PIN điện hóa ppt _ HÓA LÝ

Trắc nghiệm, bài giảng pptx các môn chuyên ngành Y dược hay nhất có tại “tài liệu ngành Y dược hay nhất”; https://123doc.net/users/home/user_home.php?use_id=7046916. Slide bài giảng môn hóa lý ppt dành cho sinh viên chuyên ngành Y dược. Trong bộ sưu tập có trắc nghiệm kèm đáp án chi tiết các môn, giúp sinh viên tự ôn tập và học tập tốt môn hóa lý bậc cao đẳng đại học ngành Y dược và các ngành khác

PIN ĐIỆN HÓA

Bài giảng pptx các môn ngành Y dược hay nhất có tại “tài liệu ngành dược hay nhất” ;

https://123doc.net/users/home/user_home.php?

use_id=7046916

Pin điện hóa

 Pin Gavalnic: phản ứng tự phát sinh ra năng lượng điện

 Pin điện phân: hấp thụ năng lượng điện để phát sinh phản ứng không tự phát

Năng lượng điện Năng lượng hóa

Pin điện phân

Pin Galvanic

Pin Daniel - Jacobi

Pin Daniel - Jacobi

Tác nhân oxy hóa

Tác nhân khử

Thành phần của pin:

Điện cực:

Cathode là điện cực xảy ra phản ứng khử Anode là điện cực xảy ra phản ứng oxy hóa Cầu muối: cho phép ion đi qua các dung dịch nhưng không cho các dung dịch trộn lẫn với nhau

Liên kết dung dịch: các đĩa thủy tinh có lỗ xốp có vai trò như cầu muối

Dây dẫn

Quy ước viết pin

Cực (-) viết bên trái pin xảy ra phản ứng OXH

Cực (+) viết bên phải pin xảy ra phản ứng khử

Ranh giới giữa 2 pha rắn – lỏng: 1 gạch thẳng đứng

Ranh giới giữa 2 pha dung dịch: 2 gạch thẳng đứng

Dấu phẩy để phân biệt 2 chất khác nhau trong cùng 1 pha

Nếu có cầu muối: 2 gạch nét đứt thẳng đứng

Ví dụ

Cu, Zn Zn+2 (cZn+2) Cu+2 (cCu+2) Cu

Cơ chế xuất hiện sức điện động

pin

Bề mặt tiếp xúc khác nhau  độ tích điện khác nhau

Trên pin Daniel

có bề mặt tiếp xúc giữa

 Pha rắn – lỏng (kim loại – dung dịch): thế điện cực

 Pha lỏng – lỏng (ZnSO4 – CuSO4): thế liên kết dung dịch

 Pha rắn – rắn (Cu – Zn): thế tiếp xúc

Cu, Zn Zn+2 (cZn+2) Cu+2 (cCu+2) Cu

Thế tiếp xúc

2 kim loại khác nhau tiếp xúc với nhau (Zn và Cu)

Zn nhường điện tử dễ dàng hơn Cu  electron của Zn linh động hơn của Cu

 đầu phía Zn tích điện dương còn đầu phía Cu tích điện âm

Tốc độ di chuyển electron của Zn và Cu khác nhau nên bề mặt tiếp xúc có sự tích điện khác nhau  xuất hiện điện thế tiếp xúc

Thế liên kết chất lỏng – Thế

khuếch tán

Ag, AgCl HCl 1M HCl 2M AgCl, Ag

Ag, AgCl HCl 1M HCl 2M AgCl, Ag

HCl (2M) HCl (1M)

điện cực Ag, AgCl

Sau 1 thời gian

Ag, AgCl HCl 1M HCl 2M AgCl, Ag

Sau 1 thời gian

Hạn chế: dùng cầu muối có linh độ các ion gần giống nhau (KCl hoặc

NH 4 NO 3 )

K+ 73,50 Cl- 76,35

NH

4 + 73,50 NO 3 - 71,46

Zn bị hòa tan thành Zn2+ đi vào dung dịch

Electron ở lại trên thanh Zn

Electron ở lại trên thanh Zn

Bề mặt điện cực tích điện (-)

Lớp điện kép

Zn

ZnS04

Điện cực Cu CuSO 4

Điện cực Zn ZnSO 4

Zn

+ + + +

- -

+ + +

Cu

- - -

-+ + +

- -

-ϕ Zn < ϕ Zn2+ ϕ Cu > ϕ Cu2+ d

E

0

d E

0

Sức điện động của pin

Cu, Zn Zn+2 (cZn+2) Cu+2 (cCu+2) Cu

Thế txúc Thế điện cực Thế liên kết dd Thế điện cực

Thế điện cực giữa Cu và CuSO4Thế điện cực giữa Zn và ZnSO4Thế liên kết giữa CuSO4 và ZnSO4Thế tiếp xúc giữa Zn và Cu

ε1 = ϕ (Cu) – ϕ (Cu2+)

ε2 = ϕ (Zn2+) – ϕ (Zn)

ε4 = ϕ (Zn) – ϕ (Cu2+)

ε3 = ϕ (Cu2+) – ϕ (Zn2+)

Sức điện động của pin

Biến đổi hóa học vô cùng chậm

 quá trình đẳng áp đẳng nhiệt do áp suất và nhiệt độ không đổi

Công sinh ra = năng lượng điện = độ giảm thế đẳng áp do quá trình hóa học xảy ra trong pin

A’ max = nFE= -∆G (Joule)

Cu Zn

a a

Khi hoạt độ của các ion = 1

 ∆G = ∆G0 = nFE0 E0 = sức điện động của pin khi a = 1

The Nernst Equation

β α

α β α

β

) (

) (

) (

) (

) (

) (

ln

ln ln

K

Ox o

Ox

K o

Ox

K o

a

a nF

RT E

E

a

a RT

nFE nFE

a

a RT

G G

Sức điện động của pin

Thế tuyệt đối của điện cực: không thể

đo được

Thế tuyệt đối

ddich kloai ϕ

ϕ

Chỉ có sự khác nhau về thế giữa 2 điện cực chính là sức điện động của pin

E = ϕ + − ϕ

-là có thể đo được

Điện cực hydro tiêu chuẩn

Năm 1953, Liên đoàn quốc

tế về hóa học đơn thuần và

hóa học ứng dụng (IUPAC)

định nghĩa điện cực hydro

chuẩn là điện cực tham

khảo cho phép đo thế điện

cực

Điện cực hydro chuẩn

1 Thanh platinum có phủ lớp muội

ϕ Θ H + /H 2 = 0.000000 V

Thế điện cực chuẩn (p=1atm, a H+ =1)

Điện cực hydro chuẩn

Phản ứng trên điện cực

H2 2H+ + 2e Công thức điện cực

Pt, H 2 H +

Xác định thế điện cực

Ghép điện cực cần xác định thế với điện cực hydro chuẩn

Đo sức điện động của pin tạo thành

E = điện thế điện cực cần xác định (về giá trị tuyệt đối)

 Điện cực dương tính hơn điện cực H  E nhận giá trị dương

 Điện cực âm tính hơn điện cực H  E nhận giá trị âm

Xác định thế điện cực Cu/Cu2+

Cthức pin

- Pt, H 2 H+(a=1) Cu2+ Cu + Ptrình điện cực

H 2 – 2e  2H+

Cu2+ +2e  Cu

H 2 + Cu + Cu 2+ = 2H+ + Cu

Cu H

Cu H

a a

a

a nF

RT E

E

ϕ ϕ

++

2/

ϕ ϕ

red

ox

a

a nF

RT

ln +

ϕ

Thế Nernst

Phân loại điện cực

Theo chức năng

 Điện cực chuẩn

 Điện cực so sánh

 Điện cực chỉ thị

Theo cấu tạo

 Điện cực loại 1 (thuận nghịch với ion)

 Điện cực loại 2 (kloại phủ muối khó tan)

 Điện cực loại 3 (oxy hóa khử)

 Điện cực màng và điện cực chọn lọc ion

Phân loại điện cực theo chức

năng

Điện cực chuẩn = điện cực hydro chuẩn

Điện cực so sánh:

 Thế bền vững theo thời gian

 Thế lặp lại và không đổi khi có dòng điện chạy qua

 Điện cực calomel và điện cực bạc clorua

Điện cực chỉ thị:

 Thế lặp lại và thiết lập đủ nhanh

 Bền hóa học

Điện cực loại 1

Điện cực thuận nghịch cation = điện cực kim loại

 Cấu tạo: thanh kim loại nhúng trong dd muối của kloại đó

 p/ư điện cực Mn+ + ne  M

 Thế điện cực:

+ +

ϕ

Điện cực loại 1

Điện cực thuận nghịch anion = điện cực khí

Điện cực thuận nghịch anion = điện cực khí

 Cấu tạo:giống điện cực hydro

ϕ

Điện cực calomel

Công thức điện cực

Pt, Hg, Hg 2 Cl 2 KCl Phản ứng thế điện cực

o

Hg Cl Cl Hg

F

RT a

2

ϕ ϕ

−

Hg Hg

F

RT T

Điện cực calomel

Ưu điểm:

 Cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ dễ chế tạo

 Khả năng hồi phục thế của điện cực rất nhanh

 Giá trị thế ổn định, chỉ phụ thuộc vào nồng độ Cl

- Làm điện cực so sánh

Điện cực bạc clorua

Công thức điện cực

Ag, AgCl Phản ứng điện cực

Cl-AgCl ⇌ Ag Ag + + Cl-

Ag+ + e → Ag AgCl + e Ag AgCl + e → Ag +

Cl-Thế điện cực

Màng thủy tinh xốp

Điện cực oxy hóa - khử

Cấu tạo: gồm 1 thanh kim loại trơ (Pt) nhúng trong dd chứa đồng thời cả 2 dạng OXH và dạng khử của 1 cặp OXH-K

2 dạng OXH – K nằm trong 2 pha khác nhau

 Rắn – lỏng: Điện cực kim loại

 Khí – lỏng: Điện cực khí

2 dạng OXH – K nằm trong 1 pha dd: điện cực OXH – K

Điện cực OXH – K đơn giản

+ +

2

3 2

3 2

Fe

Fe Fe

Fe Fe

a F

RT

ϕ ϕ

a F

RT a

a

a F

RT

o QH Q

H

o QH Q QH

H Q o

QH Q

303 , 2

ln

ln 2

2

2 2

2

/

/

2 /

−

=

+

= +

+

ϕ ϕ

ϕ ϕ

ϕ

Điện cực màng chọn lọc ion

Màng chọn lọc ion (ISE):

 Có tính thấm với 1 loại ion nhất định

 Mức độ gắn 1 ion nào đó ở 2 bên

màng khác nhau

Phân loại ISE:

 Màng thủy tinh: chọn lọc H+, Na+

 Màng trạng thái rắn = màng tinh thể:

chọn lọc với nhiều ion (F-)

 Màng trao đổi ion (Ca2+)

 Màng điện cực đặc biệt (điện cực

dò khí hoặc điện cực enzyme)

Điện cực chọn lọc ion

Ứng dụng: xác định nồng độ của ion trong dung dịch (ion chọn lọc)

Nguyên tắc:

Nguyên tắc:

 Ghép điện cực chọn lọc ion với điện cực so sánh

(bạc clorua hoặc calomel) có thế hằng định

 Điện cực chọn lọc ion được nhúng trong dd của ion cần chuẩn độ

 Sự chênh lệch nồng độ ion ở dd cần chuẩn độ và dd trong điện cực = sđđ của pin tạo thành

recognition ligand

2 1 2

RT E

nFE A

A RT

Điện cực thủy tinh đo pH

Điện cực đơn ghép với 1 điện cực so sánh

(giống điện cực trong) để tạo thành pin

Điện cực thủy tinh đo pH

Điện cực kép:điện cực thủy tinh

Điện cực thủy tinh đo pH

Pin tạo thành có công thức

Ag, AgCl Cl- H+ ngoài Màng H+ trong, Cl- AgCl, Ag

Đcực ngoài dd đo pH dd trong Đcực trong

Đcực so sánh Điện cực chỉ thị

The Glass pH Electrode

Cơ chế xuất hiện thế màng

Bề mặt thủy tinh bị hydrat hóa làm Na+ linh động hơn nên có khả năng trao đổi với H+.

Có 4 vùng liên bề mặt:

 dd ngoài (cần đo pH) – lớp hydrat hóa 1 (1)

 Lớp hydrat hóa 1 – lớp thủy tinh khô 1 (2)

 Lớp thủy tinh khô 2 – lớp hydrat hóa 2 (3)

 Lớp hydrat hóa 2 – dd trong (đã biết pH) (4)

Nếu thủy tinh đồng nhất  liên bề mặt (2) và (3) giống nhau  thế liên kết giống nhau

Thế liên kết = chênh lệch nồng độ H+ giữa dd trong và ngoài

H+ + Na+Glass  H+Glass- + Na+

Điện cực thuỷ tinh

● Sức điện động của pin được xác định bởi:

● Ess1 và Ess2 là thế điện cực so sánh trong và điện cực so sánh

ngoài (không đổi)

0.05916pH

log log

E

then composition,

fixed

a has solution

If the two solutions are identical

log log

log

, ' , ,

' , mem

, ' ,

, ' ,

, , ,

,

H

, , ,

' ,

, ' , ,

,

, ,

, ' ,

, ' ,

, ,

+

+

= +

-=

+ +

+ + +

+ +

+ +

+

+

+ +

k

a F

RT a

F RT

a

a F

RT E

a

a a

a

a F

RT a

a F

RT a

a F

RT E

in n sol H out

n sol H

in n sol H

out n sol

H mem

out glass H

in glass

out

glass H

in n sol H

out

n sol H in glass H

out glass H

out n sol H

in n sol H

in glass

H mem

β

pH Measurements

ttngoài H

ddngoài H

ddtrong H

tttrong

H m

a

a nF

RT a

a nF

RT E

+

+ +

ddtrong H

ddngoài H

tttrong H

m

a a

a

a nF

RT E

+ +

+ +

−

ddtrong H

ddngoài H

m

a

a nF

RT E

pH Measurements

Epin = L - 0.0592 pH

Ví dụ: Nếu Epin = -0.115 V ở pH 4.00, thì

pH của dd là bao nhiêu nếu Epin = -0.352 V?

Trong thực tế 2 bề mặt màng thủy tinh không giống nhau  hằng số k xác định bằng thực nghiệm

Hằng số k được gọi là thế bất đối

Hệ số β là hiệu suất điện động

Điện cực chọn lọc ion (ISE)

Thiết kế pin Galvanic

-2 2

Cathod reaction: Cl (g) + e → Cl ( ) a

-Ag|AgCl(s)|Cl ( )|Cl(g)|Pt a

1

2 + 1

2 2

2 2

anode H (g, ) 2H ( ) + 2e cathode 2H ( ) + 2e H (g, )

Cell Ag|Ag ( ) a ┊┊ Ag ( )Ag a

Ví dụ Pin nào được thiết kế đúng

O (g)+H O(l)+2e 2OH 2

O (g)+H O(l)+2e 2OH 2

O (g)+2H +2e H O 2

 Điện cực hydro (khó chế tạo)

 Điện cực quinhydron (nhanh, pH < 7.5)

 Điện cực thủy tinh (đơn giản, chính xác, pH 1-12)

 Điện cực antimon (dùng cho môi trường H+ khắc nghiệt như đo pH của HF)

+

+

= +

SbO Sb

H SbO o

F

RT a

a

a F

RT

ln

ln

2

2

ϕ ϕ

ϕ

(-) Hg,Hg 2 Cl 2 |KCl bão hòa ||AgNO 3 ,Ag (+)

Gọi x là số ml NaCl nhỏ xuống từ trên buret.

[ ] [ ] 0 , 242 lg

0591 ,

0 799

,

0

lg 0591 ,

0

/

/ )

( )

(

− +

=

− +

+

+

Ag E

Ag E

E

Cal

o

Ag Ag

Cal Ag

Ag

ϕ ϕ

ϕ ϕ

ϕ ϕ

CHUẨN ĐỘ ĐO THẾ

Trước tương đương:

[ ]

242 ,

0

.

lg

0591 ,

0 799

, 0

242 ,

0 lg

0591 ,

0 799

, 0

− +

− +

=

− +

x V

x C

V

C E

Ag E

o

1

<

x

CHUẨN ĐỘ ĐO THẾ

Tại tương đương:

oC

268 ,

0 242

, 0 10

7 , 1 lg

0591 ,

0 799

,

CHUẨN ĐỘ ĐO THẾ

Sau tương đương:

oC

V

C

x > .

] [

0 799

,

0

242 ,

0 ]

lg[

0591 ,

0 lg

0591 ,

0 799

=

−

− +

=

−

−

x V

V C C

x E

Cl T

E

o AgCl

CHUẨN ĐỘ ĐO THẾ

Giả sử:

N C

N C

ml V

01 ,

CHUẨN ĐỘ ĐO THẾ

Ví dụ: Xác định nồng độ dung dịch Fe2+ bằng dd KMnO 4 Chọn điện cực so sánh.

Chọn điện cực chỉ thị.

Thiết lập sơ đồ mạch pin

Fe E

Fe

Fe E

ϕ

ϕ ϕ

− +

=

− +

=

+ +

+

+

+ +

] [

]

[ lg 0591 ,

0 77

, 0

] [

]

[ lg 0591 ,

0

2 3

2

3

3

CHUẨN ĐỘ ĐO THẾ

Tại tương đương:

) (

39 ,

1 5

1

51 ,

1 5 77

, 0 1

.

2 1

2 2

1

n n

+

= +

+

Mn

H

MnO E

Mn

H

MnO E

ϕ

ϕ ϕ

− +

=

− +

−

] [

] ].[

[ lg

5

0591 ,

0 51

, 1

] [

] ].[

[ lg

5

0591 ,

0

2

84

2

84

/

4

CHUẨN ĐỘ ĐO THẾ