Bài giảng Hóa đại cương - Chương 6: Điện hóa học

CHÖÔNG 6 – ÑIEÄN HOÙA HOÏC

I.PHAÛN ÖÙNG OXI HOÙA - KHÖÛ

Laø phaûn öùng coù söï thay ñoåi soá oxi hoùa cuûa caùc

nguyeân toá

 Coù söï trao ñoåi e

Goàm hai quaù trình:

- e^-

+ e^-

Chaát khöû 1

oxihoùa 1

khöû 2

 QT oxi hoùa

 QT khöû

Chaát oxihoùa 2

Chaát khöû 1 + chaát oxi hoùa 2  oxi hoùa 1 + chaát khöû 2

0

+2

Ví duï: Zn + CuSO₄ ZnSO₄+ C⁰u

Zn⁰- 2 e  Zn²⁺

Cu²⁺+ 2e  Cu⁰

Zn daïng khöû / Zn²⁺daïng oxi hoùa

Cu²⁺daïng oxi hoùa/ Cu daïng khöû

Vaäy: Zn + Cu²⁺ Zn²⁺+ Cu

Phaûn öùng treân xaây döïng töø 2 caëp oxi hoùa-khöû:

Zn²⁺/Zn vaø Cu²⁺/Cu

 Moãi caëp oxi hoùa khöû coù 1 theá ñieän cöïc ñaëc tröng

_{oxi hoùa /khöû}

Caân baèng phaûn öùng oxi hoùa khöû (xem SGK)

Baøi taäp

Cho caùc phaûn öùng oxi hoùa –khöû, vieát caùc quaù trình khöû vaø

oxi hoùa xaûy ra trong phaûn öùng. Cho bieát caùc caëp oxi hoùa khöû

töông öùng cuûa phaûn öùng?

1.Al + CuSO₄ Cu + Al₂(SO₄)₃

2.KMnO₄+ KNO₂+ H₂SO₄ MnSO₄+ KNO₃+ H₂O

3.HNO₂+ Br₂+ H₂O  HNO₃+ HBr

4.FeCl₃+ KI  FeCl₂+ I₂+ KCl

5.Mn + Cl₂+ 2NaOH  Mn(OH)₂+2NaCl

3.Theá ñieän cöïc – phöông trình Nernst

- Theá ñieän cöïc laø ñaïi löôïng theá hieäu ñaëc tröng cho

quaù trình ñieän cöïc hay ñieän cöïc, kyù hieäu laø .

RT [Ox]

nF [Kh]

  ⁰ ln

Phöông trình Nernst

n: soá electron trao ñoåi trong quaù trình ñieän cöïc;

[Ox], [Kh]: noàng ñoä caùc chaát tham gia daïng

oxyhoùa , daïng khöû;

 phuï thuoäc:

F: soá Faraday (96484 culong/mol)

- baûn chaát ñieän cöïc

R: haèng soá khí (8,314 J/mol)

- nhieät ñoä

T: nhieät ñoä tuyeät ñoái.

- noàng ñoä

- Nồng độ muối lạ

Ví duï: Baûng theá ñieän cöïc tieâu chuaån

ÔÛ 25⁰C ta coù:

0

2



_Zn_2_/Zn 0,763 V (Zn  2e  Zn)

0,059 [Ox]

0

2



0

_Cu_2_/Cu 0,337 V (Cu  2e  Cu)

   

lg

n [Kh]

_C⁰_{l /2Cl}_- 1,358 V (Cl₂ 2e^ 2Cl^)

2 (k)

ÔÛ ñk chuaån: C caùc chaát = 1  

_I⁰_/2I_- 0,535 V (I  2e^ 2I^)

0

2

2(l)

0,059

0

Ñoái vôùi ñieän cöïc kim loaïi :

   

lg[oxihoa]

n

Ví duï: Tính  cuûa Fe³⁺/Fe²⁺ôû 25⁰C bieát [Fe³⁺] =0,5M , [Fe²⁺] =1M

Fe³⁺+ 1e  Fe²⁺

⁰_Fe3+/Fe2+= + 0,77V

[Fe^3]

[Fe^2]



 ^o

 0,059lg

Fe^3

Fe^2

= 0,77 + 0,059 lg0,5 (V)

II.CHIEÀU PHAÛN ÖÙNG OXI HOÙA KHÖÛ

 Oxi hoùa 1 : tính oxi hoùa 

⁰_{oxi hoùa 1/khöû 1}LÔÙN

 Khöû 1 : tính khöû 

⁰_{oxi hoùa 2/khöû 2}NHOÛ

 Oxi hoùa 2 : tính oxi hoùa 

 Khöû 2 : tính khöû 

Chieàu phaûn öùng oxi hoùa khöû:

Oxi hoùa maïnh + khöû maïnh  oxi hoùa yeáu + khöû yeáu

 Theo quy taéc: Phaûn öùng oxyhoùa-khöû xaûy ra theo

chieàu daïng oxyhoùa cuûa quaù trình ñieän cöïc coù  lôùn

hôn seõ oxyhoùa daïng khöû cuûa quaù trình ñieän cöïc coù 

nhoû hôn.

quy taéc : - xeáp hai caëp oxh/khöû theo chieàu taêng daàn

- Vieát qui taéc 

VD2: Xaùc ñònh pin taïo thaønh töø 2 caëp oxi hoùa /khöû: I₂/2I^-vaø Fe³⁺/Fe²⁺

Cho ⁰(I₂/I^-) = + 0,536V ; ⁰(Fe³⁺/Fe²⁺)=+0,771V

 E⁰= 0,771 – (0, 536) = 0,235V

(-)Pt | I₂| I^-|| Fe³⁺| Fe²⁺| Pt (+)

I₂

Fe³⁺

Phaûn öùng xaûy ra trong pin:

Fe³⁺+ 2I^- I₂+ Fe²⁺



2I^-Fe²⁺

III.PIN ÑIEÄN HOÙA (NGUYEÂN TOÁ GALVANIC)

1.Phaûn öùng oxi hoùa – khöû vaø doøng ñieän

a.Phaûn öùng oxi hoùa – khöû xaûy ra trong dung dòch

H^o₂₉₈ 51,82 kcal / mol

Zn + Cu²⁺ Cu + Zn²⁺,

Hoùa naêng  nhieät (Söï trao ñoåi e tröïc tieáp )

b.Khoâng cho chaát oxi hoùa vaø khöû tieáp xuùc tröïc tieáp

Zn⁰- 2 e  Zn²⁺

Cu²⁺+ 2e  Cu⁰

Zn()

(+)Cu

Coù söï trao ñoåi e qua daây daãn

 doøng ñieän

ZnSO₄CuSO₄

maøng xoáp

2.Pin ñieän hoùa (nguyeân toá galvanic)

- Goàm 2 ñieän cöïc noái vôùi nhau baèng moät daây daãn kim

loaïi.

- Ñieän cöïc ñôn giaûn : 1 thanh kim loaïi nhuùng trong dung

dòch chaát ñieän li cuûa noù

Hoaït ñoäng cuûa nguyeân toá CuZn:

Zn () (+) Cu

Zn + Cu²⁺ Cu + Zn²⁺,

Nguyeân toá CuZn:

() Zn  Zn²⁺ Cu²⁺ Cu (+)

ZnSO₄

CuSO₄

maøng xoáp

Xem pin điện hóa

 Coù theå taïo ñöôïc moät pin ñieän hoùa döïa treân moät phaûn

öùng oxi hoùa – khöû (treân cô sôû 2 caëp oxihoa/khöû)

Kí hieäu pin ñieän hoùa:

(-) M_I| ddM_I|| ddM_II| M_II(+)

M: Kim loaïi

Caëp oxh/kh 1

Caëp oxh/kh 2

(nhaän e)

ddM : dung dòch muoái

(nhöôøng e)

VD1: Xaùc ñònh pin taïo thaønh töø 2 caëp oxi hoùa /khöû: Pb²⁺/Pb vaø Ag⁺/Ag

Cho ⁰(Pb²⁺/Pb) = - 0,126V ; ⁰(Ag⁺/Ag)=+0,799 V

Cöïc aâm: Pb -2e  Pb²⁺

(-) Pb | Pb²⁺|| Ag⁺|Ag (+)

Cöïc döông: Ag⁺+ e Ag

VD2: Xaùc ñònh pin taïo thaønh töø 2 caëp oxi hoùa /khöû: I₂/2I^-vaø Fe³⁺/Fe²⁺

Cho ⁰(I₂/I^-) = + 0,536V ; ⁰(Fe³⁺/Fe²⁺)=+0,771V

(-)Pt| I₂| I^-|| Fe³⁺| Fe²⁺| Pt (+)

Suaát ñieän ñoäng cuûa pin E (V)

G =  n F E

F : haèng soá Faraday : 96484

G : theá ñaúng aùp (J)

G^o=  n F E^o=  RT lnK

E^o= ₀(+) - ₀(-)

n: soá electron trao ñoåi

E = (+) -  (-)

E : suaát ñieän ñoäng cuûa pin (V)

VD1: Xaùc ñònh pin taïo thaønh töø 2 caëp oxi hoùa /khöû: Pb²⁺/Pb vaø Ag⁺/Ag

Cho ⁰(Pb²⁺/Pb) = - 0,126V ; ⁰(Ag⁺/Ag)=+0,799 V

 E⁰= 0,799 – (-0,126) = 0,925V

(-) Pb | Pb²⁺|| Ag⁺|Ag (+)

VD2: Xaùc ñònh pin taïo thaønh töø 2 caëp oxi hoùa /khöû: I₂/2I^-vaø Fe³⁺/Fe²⁺

Cho ⁰(I₂/I^-) = + 0,536V ; ⁰(Fe³⁺/Fe²⁺)=+0,771V

 E⁰= 0,771 – (0, 536) = 0,235V

(-)Pt, I₂| I^-|| Fe³⁺, Fe²⁺| Pt (+)

Baøi taäp

1. Tính suaát ñieän ñoäng vaø cho bieát caùc quaù trình ñieän cöïc, phaûn öùng

oxy hoaù - khöû xaûy ra trong pin (–) Mg / Mg²⁺// Zn²⁺/ Zn (+) :

a. ÔÛ ñieàu kieän chuaån.

b. Khi [Mg²⁺] = 0,1 mol/ lit ; [Zn²⁺] = 0,01 mol/ lit.

o

Mg

o

Zn



 2,37V ; 

 0,76V

Cho:

2

Mg

Zn

2. Xaùc ñònh cöïc aâm, cöïc döông, vieát kyù hieäu pin, phöông trình phaûn

öùng xaûy ra trong pin vaø tính söùc ñieän ñoäng cuûa pin ôû ñieàu kieän chuaån

cuûa caùc pin ñieän sau:

a) Mg – Al

b) Pb – Cd

c) Sn – H₂

d) Ñieän cöïc platin nhuùng trong dung dòch chöùa Sn⁴⁺, Sn²⁺vaø ñieän cöïc

platin nhuùng trong dung dòch chöùa Cr³⁺, Cr²⁺.

Mg^2

Sn^2

Sn ^4

Cd^2

Pb^2

Cr^3

Al^3

2H^

:

Sn^2

Cr^2

Mg

Al

Sn

Cd

Pb

H₂

Bieát: ñieän cöïc

⁰:

–2,37 –1,66 –0,136 0,15 –0,42 –0,126 –0,41 0,0

(V)

3. Coù theå oxy hoaù axit HNO₂thaønh HNO₃baèng Br₂vaø I₂ñöôïc

khoâng? Thaønh laäp vaø caân baèng phöông trình phaûn öùng oxy hoaù –

khöû xaûy ra.

o

_NO

 0,7 V ,

_Br

 1,06V

,

_I2

 0,54V.



Bieát:

2

3



2Br

2I



NO

2

4. Cho 2 heä ñieän hoaù:

^o_b 1,36V

^o_a 1,06V

2Br^– Br₂+ 2e ,

b) 2Cl^– Cl₂+ 2e ,

Xaùc ñònh phaûn öùng oxy hoaù – khöû xaûy ra khi troän 2 heä ñieän hoaù ñaõ

cho ôû ñieàu kieän chuaån vaø tính suaát ñieän ñoäng cuûa pin töông öùng ôû

ñieàu kieän naøy.

5. Cho phaûn öùng: Mn + Cl₂+ 2NaOH  Mn(OH)₂+2NaCl . Hoûi phaûn

_C^o_l

1,36V , _M⁰_n

 1,55V

2

öùng xaûy ra theo chieàu naøo? Bieát

Mn (OH )



2

2Cl

Tính suaát ñieän ñoäng cuûa pin ôû ñkc? Tính G⁰cuûa phaûn öùng?

298

-

6. Phaûn öùng 5Fe³⁺+Mn²⁺+12H₂O ↔5Fe²⁺+MnO₄+8H₂O xaûy ra theo

-

chieàu naøo? Bieát ⁰(Fe³⁺/Fe²⁺) = 0,77V ; ⁰(MnO₄/Mn²⁺) = 1,491V

IV.SÖÏ ÑIEÄN PHAÂN

Söï ñieän phaân: phaûn öùng oxi hoùa khöû xaûy ra treân

beà maët ñieän cöïc khi coù doøng ñieän moät chieàu ñi qua

 Bieán ñoåi ñieän naêng thaønh hoùa naêng

Quaù trình ôû catot (-): nhaän e (quaù trình khöû)

 Chaát naøo coù tính oxi hoùa maïnh nhaän tröôùc

Quaù trình ôû anot (+): nhöôøng e (quaù trình oxi hoùa)

 Chaát naøo coù tính khöû maïnh nhöôøng tröôùc

(Ñoïc theâm SGK)

Ví duï: Ñieän phaân dd CuSO₄

2-

Trong dd CuSO₄bò ñieän ly : CuSO₄ Cu²⁺+ SO₄

Catod (-)

Anod (+)

2-

Cu²⁺, H₂O

SO₄, H₂O

Cu²⁺+2 e  Cu

2H₂O –4e 4 H⁺+ O₂

 Phaûn öùng: CuSO₄+ H₂O  Cu + O₂+ H₂SO₄

Ví duï: Ñieän phaân dd NaCl

Trong dd NaCl bò ñieän ly : NaCl  Na⁺+ Cl^-

Catod (-)

Anod (+)

Na⁺, H₂O

Cl^-, H₂O

H₂O +2 e  1/2H₂+ OH^-

2Cl^-–2e  Cl₂

 Phaûn öùng: NaCl + H₂O  H₂+ Cl₂+ NaOH