 4

Ví dụ

Điện phân dung dịch nước NiSO4với anode Ni tan

Nhưng NiSO4tồn tại trong môi trường acid, nên:

Do đó, ở cathode

Và anode

41 0 25 0

/ 2

Ni Ni

22814

4

Nie

Ni 2 2

4

2 4 2

2

Ni

Ví dụ

THẾ PHÂN GIẢI VÀ QUÁ THẾ

Thế phân giải là thế hiệu tối thiểu cần thiết để tiến hành

quá trình điện phân đã cho.

Ký hiệu: E p

Nói chung với những hệ T – N thì E p bằng sức điện động

của nguyên tố galvanic tạo thành từ sản phẩm điện phân.

Hiệu số giữa thế phân giải và sức điện động của nguyên

tố galvanic tương ứng phản ứng nghịch gọi là quá thế điện

phân: 0 = E p - E.

ĐỊNH LUẬT FARADAY

Lượng chất được tạo thành hay hòa tan ở điện cực khi

điện phân tỉ lệ thuận với lượng điện đi qua chất điện ly.

Những lượng điện bằng nhau sẽ tạo thành hay hòa tan

ở điện cực khi điện phân những đương lượng như

nhau của các chất.

Công thức:

m = (AIt)/(nF) hay m = (Đ A q)/F

F: Hằng số Faraday bằng 96500 (coulomb)

m: khối lượng chất điện phân ra.

ĐA: Đương lượng gam của A.

A: Nguyên tử gam của A.

n: Hóa trị chất biến đổi.

I: Cường độ dòng điện (Ampe)

t: Thời gian điện phân (sec)