Bài giảng Hóa đại cương - Chương 16: Điện hóa học

CHÖÔNG 16

ÑIEÄN HOÙA HOÏC

PHAÛN ÖÙNG OXY HOÙA – KHÖÛ VAØ DOØNG ÑIEÄN

• Phaûn öùng oxy hoùa – khöû (O – K)

• Khaùi nieäm:

− Phaûn öùng oxy hoùa khöû laø phaûn öùng trong

ñoù coù söï trao ñoåi electron giöõa caùc nguyeân

töû cuûa nhöõng nguyeân toá tham gia phaûn

öùng laøm thay ñoåi soá oxy hoùa caùc nguyeân

toá.

• Quaù trình cho electron goïi laø quaù trình oxy

hoùa, chaát cho electron goïi laø chaát khöû (chaát

bò oxy hoùa).

− Ví duï:

Zn – 2e  Zn⁺²

• Quaù trình nhaän electron goïi laø quaù trình

khöû, chaát nhaän electron goïi laø chaát oxy hoùa.

− Ví duï:

Cu⁺²+ 2e  Cu

• Toång quaùt:

Kh_I Ox_I+ ne

Ox_II+ ne  Kh_II

 Kh_I+ Ox_II Ox_I+ Kh_II

• Caëp oxy hoùa – khöû:

Ox_I/Kh_I, Ox_II/Kh_II

Caân baèng phaûn öùng O – K

• Nguyeân taéc 1:

− Toång soá electron cho cuûa chaát khöû phaûi baèng

toång soá electron chaát oxy hoùa nhaän vaøo.

• Caùc böôùc tieán haønh caân baèng.

− Böôùc 1: Xaùc ñònh söï thay ñoåi soá oxy hoùa cuûa caùc

chaát.

− Böôùc 2: Laäp phöông trình electron – ion, vôùi heä

soá sao cho ñuùng qui taéc treân.

− Böôùc 3: Thieát laäp phöông trình ion cuûa phaûn öùng.

− Böôùc 4: Caân baèng theo heä soá tæ löôïng.

• Ví duï:

Al + CuSO₄ Al₂(SO₄)₃+ Cu

Al -3e  Al⁺³

Cu⁺²+ 2e  Cu

X2

X3

• _______________________

• 2Al + 3Cu⁺²= 2Al⁺³+ 3Cu

• 2Al + 3CuSO₄ 2Al₂(SO₄)₃+ 3Cu

• Nguyeân taéc 2:

− Ñoái vôùi phaûn öùng O – K xaûy ra trong moâi tröôøng

acid neáu daïng Ox cuûa chaát Ox coù chöùa nhieàu

nguyeân töû Oxy hôn daïng khöû cuûa noù thì phaûi theâm

H⁺vaøo veá traùi (daïng Ox) vaø theâm nöôùc vaøo veá

phaûi (daïng khöû).

− Neáu daïng khöû cuûa chaát Kh chöùa ít nguyeân töû Oxy

hôn daïng Ox cuûa noù thì theâm nöôùc vaøo veá traùi

(daïng Kh) vaø H⁺vaøo veá phaûi (daïng Ox).

Thieáu O beân naøo, theâm H₂O beân ñoù, beân kia theâm H⁺

• Ví duï:

KMnO  KNO  H SO  MnSO  KNO  K ₂SO  H O

4

2

4

3

4

2



 2

MnO

 5 e  Mn

4



NO  2 e  NO

2

3





 2

MnO

 5e  8 H  Mn

 4 H O

4

2

X2

X5





NO  2 e  H O  NO  2 H

2

3







2 MnO

 5 NO

 6 H  2 Mn

 5 NO

 3 H O

4

2

3

2

 2 KMnO

 5 KNO

 3 H SO

 2 MnSO

 5 KNO

 K SO  3 H O

4

2

4

3

2

4

2

• Nguyeân taéc 3:

− Phaûn öùng O – K xaûy ra trong moâi tröôøng

base, neáu daïng Ox cuûa chaát Ox chöùa nhieàu

Oxy hôn daïng khöû thì phaûi theâm nöôùc vaøo veá

traùi, OH^-vaøo veá phaûi.

− Neáu daïng Kh cuûa chaát Kh chöùa ít Oxy hôn

daïng Ox cuûa noù thì phaûi theâm OH^-vaøo veá traùi,

nöôùc vaøo veá phaûi.

Thieáu O beân naøo theâm OH^-beân ñoù, beân kia laø H₂O.

• Ví duï:



KClO  CrCl  KOH  K CrO  KCl  H O

3

2

4

2



ClO  6 e  3 H O  Cl  6 OH

X1

X2

3

2

 3



 2

Cr  3e  8OH  CrO

 4 H O

4

2



 3



 2

ClO  2 Cr  OH  Cl  2 CrO

 5 H O

3

4

2

KClO  2 CrCl  10 KOH  7 KCl  2 K CrO  5 H O

3

2

4

2

• Nguyeân taéc 4:

− Phaûn öùng O-K trong moâi tröôøng trung tính.

Neáu daïng Ox cuûa chaát Ox chöùa nhieàu

nguyeân töû Oxy hôn daïng Kh cuûa noù thì phaûi

theâm nöôùc vaøo veá traùi, OH^-vaøo veá phaûi.

− Neáu daïng Kh cuûa chaát Kh chöùa ít nguyeân töû

Oxy hôn daïng Ox cuûa noù thì phaûi theâm nöôc

vaøo veá traùi, H⁺vaøo veá phaûi.

Theâm nöôùc veá traùi heát, veá phaûi: OH^-neáu

theâm e, H⁺neáu maát e.

• Ví duï:

KMnO  KNO  H O  MnO  KNO  KOH

4

2

3



X2

X3

MnO  3e  2 H O  MnO  4 OH

4

2





NO  2 e  H O  NO  2 H

2

3





2 MnO

 3 NO  7 H O  2 MnO  3 NO  8OH

 6 H

4

2

3



2 MnO  3 NO  H O  2 MnO  3 NO  2 OH

4

2

3

 2 KMnO

 3KNO  H O  2 MnO  3KNO  2 KOH

4

2

3

• Phaûn öùng O – K vaø doøng ñieän

• ÔÛ ñieàu kieän bình thöôøng, phaûn öùng O –

K xaûy ra cuøng moät nôi thì hoùa naêng seõ

bieán thaønh nhieät naêng.

• ÔÛ ñieàu kieän ñaëc bieät phaûn öùng O – K

xaûy ra giaùn tieáp ôû hai nôi khaùc nhau thì

hoùa naêng seõ bieán thaønh ñieän naêng (qua

daây daãn).

NGUYEÂN TOÁ GALVANIC VAØ ÑIEÄN CÖÏC

• Nguyeân toá galvanic (1780):

− Laø thieát bò chuyeån hoùa naêng

sang ñieän naêng. Caáu taïo goàm hai

thanh kim loaïi, nhuùng trong

dung dòch muoái cuûa noù, noái vôùi

nhau qua sôïi daây daãn kim loaïi.

Luigi Galvani (Italia)

− Hai thanh kim loaïi naøy moät

thanh coù tính khöû maïnh hôn (ñeå

cho e) moät thanh coù tính khöû

yeáu hôn (ñeå ion cuûa noù nhaän e).

Anode, xaûy ra

Cathode, xaûy ra

quaù trình khöû

quaù trình oxy hoùa

• ÔÛ ñieän cöïc keõm:

Zn – 2e  Zn⁺²goïi laø aâm cöïc (Cathode)

• Ñieän cöïc ñoàng:

Cu⁺²+ 2e  Cu goïi laø döông cöïc (Anode)

• Töùc laø ôû aâm cöïc xaûy ra quaù trình Oxy hoùa, Zn laø chaát

Kh. ÔÛ döông cöïc xaûy ra quaù trình khöû, Cu laø chaát Ox.

• Phöông trình cuûa galvanic:

Zn + Cu⁺²= Zn⁺²+ Cu

• Ngöôøi ta kyù hieäu nguyeân toá ganvanic:







Zn ZnSO

CuSO Cu







4

• Hay

 2







Zn Zn

Cu Cu 



THEÁ ÑIEÄN CÖÏC

• Theá ñieän cöïc  (V), hay coøn goïi laø theá Oxy hoùa – Khöû,

hay laø baùn theá phaûn öùng, laø moät ñaïi löôïng khoâng theå ño

tröïc tieáp, maø phaûi so saùnh vôùi moät ñieän cöïc chuaån.

• Ngöôøi ta choïn Hydro laøm ñieän cöïc chuaån:

2H⁺(dd) + 2e  H₂(k), ñieän cöïc laø platinum.

Quy öôùc: ⁰= 0 (V). (Theá ñieän cöïc tuyeät ñoái cuûa

H2

noù öôùc chöøng 4.4 – 4.6 V)

http://en.wikipedia.org/wiki/Standard_hydrogen_electrode

• Vaäy theá ñieän cöïc laø moät ñaïi löôïng baèng theá hieäu cuûa noù

so vôùi ñieän cöïc hydro tieâu chuaån.

• Phöông trình Nernst:

Kh –ne  Ox, 

RT

a _Ox

a _Kh

0

   

ln

nF

Vôùi a laø hoaït ñoä. Hoaït ñoä cuûa caùc kim loaïi tinh

khieát (vaø caû loûng tinh khieát) coi nhö baèng 1.

Vôùi dung dòch thaät (söû duïng C) ôû nhieät ñoä 298K,

ta coù (R=8.31, T=298,F=96500):

0 .059

[Ox ]

0

    ₀

lg

n

[ Kh ]

•  phuï thuoäc vaøo baûn chaát chaát tham gia quaù

trình ñieän cöïc (⁰, n) nhieät ñoä T, noàng ñoä chaát

tham gia quaù trình ñieän cöïc C.

• Ta coù:

G = -nF, hay G⁰= -nF⁰

• Sau ñaây laø baûng theá ñieän cöïc tieâu chuaån cuûa

moät soá baùn phaûn öùng (Theá Ox-Kh).

Bài giảng Hóa đại cương - Chương 16: Điện hóa học - Huỳnh Kỳ Phương Hạ