ĐIỆN HÓA HỌC
TS. Trần Phi Hoàng Yến
1
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Thế kỷ XX Nhiệt động học tập trung nghiên cứu về pứ hóa học - Nerst (1901-1911): nguyên lý 3 nhiệt động ơn học
h N
y u - Lý thuyết dung dịch (XIX): hiệnQtượng thẩm m áp suất hơi trên thấu (Nolte; Traube; Van’t Hoff); è K y dung dịch (Raoult) ạ D + / m o - Thuyết điện ly (Arrhenius1889): lý thuyết về c . e l thế điện cực (Nerst): khái niệm về hoạt độ g (Gibbs). oo G Phát triển: lý thuyết về độ hoạt động của chất điện ly mạnh; lớp điện kép, động học các quá trình điện cực.
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
ĐIỆN HÓA HỌC
n ơ h chất Bài 1. Độ dẫn điện của dung Ndịch điện ly Quy m è K y ạ D /+ của pin và các quá Bài 2. Sức điệnm động o c trình điện cực . e l g o o G
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
n ơ h Bài 1. ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA N y u DUNG DỊCH CHẤTmQ ĐIỆN LY è K y ạ D + / m o c . e l g o o G 4
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
KHÁI NiỆM VỀ VẬT DẪN ĐIỆN tích tự Là vật chất mà ở trạng thái bình thường có các điện n ơtrường, các do. Nếu đặt các vật liệu này vào trong một điện h Nnhất định của điện tích sẽ chuyển dịch theo một hướng y u Q dẫn điện trường và tạo thành dòng điện, gọi là vật
y ạ D
m è K
PHÂN LOẠI VẬT DẪN/+ĐIỆN
m o .c
- Vật dẫn loại le 1
g o o - Vật dẫn G loại 2
- Vật bán dẫn
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Các loại vật liệu dẫn điện
Vật dẫn loại 1 (Vật (Vật dẫn electron): kim loại loại,, n ơ hợp chất kim loại h N
y u hướng trong - Dẫn điện do electron dịch chuyển có Q m điện trường è K y - Đây là nhóm các vật liệu cóạkhả năng dẫn điện và có D + bản chất là kim loại hoặc/ là các hợp chất của kim loại: mhợp chất carbua (than) kim loại Kim loại (Cu, Ag, Al…), o c . (carbua natri, canxi) và sulfur kim loại, graphit (than e l chì), oxyd….. og o G - Khi ngắt mạch điện, không còn dòng điện trong dây, các nguyên tử kim loại giữ nguyên tính chất ban đầu không bị biến đổi bản chất hóa học.
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Các loại vật liệu dẫn điện
Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron tự do ngược chiều điện trường.
n ơ h Có điện trường N y u Q èm
Không có điện trường
D + /
e l g-
o o G
- - -
m o .c
-
K y ạ
E
-
Có dòng điện
Không có dòng điện 7
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Các loại vật liệu dẫn điện
n ơ h
Vật dẫn loại 2: dung dịch chất điệnylyN
u Q
Dẫn điện do các ion (vật dẫn điện m ion)
è K ytrạng thái nóng chảy hoặc Gồm các chất điện ly ở ạ D hòa tan, các khí ion hóa. + / mthành 2 loại: Chất điện ly chia o c . e l - Chất điện ly mạnh g o o G - Chất điện ly yếu
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Các loại vật liệu dẫn điện
Vật dẫn điện loại 2 (dd chất điện ly)
n ơ h
N y u – Q+
+ / m
o c e– .
gl
o+ o G
y ạ D
m è K
+ –
–
+ –
– +
+
+
– – +
+
–
– –
–
+
+
+ + 9
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
VẬT DẪN LOẠI 3: Vật dẫn điện loại bán dẫn là vật liệu có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa CHẤT DẪN ĐiỆN và CHẤT CÁCH ĐiỆN
n ơ h Là những vật rắn có chứa các nút mang điện tích dương N y (ion dương) và những lỗ trống (khuyết u ion). Dẫn điện do có sự dịch chuyển của các điện tử vàQcác lỗ trống. m è K Vật bán dẫnythuần Tinh thể bán dẫn ở ĐK nhiệt Vật bán dẫn tạp ạ (Nguyên tính) độ thấp (Chất cách điện) D + / m o c . e l g o o G
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
ĐIỆN TRỞ (Ký hiệu R) Là đại lượng đặc trưng cho mức độ cản trở dòng điện của vật liệu dẫn điện. ơn
h N
ĐIỆN TRỞ SUẤT (Ký hiệu ρ)
m è K
y u Q
y đại lượng đặc trưng Là giá trị đặc biệt của điện trở,ạlà D cho mức độ cản trở dòng điện của một dây dẫn dài 1 + / mét, và có tiết diện là o 1m m2 g o o G
c . le
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH ĐIỆN LY KHÁI NIỆM VỀ ĐỘ DẪN ĐiỆN
n ơ h
N khả năng Độ dẫn điện là đại lượng đặc trưng ycho u vận chuyển hạt mang điện dướiQ tác dụng của điện m è trường ngoài. K
y ạ Độ dẫn điện: là nghịchDđảo của điện trở + / K =1/R ( R là điện trở riêng = ρ.l/S ); ( với ρ là điện m o c trở suất ); l: chiều dài dây dẫn; S: diện tích bề mặt . e l g dây dẫn. o o ĐơnGvị đo độ dẫn điện: ohm-1 (Ω-1 ) ; Siemen (S) 1 S= = Ω −1 Ohm(Ω)
12
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH ĐIỆN LY
n ĐIỆN CÁC YẾU ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ DẪN ơ h CỦA DD CHẤT ĐIỆN LY yN 1. 2. 3. 4. 5.
u Q
Bản chất chất điện ly m è Dung môi hòa tan K y ạ Nhiệt độ môi trường D + / Điện tích và bánmkính ion o c . Nồng độ chất e l điện ly
g o o G
13
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH ĐIỆN LY
1 Bản chất chất điện ly: chất điện ly mạnh dẫn điện tốt hơn chất điện ly yếu. Ví dụ chất điện ly mạnh:
N y u
Q m
è K y
ạ D /+
m o .c
e l g
o o G
n ơ h
DD NaCl
Ví dụ chất điện ly yếu:
Ví dụ chất điện ly rất yếu (không điện ly), không có khả năng dẫn điện:
14
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH ĐIỆN LY
2
n ơ h
Ndẫn điện y Dung môi hòa tan: dm phân cực u Q tốt hơn dung môi kém phân m cực
è K Dm phân cực dẫn điện tốt hơn dm kém phân cực y ạ D và không phân cực + / mhết chất điện ly ít hòa tan và Trong DMHC hầu o c . phân ly yếulehơn trong nước g o o G 15
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH ĐIỆN LY
n ơ h
3 Nhiệt độ môi trường: khi N y nhiệt độ tăng độ nhớt môi u Q trường giảm, các ion m è K chuyển động dễ dàng y ạ D hơn +
/ m
o c e.
l độ dẫn Khi tăng 1 oC g oo 2 – 2,5 % điện dd tăng G
16
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH ĐIỆN LY
3 Nhiệt độ môi trường
Độ nhớt ớ tăng ăng dầ dần
Dạng Chất Acid Base
m o .c
D + /
n ơ % Gia tăng hđộ dẫn/°C N y u Q 1,0 đến 1,6 m è K ạy 1,8 đến 2,2
Nước trung letính
2,0
Muối
2,2 đến 3,0
g o o G
Mức độ tăng độ dẫn điện của các dung dịch có độ nhớt cao > dd có độ nhớt thấp 17
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH ĐIỆN LY
n ơ h
N 4 Điện tích và bán kính ion: y u Q Ở trạng thái nóng chảy những ion có cùng m èkính nhỏ có độ dẫn điện tích, ion nào có bán K y ạ lớn. D + / m
o c . e Ở trạng thái dung dịch, ion có bán kính lớn sẽ l g o có lớposolvat nhỏ nên dẫn điện lớn G 18
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH ĐIỆN LY
n ơ h
N y u Độ dẫn điện của dung dịch chất điện ly phụ thuộc vào Q m nghĩa là độ dẫn toàn bộ ion có mặt trong dungèdịch, Kdung dịch và độ điện ly điện phụ thuộc vào nồng độ y ạ α. D + / m o c ra phức tạp và không giống nhau ở . Quy luật này ediễn l g các chất điện ly khác nhau. o o G
5 Ảnh hưởng của nồng độ chất điện ly:
Mối liên quan định lượng này là cơ sở của pp phân tích hóa học. 19
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH ĐIỆN LY
CÁC CÁCH BIỂU THỊ ĐỘ DẪN ĐIỆN n ơ h Có 3 đại lượng biểu thị độ dẫn điện yN
u Q
Độ dẫn điện riêng m è Độ dẫn điện đương lượngK y ạ Độ dẫn điện độc lập ion D
+ / m
l g o o G
o c e.
20
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH ĐIỆN LY
Độ dẫn điện riêng của dung dịch
n ơ h
Là độ dẫn điện của tất cả các ion chứa trong 1 cm3 dung dịch có nồng độ đã cho. Hoặc là độ dẫn điện của khối dung dịch hình lập phương mỗi chiều 1cm.
Q m
è K y
ạ D + K: Biểu thức tính độ dẫn điện/riêng m K=1/ρ = l/RS; l/S: hằng số bình điện o c cực. . e l g o -1.cm -1 hay S.cm -1 Ωo Đơn vị đoG
Thứ nguyên của K có thể dùng là: S.cm-1, với S = Ω-1 (S đọc là siemen).
N y u
Sơ đồ bình đo độ dẫn 21
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH ĐIỆN LY
Cách đo: dùng cầu Wheastone với dòng điện xoay chiều, điện cực platin đen và dd chất điện ly chuẩn đã biết K ( để xác định l/S ) n R1 R2
=
R3
ơ h N
y u Q
Rx
Rx
y ạ D
m è K
Các yếu tố ảnh hưởng: + / Bản chất chất tan, dung môi, K giảm theo chiều: m o c . acid mạnh > kiềm mạnh > muối > chất điện ly yếu e l g : K tăng sau đó giảm Nồng độ tăng o o Nhiệt độGtăng K tăng do nhiệt tăng, η giảm, mức độ hydrat hóa giảm (ngược lại với vật dẫn loại 1 ) 22
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH ĐIỆN LY
Độ dẫn điện đương lượng lượng:: Độ dẫn điện đương lượng là độ dẫn gây ra bởi n tất cả các
ơ h ion có trong một thể tích dung dịch chứaNđúng một đương y u Q lượng chất điện ly hòa tan. m è Kdd chứa 1 đương lượng gam y Là độ dẫn điện của một khối ạ D + song song cách nhau 1 cm. chất nằm giữa 2 điện /cực m o c . ly có nồng độ đương lượng C (đlg/L) suy Nếu dd chất điện e l g o ra thể tích chứa một đương lượng chất điện ly là v = 1/C o G (lít).
23
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH ĐIỆN LY
Độ dẫn điện đương lượng Nếu 1 cm3 dd có độ dẫn điện riêng là K (S.cm-1n). hơλ V= 1/C (lít) = 1000/C (cm3) có độ dẫn điện là
N y u
Suy ra
Q
1000 1 λ = k. = k .v( S .cmè−m .cm3 ) C yK
ạ D /+
mthấy, khi C→ 0 thì λ tiến tới một giá Từ công thức trên ta o c . trị giới hạn, gọile là độ dẫn điện đương lượng giới hạn: λ∞ g điện đương lượng ở độ pha loãng vô o (Còn gọi là độ dẫn o G là độ dẫn điện độc lập của ion dung dịch chất cùng – Gọi điện ly; Độ dẫn điện độc lập do số lượng ion và vận tốc chuyển dịch ion quyết định 24
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH ĐIỆN LY
Độ dẫn điện đương lượng n ơ Ký hiệu của độ dẫn điện đương lượng là: λ (lamđa) h có thứ nguyên S.cm2 yN
u Q Cách đo : nguyên tắc đo K, biết C tính λ m è K y Các yếu tố ảnh hưởng: Dạ + môi: λ giảm theo chiều : / Bản chất chất tan, dung m o mạnh > muối > chất điện ly yếu Acid mạnh > kiềm c . e l λ giảm, ở độ pha loãng ∞ ( c → 0) Nồng độ tăng g λ∞ = max oo G
25
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH ĐIỆN LY
Độ dẫn điện riêng
Độ dẫn điện đương lượng
1000 λ = k. = k.v(S.n cm −1.cm 3 ) C hơ
1 1 l K= = . ρ R S
Q m
è K y
ạ D /+
N y u
m o .c
o o G
e l g
26
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Độ dẫn điện một số dung dịch n ơ h
Q m
è K y
ạ D /+
N y u
m o .c
o o G
e l g
27
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH ĐIỆN LY
PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ DẪN ĐIỆN
n ơ h Cách đo với vật dẫn loại 1: dùng cầuNWheastone y u với dòng điện 1 chiều hoặc xoay chiều Q m Vật dẫn loại 2 : dùng cầu Wheastone với dòng điện è K y xoay chiều cao tần và điện cực Pt đen ạ D + / m o c . e l g o o G 28
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA DUNG DỊCH ĐIỆN LY
n ơ Nguyên tắch đo độ dẫn Ndịch điện ly của dung y u (vật dẫn điện loại 2) là Q m vào điện trở cầu dựa è yKWheaston.
ạ D /+
e l g
m o .c
o o G
Trong đó, Rx chính là điện trở của khối dung dịch giữa 2 cực. Từ điện trở đo được, tính ra độ dẫn điện của dung dịch
Sơ đồ điện trở vật dẫn loại 2 theo nguyên tắc cầu Wheastone
29
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Ngày nay, để đo độ dẫn điện người ta dùng các thiết bị đo độ dẫn điện (Conductometer) hiện đại có kết nối vớin vi tính ơ h để xử lý kết quả. N
y u Q
+ / m
o c e.
l g o o G
y ạ D
m è K
30
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Ứng dụng của phương pháp đo độ dẫn
n ơ h
k Điện cực
ạ D /+
è K y
V
m o .c
Q m
N y u
DD chuẩn/ buret
DD chuẩn độ
1. Chuẩn độ bằng đo độ dẫn điện: Nguyên tắc : Chất tạo ra trong phản ứng chuẩn độ có độ dẫn điện kém, do đó điểm tương đương là điểm gãy trên đường biểu diễn độ dẫn. Ưu điểm : Cho phép chuẩn độ chính xác các trường hợp: dung dịch có màu, đục, rất loãng Đồ thị biểu diễn quan hệ K ~ V (ml). 31
o o G
e l g
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Ứng dụng của phương pháp đo độ dẫn
n ơ tan: 2. Xác định độ tan của chất điện ly khó h N y Vì chất khó tan có độ tan S = C bãouhòa, là Q nồng độ rất loãng m è K y ạ k.1000 D + λ∞= / m CC o c . e l k.1000 k.1000 (đương lượng gam/lít) g λ∞= oo ⇒ C S= GC S λ∞ Suy ra, độ tan S (gam/lít) = C x đương lượng gam 32
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Ứng dụng của phương pháp đo độ dẫn 3. Xác định độ phân ly (Độ điện ly α), hằng số phân ly (k phân ly, k điện ly) của chất điện ly yếu
n ơ h
Độ điện ly là tỷ số giữa số phân tử phân ly thành ion và tổng số phân tử đã hòa tan vào dung dịch
Tính α:
N y u
Q m
Nguyên tắc: Theo định nghĩa ta có: α = Cion / C Thay C = k.1000/ λ và Cion = k.1000/λ∞ α = λ / λ∞ Đo λ ở nồng độ dung dịch khảo sát, tra bảng λ∞ tính được α
è K y
ạ D /+
Tính k:
m o .c
Kphân ly HA = [H+] [A-] / [HA] = (αC)2 / (1- α).C = α2C/1 – α Xác định hằng số không bền của phúc chất ( ≈ Kphân ly )
e l g
o o K nước G nhiễm ion > K nước sinh hoạt > K nước cất > K nước
4. Xác định độ tinh khiết của nước: loại ion
33
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
ĐỘ DẪN ĐIỆN 1. Khái niệm về các loại vật liệu dẫn điện
n ơ h
- VD loại 1: Kim loại, hợp chất của KL, dẫn điện do sự di chuyển thành dòng của các electron - VD loại 2: dd điện ly, dẫn điện do sự di chuyển thành dòng của các ion - VD loại 3: Vật bán dẫn: dẫn điện do sự di chuyển thành dòng của các electron và các lỗ trống.
N y 2. Các khái niệm về độ dẫn điện và các yếu tố u Q ảnh hưởng 5 yếu tố: 1. bản chất m è - Độ dẫn điện chất điện ly; 2. dung K - Độ dẫn điện riêng K=1/ρ; (Ω .cm hay S.cm ) môi; 3. nhiệt độ, 4. điện y ạ 1000 - Độ dẫn điện đương lượng tích và bán kính ion; 5. D λ = k. = k .v( S .cm .cm ) Nồng độ +C / - Độ dẫn điện độc lập ion (Độ dẫn điện ở độ pha loãng vô cùng) m o c . 3. Nguyên tắc của phép đo độ dẫn điện e l g Vật dẫn loại 1: dùngocầu Wheastone với dòng điện 1 chiều hoặc xoay chiều o Vật dẫn loại 2G : dùng cầu Wheastone với dòng điện xoay chiều cao tần và điện cực Pt đen -1
-1
-1
−1
-
3
4. Ứng dụng của phép đo độ dẫn điện -
1. Chuẩn độ bằng phép đo Độ dẫn điện – 2. Xác định độ tan của các muối khó tan
34
- 3. Xác định độ điện ly, hằng số điện ly của chất điện ly yếu – 4. Kiểm định chất lượng của nước, và các dung dịch chất điện ly
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
CÂU HỎI LƯỢNG GIÁ 1. Trình bày khái niệm và đặc điểm các vật liệu dẫn điện? điện ? (3 vật liệu dẫn điện điện))
n ơ h điện 2. Khái niệm niệm,, biểu thức tính tính,, đơn vị đo độNdẫn y u 3. Nguyên tắc của phép đo độ dẫn điện Q m è 4. Khái niệm niệm,, biểu thức tính tính,, Kđơn vị đo độ dẫn điện y ạ riêng D + / 5. Khái niệm niệm,, biểu thức tính,, đơn vị đo độ dẫn điện tính m o đương lượng .c e l og yếu tố ảnh hưởng đến phép đo độ dẫn 6. Trình bàyocác G điện 7. Trình bày các ứng dụng của phép đo độ dẫn điện và cho ví dụ cụ thể để minh họa
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
n ơ h
N ĐIỆN CỰC VÀ PIN ĐIỆN y u è K y
Q m
ạ D /+
o o G
e l g
m o .c
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
PHẢN ỨNG OXY HÓA KHỬ VÀ QUÁ TRÌNH PHÁT SINH DÒNG ĐIỆN
n ơ Cho dòng điện 1 chiều qua dd CuCl với điện cực trơ pt, quá h Noxy hóa khử: trình xảy ra tại các điện cực là các phản ứng y u2 ↑ CuCl2 Đph dd Cu↓ +QCl m è Cực âm (catod) Pt(-) xảy ra phản ứng khử: K y ạ D Cu + 2e → Cu ↓ + / m o Cực dương (anod) Pt(+).cxảy ra phản e ứng oxy hóa: l g↑ 2Cl – 2e → Cl o o G Cặp oxy hóa khử và thế oxy hóa khử 2
2+
–
0
2
Cặp oh/kh: Cu2+ / Cu ,
Cl2/ 2Cl-
Vai trò của điện cực trơ (Pt): vận chuyển điện tử
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Cặp oxy hóa-khử và thế oxy hóa khử cả 2 quá Như vậy, phản ứng oxy hóa khử là pứ tồn tại n trình: oxy hóa, và quá trình khử. hơ
N y u
Q vận chuyển dòng Do có sự trao đổi điện tử, và cómsự è chuyển thành nhiệt điện tử trong dung dịch, hóaKnăng y hình thành dòng điện năng, điện năng. Kết quả ạ là: D + /
m hoá-khử: là cặp các phân tử, Khái niệm về cặp o oxy c . nguyên tử hoặc ion có thể biến đổi lẫn nhau trong các e l phản ứng oxy og hoá-khử. o G
Ví dụ: Cu2+ / Cu , Cl2/ 2Cl–, Zn2+/Zn, Fe 3+/Fe2+
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
ĐIỆN CỰC KIM LOẠI Sự hình thành lớp điện tích kép Khi thanh kim loại tiếp xúc với nước, các phân tử của nước có cấu trúc lưỡng cực sẽ tương tác trên bề mặt kim loại.
n ơ h
Một bộ phận kim loại bị Dạ các lưỡng cực có năng/+ m lượng đủ lớn phá vỡ o c . liên kết lưới kimeloại, l rời tạo thành ion g(+) ovà được khỏi kim loại o Gsolvat hóa dung môi phân tán vào pha lỏng.
è K y
Q m
N y u
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Sự hình thành lớp điện tích kép Kết quả là trong dd, ion kim lọai (+), bề mặt kim loại còn lại các electron (–). Các ion kim loại khi chuyển động trong dd do tác động nhiệt có khuynh hướng khuếch tán vào pha lỏng nhưng một mặt do lực hút tĩnh điện của lớp điện tích âm trên bề mặt kim loại có xu hướng thu hút ion kim loại đến sát gần bề mặt kim loại tạo nên lớp điện tích kép. Đây là điện cực kim loại.
n ơ h
ạ D /+
è K y
m o .c
e l g
o o Hiệu điện thế G của lớp điện tích
kép đặc trưng cho khả năng nhường và nhận electron của kim loại làm điện cực và được gọi là thế điện cực kim loại (Gọi tắt là thế kim loại)
Q m
N y u
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Điện cực và thế điện cực
Pt
Sự hình thành điện cực Khi cho thanh kim loại vào trong dung dịch muối của nó, hình thành điện cực kim loại, ta có THẾ KIM LOẠI.
N y u
Tương tự, ta cho thanh kim loại trơQ nhúng trong dung dịch có chứaèm cả yK một dạng oxy hoá và dạng khử ạcủa cặp oxy hoá khử thích hợpDsẽ tạo ra + / một điện cực. Gọi là m điện cực oxy o hóa khử. Ta có THẾ c . OXY HÓA KHỬ
e l Ví dụ: nhúng gthanh kim loại đồng o muối CuSO tạo điện o trong dung dịch 4 G +2 cực Cu /Cu
hay thanh Pt nhúng trong dung dịch có chứa ion Fe+3 và ion Fe+2 tạo điện cực Fe+3/Fe+2 .
n ơ h
Fe+3
Fe+2
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Thế Oxy Hóa Khử Thế oxy hóa khử là đại lượng đặc trưng cho mức độ biến đổi mạnh yếu giữa dạng oxy hóa và dạng khử; hay nói khác, là khả năng cho và nhận điện tử của các cặp oxh/kh Kí hiệu là: ϕOxh/Kh hay ϕ Ox / Red (hoặc ký hiệu là E) Ví dụ: có 2 cặp oxy hóa khử Cặp 1 : Fe+3 / Fe+2 ϕ1 = + 0,771 volt Cặp 2 : Zn+2 / Zn ϕ2 = - 0,760 volt
n ơ h
N y u
Q m
è K y
ạ D Cho 2 cặp này tiếp xúc nhau,+sẽ xảy ra phản ứng: / m + Zn 2Fe + Zn 2Fe o c . e l → Mn+ có tính oxy hoá càng mạnh ϕ càng dương g o o +m có tính khử càng yếu → MG +3
+2
+2
ϕ càng âm → M có tính khử càng mạnh → Mn+ có tính oxy hoá càng yếu
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Sự phát sinh điện thế trên điện cực (Phương trình Nernst) của yếu Thế điện cực (thế Nernst) chịu ảnh hưởng n ơbản chất tố: nhiệt độ, nồng độ dạng oxy hóa-khử h và N y điện cực. u R = 8,314 J/mol.độ F = 96500 Coulomb
Q m
Kè
t=25
oC→
T =273 + 25
y n: số điện tử trao đổi ạ D
Phương trình Nernst:/+ ma o [ RT Oxh c oxh ] 0 . ϕOxh / Kh = ϕ Oxh / Kh +le ln a g nF [Kh kh ]
o o φ: gọi là thế điện G cực của cặp điện cực oxh/kh;
0,059 n
lg
aoxh akh
φ0: gọi là thế điện cực chuẩn của cặp điện cực oxh/kh; là thế điện cực được đo bằng cách so sánh với thế của điện cực hydro chuẩn aoxh và akh lần lượt là hoạt độ của dạng oxy hóa và dạng khử; aoxh = foxhx[oxh] và akh = fkhx[kh] ; foxh và fkh lần lượt là hệ số hoạt độ của dạng oxh và dạng khử
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Phân loại điện cực
n
Điện cực loại 1 (thuận nghịch với cation, anion) ơ
h N
y u Q
Đ/c thuận nghịch với cation: khí hydro; kim loại; hỗn hống
m è K
Đ/c thuận nghịch với anion: khí Clor
Điện cực loại 2 (điện cực so ạysánh): bạc clorid; calomel;
D + /
thủy ngân sulfat; oxyd kim loại
m o cực oxy hóa khử): Điện cực Pt | Điện cực loại 3 (điện c . e l Fe , Fe Và điện cực quinhydron g o o Gloại 4 (điện cực màng chọn lọc ion) Điện cực +3
+2
44
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Điện cực loại 1 (thuận nghịch với cation hoặc anion) Đ/C loại 1: thuận nghịch với cation n ơ Điện cực khí: Điện cực Hydro h N y Nguyên tắc: Khí H2 được hấp phụ trên u Q dây Pt và được nhúng trong dungm dịch muối (acid hay baze) của nó Kè
y ạ D
2H+ + 2e/+ =
Phản ứng:
ϕ2 H
+
/ H2
m o .c RT a H
+ ln e l g 2F PH o o
=ϕ
G
H2
0 2 H+ / H2
+
2
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Đ/C loại 1: thuận nghịch với cation
Điện cực hydro Điện cực Hydro chuẩn. n ơ Hoạt động trong điều kiện quy định: h N Hoạt độ aH+ =1mol/l; y u 0 =2H+/H = 0. áp suất khí hydro pH2= 1atm thìm φQ 2 è được gọi là điện cực Hydro chuẩn. K y ạ Điện cực hydro chỉ thị (Thế đ/c thay đổi theo hoạt độ D + +, / H do đó có thể sửm dụng đ/c này như đ/c chỉ thị, để o đo pH thông qua đo thế điện cực, và xác định được c . hoạt độ H+) gle o o Hoạt động trong điều kiện aH+ bất kỳ và áp suất khí G hydro p(H2) = 1 atm, RT a H 0 Điện thế được tính theo pt Nernst: ϕ2 H / H = ϕ2 H / H + 2F ln P H + + φ 2H /H2 = 0,059. lg[H ] = - 0,059.pH 46 +
+
+
2
2
2
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Đ/C loại 1: thuận nghịch với cation
Điện cực kim loại Ký hiệu là: Mn+ /M(r) Phản ứng khử Mn+ + ne Thế điện cực
ϕM
+n
/M
g o o G
è K y
0 M +n / M
nF
N y u
Q
= M(m r)
ạ D /+ RT
=ϕ m + o
c . le
n ơ h
n+
ln[M ]
47
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Đ/C loại 1: thuận nghịch với cation
Điện cực hỗn hống Tương tự như đ/c kim loại, nhưng kim loại được thay n bằng hỗn hống kim loại (dung dịch kim loại trong ơ h thủy ngân). N
y u Q
Ưu thế của đ/c này là các KL hoạtmđộng mạnh như è nước vẫn có thể natri, kali phản ứng rất mạnh K với y ạ làm điện cực. D
+ / m
Ví dụ: đ/c hỗn hống natri cấu tạo như sau: o c .(mol/l) Na+, c (mol/l) Na (trong Hg), cle 2 1
g o o G
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Đ/C loại 1: thuận nghịch với anion
n ơ Đặc điểm của đ/c thuận nghịch với anion: trong phản ứng điện h cực, chỉ có anion tham gia phản ứng N y u Điện cực Clor khí Q Nguyên tắc: Khí Cl2 được hấp phụèm trên dây Pt và được KCl- (HCl) nhúng trong dung dịch chứa ion y ạ D Ký hiệu điện cực: + / (Pt) Cl2 Cl m o c . e l g o o G
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Điện cực loại 2: Điện cực so sánh. (Kim loại phủ muối khó tan, oxyd, hydroxyd của KL) Trong các phép đo điện hóa, điện cực loại 2 được n sử ơ h dụng rất phổ biến DO:
N y u
- Khả năng hồi phục thế của điện cực Q rất nhanh - Giá trị thế ổn định
m è K
y ạ - Cấu tạo đơn giản, gọn, D nhẹ dễ chế tạo + / mclorid và điện cực calomel Gồm: điện cực bạc o c . e l g o o G
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
ĐIỆN CỰC BẠC CLORID Ký hiệu điện cực AgCl là: Ag, AgCl | KCl (a=1). n Phản ứng khử xảy ra ở điện cực: ơ h N AgCl + 1e = Ag0↓ + Cly u [ AgCl ] RT Q 0 Thế điện cực ϕ =ϕ + ln
m è K [Ag].[Cl ]
AgCl / Ag +
−
F
y ạ Quy ước ở trạng thái rắn D [AgCl] = [Ag] = 1 + / RT m ϕ o= ϕ − ln a c . F e l g Điện thế củao điện cực bạc ổn định tốt trong quá trình o G và chỉ phụ thuộc vào nồng độ Clhọat động, AgCl
0 AgCl / Ag
Cl−
Điện cực AgCl còn được dùng để chế tạo các điện cực màng chọn lọc.
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Điện cực loại 2: Điện cực so sánh. (Kim loại phủ muối khó tan, oxyd, hydroxyd của KL)
Điện cực calomel Kí hiệu : Hg, Hg2Cl2 KCl dd Hg2Cl2 + 2e = 2Hg + 2Cl–
ϕcal
N y u
Q m
è K y
ạ
n ơ h
D RT [Hg 0 2 Cl 2 ] + = ϕcal + ln / 2 − 2 2F om [Hg ] .[Cl ] c . le
g RT o 0 − 2 o ln[Cl ] ϕcal G = ϕcal − 2F
52
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Điện cực Calomel
n Ở 25 0C người ta đo φ cal với các ơ h nồng độ KCl khác nhau N y 0 KCl 0,1N φ Cal = 0,334 V u KCl 1,0N φ0Cal = 0,280 V mQ KCl bão hòa φ0Cal= 0,242KVè
y ạ Sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến điện D + / thế trên điện cực calomel m o c . volt φcal = 0,242 – 0,0076(t-25) e l g o Như vậy, điện cực calomel là điện cực o G có thế điện cực không đổi ở nhiệt độ xác định, do đó được sử dụng làm điện cực so sánh trong cấu tạo của pin điện.
53
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Điện cực oxy hóa khử (Điện cực loại 3) hóa khử. Mặc dù các quá trình điện cực đều là quá trình oxy n ơ nhóm điện Nhưng danh từ “Điện cực oxy hóa khử” đểhchỉ cực mà cả dạng oxy hóa và dạng khử ucủa yN 1 cặp oxy hóa khử đều tan và cùng tồn tại trong dungQ dịch.
m è K Điện cực rắn (trơ: vd: Platin, y graphit) không tham gia vào ạchỉ đóng vai trò vật trung gian quá trình trao đổi electron mà D + quá trình chuyển hóa giữa 2 cho hoặc nhận electron /khi m o dạng oxy hóa và khử xảy ra. c . e l Gồm 2 loại: og o G
• Điện cực oxh-kh đơn giản (Kim loại trơ (Pt) nhúng vào dd chứa Fe+3, Fe+2) • Điện cực oxh-kh phức tạp (Đ/c quinhydron)
54
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Điện cực oxy hóa khử (Điện cực loại 3)
Điện cực oxy hóa khử đơn giản
ndẫn kim Điện cực oxy hóa khử đơn giản bao gồm dây ơ h loại trơ (platin hoặc graphit) tiếp xúc vớiyN dung dịch u khử của một chứa đồng thời cả dạng oxy hóa và Q dạng cặp oxy hóa khử. èm K y ạ
Ký hiệu: Pt | Fe+3, Fe+2 D + +3 Phản ứng khử: Fe / + 1e = ϕ Fe
Ở 25 oC:
e l g =ϕ
0 Fe + 3 / Fe + 2
=ϕ
0 Fe + 3 / Fe + 2
o o G ϕ Fe
+3
+3
m o .c
/ Fe + 2
/ Fe + 2
a Fe RT + ln F a Fe
a Fe RT + + 0,059 ln x lg F a Fe
Fe+2 +3
+2
+3
+2
55
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Điện cực oxy hóa khử (Điện cực loại 3)
Điện cực oxy hóa khử phức tạp: Điện cực quinhydron
nloại Khác với đ/c oxy hóa khử đơn giản, điện cực ơ h +) hoặc này, trong thành phần dd có thêm: acid (H N uy ứng baze (OH-) đóng vai trò môi trường phản Q m
, C6H4(OH)2, H+ Ký hiệu điện cực: Pt | C6H4O2è K y + C6H4O2 + 2H + 2e = C ạ6H4(OH)2
D + / Trong dd, quinhydron phân ly theo phương trình m o H c C6H4O2.C6H4(OH)2 le. C6H4O2 + C6H4(OH)2 g o o G thế điện cực sẽ là: Phương trình +
a C H O .a 2H
RT ϕQ = ϕ + ln 2F a C H ( OH ) 0 Q
6
4
6
+
2
4
2
56
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Điện cực quinhydron
n ơ Người ta thường dùng dung dịch quinhydron bão hoà, h nồng độ C6H4O2 luôn luôn bằng nồng độyN C6H4(OH)2 ở u mọi nhiệt độ. Q m è thế φQ chỉ còn phụ thuộc Trong điều kiện như vậy, điện K vào nồng độ (hoạt độ) ion Hạ+ycủa dung dịch khảo sát và D + được gọi là thế điện cực có điều kiện: / m RT o 0 c . ϕ ln a H e Q = ϕQ + l g F o Vì vậy, có o thể dùng điện cực quinhydron để làm điện cực G đo pH của dung dịch +
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Điện cực loại 4, điện cực màng chọn lọc ion
Điện cực màng chọn lọc ion Về cơ bản loại điện cực lọai này gồm một màngn rất ơ năng mỏng bằng thủy tinh hay màng polymer, có h khả N dẫn điện. y u Q sự khuếch tán Điện thế xuất hiện ở hai phía màngmdo è có trong màng, điện trao đổi của ion chất điện ly vớiKion y thế này chính là thế khuếch ạ tán. Màng thủy tinh
[H+]dd
ϕTT
c . le
D + /
o[Hm+]
tt
g o 0 o RT = ϕG + . ln[H + ]
Ở 250C:
TT
F
X
φTT = φ0TT – 0,059.pH
Cố định hoạt độ của dd HCl trong màng
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Điện cực thủy tinh (điện cực màng, xác định H+)
n ơ h
Q m
è K y
ạ D /+
N y u
m o .c
o o G
e l g
59
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Các điện cực màng chọn lọc ion
n ion Cơ chế xuất hiện điện thế trên màng chọnơlọc h giống như cơ chế xuất hiện thế trên điện N cực thủy y u tinh. Q m Nguyên liệu: polymer, cao su, è colodion, silycon. K y Khi chế tạo, thêm các ion ạtạo liên kết không bền, có khả năng khuếch tán /ra +Dkhỏi màng để trao đổi với ion m trong dd nghiên cứu. o c . Ngày nay, điệnlecực màng ion, điện thế của nó chỉ phụ g ion chọn lọc nhất định : li+, Na+, K+, thuộc vào một o o +2 +2 Pb , CsG , Ca+2. 60
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
PIN ĐIỆN HÓA VÀ SỨC ĐIỆN ĐỘNG CỦA PIN
n ơ h
Cấu tạo pin điện hóa N y u của phản ứng Pin điện hóa là dụng cụ chuyển năng lượng Q hóa học thành điện năng, thể hiện m ở sức điện động của pin. Kè
+ / m
o c e.
l g o o G
y ạ D
61
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Cấu tạo pin điện hóa Giá trị của Epin được tính bằng hiệu điện thế oxy hóa-khử tại cực dương và cực âm của pin: ơn
y u Q
Sơ đồ cấu tạo pin Daniel-Jacobi
m è K
+ / m
o c e.
l g o o G
y ạ D
h N
Epin = ϕCu+2/Cu - ϕZn+2/Zn 62
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Cơ chế pin Daniel-Jacobi Quy ước pin điện: n ơ (-) Zn │ZnSO4 (M1) CuSO4 (M2) Cu(+) h
N y Anod (rắn) (dd) (cầu nối) (dd) Catod(rắn) u Bán pin (nửa pin) do đ/c Kẽm [℮] cao mQ è Bán pin do đ/c Cu [℮] thấp K y ạ Chính năng lượng của quá D trình chuyển điện tử từ Zn sang + / Cu biến thành dòng điện. m o c . e l g o o G 63
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
ỨNG DỤNG CỦA ĐO THẾ ĐIỆN CỰC
n ơ h
Đo điện thế bề mặt điện cực: Nguyên tắc: Ghép đ/c cần đo với một điện cực so sánh có thế điện cực biết trước thành một pin điện. Như vậy, nguyên tắc của phép đo pH là phép đo so sánh, trong đó, 1 điện cực đóng vai trò chỉ thị, so sánh chênh lệch điện thế với điện cực biết trước thế điện cực: Đo sức điện động (thế điện cực) của pin (Epin) được xác định từ sự so sánh mức chênh lệch về thế điện cực của 1 điện cực (gọi là đ/c chỉ thị) với thế đã được biết của 1 điện cực (gọi là điện cực so sánh) Biết Epin suy ra thế điện cực εCT cần đo Ep = εSS - εCT
Q m
è K y
ạ D /+
N y u
m o .c
o o G
e l g
Biết
Cần xác định
64
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
CÁC LOẠI ĐIỆN CỰC ĐỂ ĐO PH Pin điện
Pin điện
Hydro
y ạ D
Pin điện
ơ h N
m è K
y u Q
Calomel
+ / m
Quinhydron co
Calomel
Thủy tinh
Calomel
. e gl
o o G
Thủy tinh kép
Điện cực n so sánh
Điện cực chỉ thị
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Đo pH bằng PP điện hóa Sử dụng điện cực hydro chỉ thị
n là đo điện Nguyên tắc: Đo pH bằng phương pháp điện hoá ơ h + thế sinh trên bề mặt của điện cực H chỉythị N (khi ghép điện u cực đo pH với điện cực so sánh để tạo ra một pin điện Q m hóa) . è K cực calomel đã biết trước, do đó có Đo thế điện cực của pin, thế điện cực của yđiện ạ trình Nernst. thể suy ra thế của điện cực chỉ thị H+ từ Dphương + / m
đ/c calomel
o c H.(pH ) | | KCl (bão hoà) |Hg Cl ,Hg,Pt (+) (-) Pt,H (p= atm)| e l g Ta có: Ep = ɛCal –oɛTT o G ; Ở 25 C: φ = φ – 0,059.pH Sơ đồ pin: 2
+
X
2
0
Ep = εcal + 0,059.pH
SUY RA
TT
0
pH =
2
TT
E p − ε cal 0,059
66
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Đo pH bằng cách dùng điện cực hydro chỉ thị
n ơ pH: Những lưu ý khi dùng điện cực hydro để đo h N Kết quả đo chính xác. y u Khoảng đo rộng từ pH = 1 đến pH =Q 14. m è Không đo được pH các dung dịch có chứa chất oxy hoá K y H2 thành H+ làm sai kết mạnh hơn H2, vì nó sẽ oxy hoá ạ D quả đo. + / mH2 phải kín và chịu áp lực an Hệ thống điều chế khí o c dễ gây cháy, nổ. toàn, tránh dùnge.lửa l g o o G
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Đo pH bằng cách dùng điện cực quinhydron
n ơ h
Mạch pin được ghép như sau:
N y u
(-)Hg,Hg2Cl2KCl(bh)H+(pHX),C6H4O2.C6H4(OH)2(bh)Pt (+)
E p = ε Q − ε cal = ε Q0 +
Q m
2,303.TR è + lg[ H ] − ε cal K Fạy
D + /
m o .c 0
oC:0 Ở 2525 −E p = ε Q − 0,059.pH − ε cal C −le
g o o G
pH =
ε − ε cal − E p 0 Q
0,059
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Đo pH bằng cách dùng điện cực quinhydron n ơ Ưu điểm h Ndụng, điện thế Điện cực quinhydron rất dễ chế tạo và sử y thiết lập nhanh, sau 15-20’ là có thể sửudụng được; εQ Q khá ổn định, kết quả đo khá chínhm xác. è K y ạ Hạn chế: D + Khoảng đo hẹp, chỉ đo /chính xác với dung dịch pH < 7,5. m Vì môi trường kiềmohydroquinon sẽ phân ly như một c . acid yếu và oxyetrong môi trường kiềm mạnh có thể oxy l thành quinon làm cho thành phần của hoá hydroquinon g o quinon và o hydroquinon không còn bằng nhau. Điện cựcGquinhydron cũng không dùng để đo pH những dung dịch có chứa chất oxy hoá hay khử mạnh.
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Đo pH bằng điện cực thủy tinh kép
ntạo pin điện Ghép điện cực thủy tinh với điện cực calomel ơ h (-)Ag, AgCl HCl(dd)H+(pHx)KCl(bh)Hg yN 2Cl2,Hg,Pt(+) u Q
Ep = εcal - εTT m è 0 Ep = εcal - (ε TT - 0,059.pH) K y Ep = εcal - ε0TT + 0,059.pH Dạ
+ / m
l g o o G
o o + ε E c p TT − ε cal . epH =
0,059
70
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Đặc trưng của điện cực thủy tinh kép
n Ưu điểm ơ h Nxác. Khoảng đo pH 1-12, giá trị đo chính y u Q Đo pH của dd chứa chất oxy hóa và khử m è Nhược điểm K y ạ Dễ vỡ, giá đắt. D + / Khó bảo quản, dễ bị mốc giảm dẫn điện, m o c lập chậm, thời gian chờ để đọc kết Cân bằng thiết . e l quả lâu; kết g quả không ổn định. o o G
71
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Phương pháp chuẩn độ thế
n Nguyên tắc: ơ h Ghép điện cực chỉ thị với điện cực soyN sánh thành u pin điện Q m Đo sức điện động của pin liênètục K y Tai điểm tương đương, cóạsự biến đổi đột ngột về D + thế gọi là bước nhảy /thế, thể hiện trên đồ thị đường cong chuẩn độ om g o o G
c . le
72
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Các đường cong chuẩn độ thế
n ơ h
Q m
è K y
ạ D /+
N y u
m o .c
e l g
o o G
Đường cong (cđ) tích phân
Đường cong (cđ) vi phân 73
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Ý NGHĨA CỦA ĐO THẾ ĐIỆN CỰC TRONG Y DƯỢC Đo điện thế điện cực là cơ sở của nhiều phương pháp phân tích hóa học, xác định nồng độ các chất trong dd có màu, dd đục, nồng độ khá loãng đạt độ chính xác cao.
n ơ h
N y phần thúc Việc chế tạo điện cực màng chọn lọc góp u Q đẩy nghiên cứu cơ chế bệnh lý, tác dụng của thuốc và m tìm thuốc mới. è K y ạ Đánh giá mức độ ô nhiễmDMT trong nước ao hồ, sông + do thuốc trừ sâu, phân / ngòi, nước thải công nghiệp, m Các điện cực màng chọn lọc bón ta đo lượng oxy/mt. o Pb, As, Hg, Ca và.cF giúp kiểm tra nhanh và thường e l xuyên mức độ ô nhiễm kim loại nặng của các nguồn g o nước. o G
Một cách điều trị ít dùng thuốc đạt hiệu quả khá cao, dựa trên cơ sở điều chỉnh thế oxy hóa khử màng tế bào và tạo xung dẫn truyền thích hợp là kỹ thuật điện châm cứu.
74
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
TÓM TẮT CHƯƠNG ĐIỆN HÓA Bài 1: Sự dẫn điện 1. Phân loại các vật liệu dẫn điện
n ơ 2. Khái niệm, biểu thức, thứ nguyên, và các yếu tố ảnh h N hưởng: y u Độ dẫn điện, độ dẫn điện riêng, độ dẫn điện đương Q lượng, độ dẫn điện độc lập ion èm K y 3. Nguyên tắc của phép đo độ ạ dẫn điện D + 4. Điện cực sử dụng trong/ phép đo độ dẫn điện m o 5. Quy luật ảnh hưởng của nồng độ đến độ dẫn điện c . e riêng, độ dẫn lđiện đương lượng của dung dịch điện g ly mạnh, yếu? o o G 6. Ứng dụng của phép đo độ dẫn điện?
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Bài 2: Điện cực - Pin điện 1. Phản ứng oxy hóa –khử xảy ra tại điện cực
n ơ h
- Anod (-): Pứ o/h; Catod (+): Pứ khử - Cặp oh/kh: Cu2+ / Cu , Cl2/ 2Cl-
N y u
- Điện cực trơ (Pt): vận chuyển điện tử
Phản ứng o/h; và khử xảy ra tại Anod và Catod
ạ D /+
è K y
2. Quá trình hình thành điện cực KL M (rắn) – ē M+ - Bề mặt KL mang điện tích âm - M+ sẽ được hydrat hóa - Do lực hút tĩnh điện, bề mặt KL mang điện âm sẽ thu hút các ion M+ tạo thành lớp điện tích kép tại bề mặt KL. Hình thành nên điện cực kim loại – Thế điện cực kim loại.
o o G
e l g
m o .c
Q m
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
3. Sự hình thành điện cực Pt
n ơ h
Fe+3
Q m
è K y
Fe+2 Điện cực oxy hóa khử (điện cực Fe+3/Fe+2)
ạ D /+
m o .c
e l g
Thế oxy hóa khử
o o Phương trìnhG Nernst ϕOxh / Kh = ϕ
0
Oxh / Kh
aoxh ] RT [Oxh + ln a kh ] nF [Kh
N y u
Điện cực kim loại (điện cực Cu/CuSO4 )
Thế điện cực kim loại
0,059 n
lg
aoxh akh
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Phân loại điện cực Điện cực loại 1 (thuận nghịch với cation, anion)
Q m
è K y
ạ D /+
n ơ h
N y u
Đ/c thuận nghịch với cation: khí hydro; kim loại; hỗn hống Đ/c thuận nghịch với anion: khí Clo
Thế điện cực thay đổi theo sự thay đổi hoạt độ của các ion H+, KL+, Cl-, do đó, sử dụng như điện cực chỉ thị, dùng để đo pH, hoặc nồng độ của các ion tương ứng
Điện cực khí: Điện cực Hydro Nguyên tắc: Khí H2 được hấp phụ trên dây Pt và được nhúng trong dung dịch muối (acid hay baze) của nó
m o .=c H
RT a H ln /H /H 2 2F PH Điện cực Hydro chuẩn. Hoạt động trong điều kiện quy định: Hoạt độ aH+ =1mol/l; áp suất khí hydro pH2= 1atm thì φ0 =2H+/H2 = 0.
Phản ứng:
2H+
e l g
+ 2e
o o G
ϕ2H
+
2
= ϕ02 H
+
2
+
+
2
Điện cực hydro chỉ thị (Hoạt động trong điều kiện aH+ bất kỳ và áp suất khí hydro p(H2) = 1 atm). Điện thế được tính theo pt Nernst: φ 2H+/H2 = 0,059. lg[H+] = - 0,059.pH
78
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Phân loại điện cực Điện cực loại 2 (điện cực so sánh): bạc clorid; calomel; thủy ngân sulfat; oxyd kim loại Điện cực calomel Ký hiệu : Hg, Hg2Cl2 KCl dd Hg2Cl2 + 2e = 2Hg + 2Cl–
0 − ϕ cal = ϕ cal
- Khả năng hồi phục thế của điện cực rất nhanh - Giá trị thế ổn định - Cấu tạo đơn giản, gọn, nhẹ dễ chế tạo
n ơ h
N y u
Q m
RT ln[Cl − ]2 2F
è K Ở nhiệt độ xác định, thế điện cực của điện cực calomel y không đổi theo nồng độ H chỉ phụ thuộc ạ vào nồng độ Cl D do đó, cố định nồng độ KCl (bão hòa) +ở nhiệt độ xác định, / do đó được sử dụng làm điện cực so sánh trong cấu tạo m o của pin điện. c . e l g o o G +,
-,
79
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Phân loại điện cực Điện cực loại 3 (điện cực oxy hóa khử): Điện cực Pt | Fe+3, Fe+2 Và điện cực quinhydron
è K y
n ơ h
N y u
Q m
Điện cực quinhydron Khác với đ/c oxy hóa khử đơn giản, điện cực loại này, trong thành phần dd có thêm: acid (H+) hoặc baze (OH-) đóng vai trò môi trường phản ứng
Thế điện cực thay đổi theo sự thay đổi hoạt độ của các ion H+, KL+, Cl-, do đó, sử dụng như điện cực chỉ thị, dùng để đo pH, hoặc nồng độ của các ion tương ứng
ạ D Ký hiệu điện cực: Pt | C H O /,+ C H (OH) , H RT C H O + 2H + 2e = C m H (OH) ln a ϕ =ϕ + o c H F . C H O .C H (OH) C H O + C H (OH) e l Quinon Hydroquinon Quinhydron og o Khi dd quinhydron G bão hoà, nồng độ C H O luôn luôn bằng nồng độ 6
6
4
+
2
4
2
6
4
6
4
+
2
2
Q
+
6 4
2
6 4
2
6 4
2
6 4
6
4
0 Q
H+
2
2
C6H4(OH)2 ở mọi nhiệt độ. Khi đó, điện thế φQ chỉ còn phụ thuộc vào nồng độ (hoạt độ) ion H+ của dung dịch khảo sát và được gọi là thế điện cực có điều kiện. Vì vậy, có thể dùng điện cực quinhydron để làm điện cực đo pH của dung dịch
80
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Phân loại điện cực Điện cực loại 4 (điện cực màng chọn lọc ion)
Q m
ạCố định hoạt D /+ độ của dd
Màng thủy tinh
om
[H+]dd
Ở 250C:
[H+]tt
c . e φ = φ –l0,059.pH g o o G TT
n ơ h
N y u
Về cơ bản loại điện cực lọai này gồm một màng rất mỏng bằng thủy tinh hay màng polymer, có khả năng dẫn điện. Điện thế xuất hiện ở hai phía màng do sự khuếch tán trao đổi của ion chất điện ly với ion có trong màng, điện thế này chính là thế khuếch tán.
è K y
Thế điện cực thay đổi theo sự thay đổi hoạt độ của các ion H+, KL+, Cl-, do đó, sử dụng như điện cực chỉ thị, dùng để đo pH, hoặc nồng độ của các ion tương ứng
HCl trong màng
0 TT
81
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Điện cực - Pin điện 1. Pin điện cực Cấu tạo pin điện hóa Sơ đồ cấu tạo pin Daniel-Jacobi
n ơ h
N y u
Quy ước pin điện: (-) Zn │ZnSO4 (M1) CuSO4 (M2) Cu(+) Anod (rắn) (dd) (cầu nối) (dd) Catod(rắn) Năng lượng của quá trình chuyển điện tử từ Zn sang Cu biến thành điện năng, phát sinh dòng điện.
è K y
Q m
ạ D /+
Epin = ϕCu+2/Cu - ϕZn+2/Zn
m o c cực chỉ thị .Điện
Điện cực so sánh
Hydro
Calomel
Pin điện
Quinhydron
Calomel
Thủy tinh kép
Thủy tinh
Calomel
Các loại pin điện dùng để đo pH Pin điện Pin điện
o o G
e l g
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn
2. Ứng dụng phương pháp đo thế điện cực vào chuẩn độ điện thế
Nguyên tắc: Ghép điện cực chỉ thị với điện cực so sánh thành pin điện Đo sức điện động của pin liên tục Tai điểm tương đương, có sự biến đổi đột ngột về thế gọi là bước nhảy thế, thể hiện trên đồ thị đường cong chuẩn độ
n ơ h
Q m
è K y
ạ D /+
e l g
m o .c
Đường cong (cđ) tích phân
o o G
N y u
Đường cong (cđ) vi phân
Ưu điểm của PP chuẩn độ thế so với PP chuẩn độ thể tích (Sử dụng chỉ thị màu để phát hiện điểm tương đương) là: có thể định lượng được các chất khó quan sát khi áp dụng PP thể tích ( có màu, đục), nồng độ thấp.
3. Ý nghĩa của việc đo thế điện cực trong ngành Y Dược