Bài giảng Hóa học - Dãy điện hóa của kim loại

Chào mừng quý Thầy Cô đến dự giờ lớp 12A7DAÕY ÑIEÄN HOÙAKIM LOAÏIcủaNỘI DUNG BÀI HỌCI. KHÁI NIỆM CẶP OXI HÓA- KHỬ CỦA KIM LOẠIII. PIN ĐIỆN HÓAIII. THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN CỦA KIM LOẠIIV. DÃY THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN CỦA KIM LOẠIV. Ý NGHĨA CỦA DÃY THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN CỦA KIM LOẠI-Cho Cu tác dụng với dung dịch AgNO3 (1)-Cho Fe tác dụng với dung dịch CuSO4 (2)Yêu cầu:-Viết phương trình phân tử và phương trình ion thu gọn.-Xác định vai trò của Cu trong phản ứng (1) và Cu2+ trong phản ứng (2)I. KHÁI NIỆM VỀ CẶP OXI HÓA - KHỬ.	Cu + 2 AgNO3 → Cu(NO3)2 +2Ag	 Cu + 2 Ag+ → Cu2+ +2Ag	Cu → Cu2+ +2e	Cu laø chaát khöû Fe + CuSO4 → FeSO4+ Cu	 Fe + Cu2+ → Fe2+ + Cu	Cu2+ +2e → Cu 	Cu2+ laø chaát oxi hoaù: Quá trình oxi hóa Cu: Quá trình khử Cu2+Cặp oxi hóa- khử: Dạng oxi hoùa vaø dạng khöû cuûa cuøng moät nguyeân toá kim loạikyù hieäu Mn+/M (chaát oxi hoaù/ chaát khöû)TD: caëp oxi hoùa khöû: 	Cu2+/Cu 	Fe3+/Fe2+	 Cu2+  Cu	 Fe3+  Fe2+	 +2e +1e (dạng oxi hóa)(dạng khử)M + ne Mn+ Tổng quát :II. PIN ÑIEÄN HOAÙ	Cầu muốiNO3- NH4+0,00VSơ đồ pin điện hoùa Zn-Cue →1,10Vdd CuSO4Zndd ZnSO41M-+Cudd CuSO41M1. Khái niệm pin điện hóa, suất điện động và thế điện cựcHiện tượng quan sát-Kim vôn kế lệch => xuất hiện dòng điện trong pin-Lá Zn bị ăn mòn dần-Có Cu sinh ra bám trên lá Cu-Có sự duy chuyển ion từ cầu muối vào 2 dung dịchSự xuất hiện dòng điện => chênh lệch điện thế giữa 2 điện cực=> trên mỗi điện cực xuất hiện một thế điện cựcSuất điện động của pin: hiệu điện thế lớn nhất giữa 2 điện cực.Epin phụ thuộc: Epin = E+ - E-+ Bản chất của kim loại làm điện cực + Nồng độ của dung dịch muối+ Nhiệt độKhi nồng độ ion kim loại đều bằng 1M (ở 25oC) gọi là suất điện động chuẩn , kí hiệu EopinEopin = Eo+ - Eo-2. Cơ chế phát sinh dòng điện trong pin điện hóa.Zn Zn2+ 2e-e-ICu Cu2+ 2e-e-IĐIỆN CỰC CÂN BẰNG trong dd NGUYÊN NHÂN SỰ DI CHUYỂN e QÚA TRÌNH OXI HÓA KHỬ TRÊN BỀ MẶT ĐIỆN CỰC SỰ THAY ĐỔI TRONG DDCỰC ÂM Điện cực kẽm (Zn trong dd ZnSO4 )CỰC DÖÔNG Điện cực ñoàng(Cu trong dd CuSO4 ) Zn  Zn2+ + 2eCu2+ + 2e  Cu Khi nối hai điện cực với nhau bằng dây dẫn điện , vì có sự chênh lệch điện thế, e di chuyển từ Zn sang Cu tạo nên dòng điệnZn → Zn2+ + 2eIon phaân taùn vaøo dd, electron ôû laïi treân baûn kim loaïi laøm baûn kim loaïi tích ñieän aâm vaø coù theá aâmCu2+ + 2e → CuIon laáy electron và  , baûn kim loaïi tích ñieän döông vaø coù theá döôngZn bị oxi hóa tan dần thành Zn2+ đi vào dd , nồng độ Zn2+ tăngIon NO3- từ cầu muối di chuyển vào dd ZnSO4 làm dd muối luôn trung hòa điệnIon Cu2+ bị khử thành Cu bám trên lá đồng, nồng độ Cu2+ giảmIon NH4+ từ cầu muối di chuyển vào dd CuSO4 làm dd muối luôn trung hòa điệnanot (điện cực xảy ra sự oxi hóa)catot(điện cực xảy ra sự khö)Cầu muốiNO3- K+0,00VSơ đồ pin điện hoùa Zn-Cue →1,10Vdd CuSO4ZnCudd ZnSO4Kí hiệu pin: Zn - CuCực Zn (-): Anot Zn  Zn2+ +2e (quá trình oxi hóa) Cực Cu (+): Catot Cu2+ + 2e  Cu (quá trình khử) PT ION RÚT GỌN 	Zn + Cu2+ → Zn2+ + CuNHẬN XÉT	 Phản ứng oxi hóa- khử trong pin điện hóa đã sinh ra dòng điện một chiều.Kí hiệu pin điện hóa: M - NKim loại có tính khử mạnh hơnKim loại có tính khử yếu hơnPin điện hóa Zn - CuCấu tạo 1 pin điện hóa thông dụngCho pin điện hóa Sn –AgBiết: -Thế điện cực chuẩn của Sn: - 0,14 V-Thế điện cực chuẩn của Ag: + 0,80 VHãy:Viết các quá trình xãy ra ở các điện cực.PTHH của pin ở dạng ion thu gọnTính suất điện động chuẩn của pin.Sn có tính khử mạnh hơn Ag nên:Cực âm (anot): Sn  Sn2+ + 2eCực dương (catot): Ag+ + 1e  AgPTHH của pin:Sn + 2Ag+  Sn2+ + 2AgSuất điện động chuẩn của pin:Eopin = Eo+ - Eo- = 0, 80 – (-0,14) = 0,94 VIII. THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN CỦA KIM LOẠI1. ÑIEÄN CÖÏC HIDRO CHUAÅN:-Goàm moät baûn platin phuû muoäi (boät mòn) platin, nhuùng trong dung dòch coù noàng ñoä ion H+ laø 1M, hấp phụ dòng khí H2 ôû aùp suaát 1atm liên tục đi qua. -Vậy điện cực hiđrô chuẩn là cặp oxi hóa – khử 2H+/H2 	2H+ + 2e ⇄ H2	coù E = 0.00V2H+/H22. THẾ ĐIỆN CỰC CHUẨN CỦA KIM LOẠI :	 Định nghĩa: theá ñieän cöïc chuaån cuûa kim loaïi chấp nhận bằng suất điện động của pin tạo bởi điện cực hiđrô chuẩn và điện cực chuẩn của kim loại cần đo	 Cách xác định: 	- Lập pin điện hoá gồm: 	+điện cực chuẩn của kim loại 	+điện cực hiđrô chuẩn 	nối với nhau qua một vôn kế	-Hiệu điện thế đọc được trên vôn kế cũng là hiệu thế chuẩn của kim loại. 	Điện cực hiđro chuẩnĐiện cực kim loại cần xác định	TD pin kẽm – hiđrôCó hiệu điện thế trên vôn kế là 0,76V	Cực (-) 	 Cực (+) 	PTHH trong pin	Zn → Zn2+ + 2e 	 2H+ + 2e → H2 	Zn + 2H+ → Zn2+ + H2 	=>EO (Zn2+/Zn) = -0,76 (V)Pin Zn –H2	 Qui ước:	- Thế điện cực chuẩn của kim loại có giá trị âm khi điện cực kim loại là cực âm của pin : tính khử của kim loại mạnh hơn H2 	TD	 EO (Zn2+/Zn) = - 0,76 (V) 	 - Thế điện cực chuẩn của kim loại có giá trị dương khi điện cực kim loại là cực dương của pin : tính khử của kim loại yếu hơn H2 	 EO (Cu2+/Cu) = + 0,34 (V) KÍNH CHÚC SỨC KHỎE QUÝ THẦY CÔCHÚC CÁC EM HỌC TỐTIV.DÃY ÑIEÄN HÓA CHUAÅN CUÛA MOÄT SOÁ KIM LOAÏI laø daõy xeáp caùc caëp chaát oxi hoùa khử cuûa kim loaïi theo chieàu thế điện cực chuẩn cuûa các cặp oxi hóa-khử tăng dần. Li+ K+ Ba2+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+ Mn2+ Zn2+ Cr3+ Fe2+ Ni2+ Sn2+ Pb2+ H+ Cu2+ Fe3+ Ag+ Hg2+ Pt2+ Au3+ Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb H2 Cu Fe2+ Ag Hg Pt Au-3,04 -2,92 -2,9 - 2,84 -2,71 -2,35 -1,66 -1,19 -0,76 -0,74 -0,44 -0,26 -0,14 –0,13 0,00 +0,34 +0,77 +0,80 +0,85 +1,2 +1,5Là dãy xếp các cặp oxi hóa khử theo chiều giảm dần tính khử của kim loại, chiều tăng dần tính oxi hóa của các ion kim loại1. So sánh tính oxi hoá khử: thế điện cực càng lớn thì tính oxi hoá của chất oxi hoá (ion kim loại) càng mạnh, tính khử của chất khử (kim loại) càng yếu2. Xaùc ñònh suất điện động chuaån cuûa pin ñieän hóa taïo neân bôûi hai ñieän cöïc baát kyø hoặc thế điện cực chuẩn của một cặp oxi hoá khử	Eopin = Eocực dương - Eocực âm	TD	 pin Pb-Ag	 Eopin = +0,80 – (-0,13 ) = 0,93 (V)	TD	 pin Cu-Ag	Eopin = +0,80 – (0,34 ) = 0,66 (V)Li+ K+ Ba2+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+ Mn2+ Zn2+ Cr3+ Fe2+ Ni2+ Sn2+ Pb2+ H+ Cu2+ Fe3+ Ag+ Hg2+ Pt2+ Au3+ Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb H2 Cu Fe2+ Ag Hg Pt Au-3,04 -2,92 -2,9 - 2,84 -2,71 -2,35 -1,66 -1,19 -0,76 -0,74 -0,44 -0,26 -0,14 –0,13 0,00 +0,34 +0,77 +0,80 +0,85 +1,2 +1,5III. Ý NGHĨA của DÃY ĐIỆN HOÁ CHUẨN của kim loạiIII. Ý NGHĨA của DÃY ĐIỆN HOÁ CHUẨN của kim loạiSo sánh tính oxi hoá khử: thế điện cực càng lớn thì tính oxi hoá của chất oxi hoá (ion kim loại) càng mạnh, tính khử của chất khử (kim loại) càng yếuXaùc ñònh suất điện động chuaån cuûa pin ñieän hóa taïo neân bôûi hai ñieän cöïc baát kyø hoặc thế điện cực chuẩn của một cặp oxi hoá khửCho phép dự đoán chiều phaûn öùng giữa hai cặp oxi hoùa khöû: kim loại của cặp oxi hóa - khử có thế điện cực nhỏ hơn khử được cation kim loại của cặp oxi hóa – khử có thế điện cực lớn hơn ra khỏi dung dịch muối. Hay cation kim loại trong cặp oxi hóa – khử có thế điện cực lớn hơn có thể oxi hóa được kim loại trong cặp có thế điện cực nhỏ hơn.Chất oxi hóa mạnh nhất oxi hóa chất khử mạnh nhất để tạo thành chất oxi hóa yếu hơn và chất khử yếu hơn	TD: 	Mg + dd hh FeCl2 và CuCl2	Mg + Cu2+  Mg2+ + Cu	 khM oxhM	OxhY khYHết CuCl2 mà Mg còn dư thì	Mg + FeCl2 MgCl2 + FeLi+ K+ Ba2+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+ Mn2+ Zn2+ Cr3+ Fe2+ Ni2+ Sn2+ Pb2+ H+ Cu2+ Fe3+ Ag+ Hg2+ Pt2+ Au3+ Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb H2 Cu Fe2+ Ag Hg Pt Au-3,04 -2,92 -2,9 - 2,84 -2,71 -2,35 -1,66 -1,19 -0,76 -0,74 -0,44 -0,26 -0,14 –0,13 0,00 +0,34 +0,77 +0,80 +0,85 +1,2 +1,5III. Ý NGHĨA của DÃY ĐIỆN HOÁ CHUẨN của kim loạiCu + 2Fe3+ → 2Fe2+ + Cu2+	Cu + 2FeCl3 → 2FeCl2 + CuCl2Fe + 2Fe3+ → 3Fe2+ 	Fe + 2Fe2(SO4)3 → 3FeSO4Fe2+ + Ag+ → Fe3+ + Ag	Fe(NO3)2 + AgNO3 → Fe(NO3)3 + Ag	Các kim loại giữa Fe và Fe2+ không tác dụng với muối Fe2+ nhưng tác dụng với muối Fe3+ tạo hai muối mới.Các kim loại trước Fe khử Fe3+ → Fe2+ → FeFe tác dụng với muối của kim loại sau Cu có thể tạo muối Fe(III) nếu muối dưLi+ K+ Ba2+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+ Mn2+ Zn2+ Cr3+ Fe2+ Ni2+ Sn2+ Pb2+ H+ Cu2+ Fe3+ Ag+ Hg2+ Pt2+ Au3+ Li K Ba Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Ni Sn Pb H2 Cu Fe2+ Ag Hg Pt Au-3,04 -2,92 -2,9 - 2,84 -2,71 -2,35 -1,66 -1,19 -0,76 -0,74 -0,44 -0,26 -0,14 –0,13 0,00 +0,34 +0,77 +0,80 +0,85 +1,2 +1,5Ni + Fe3+ → Ni2+ + Fe2+ Ni + FeCl3 → FeCl2 + NiCl2Ni + Fe2+ → 	Mg + Fe3+dư→ Mg2++ Fe2+ Mg dư + Fe2+ → Mg2++ FeFe dư + Ag+ → Ag + Fe2+ Fe + Ag+ dư→ Ag + Fe2+ 	Ag+ dư + Fe2+ → Ag+ + Fe2+