Bài 8: MỘT PHẢN ỨNG ĐIỆN HÓA

SỞ LÝ THUYẾT· Những nguyên lý cơ bản cho sự thay đổi năng lượng diễn ra trong quá trình hóa học vàvật lý gồm: Nguyên lý thứ nhât nhiệt động học (trạng thái bảo toàn năng lượng): Năng lượngkhông tự sinh ra cũng không tự mất đi mà chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác, nhưngnăng lượng toàn phần của hệ không đổi. Trong các phản ứng hóa học, diễn ra sự sắp xếp lạicác nguyên tử và các electron dẫn đến sự hình thành chất mới. Đồng thời các chất cũng tươngtác với môi trường xung quanh và...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài 8: MỘT PHẢN ỨNG ĐIỆN HÓABài 8 XÁC ĐỊNH ∆ G, ∆ H VÀ ∆ S CỦA MỘT PHẢN ỨNG ĐIỆN HÓA ------------------------------I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT • Những nguyên lý cơ bản cho sự thay đổi năng lượng diễn ra trong quá trình hóa học vàvật lý gồm:  Nguyên lý thứ nhât nhiệt động học (trạng thái bảo toàn năng lượng): Năng lượngkhông tự sinh ra cũng không tự mất đi mà chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác, nhưngnăng lượng toàn phần của hệ không đổi. Trong các phản ứng hóa học, diễn ra sự sắp xếp lạicác nguyên tử và các electron dẫn đến sự hình thành chất mới. Đồng thời các chất cũng tươngtác với môi trường xung quanh và chính điều này làm thay đổi điện thế hóa học của hệ.Lượng nhiệt tỏa ra hoặc cần cung cấp bằng độ biến thiên entalpi của hệ:  Nguyên lý thứ hai nhiệt động học:Nguyên lý này được thiết lập trên cơ sở quan sátnhững quá trình diễn ra một chiều và không diễn ra theo chiều ngược lại. Một quá trình tựdiễn ra liên quan đến sự xáo trộn hay mất trật tự của một hệ được nhiệt động học minh họamột cách định lượng bằng entropi S. Sự thay đổi entropi tuân theo phương trình:  Năng lượng tự do: Một quá trình tự diễn ra ở nhiệt độ thấp và áp suất không đổithì sự biến đổi năng lượng tự do được minh họa bằng phương trình: o : Phản ứng diễn ra theo chiều thuận – chiều tự diễn biến là chiều làm giảmnăng lượng tự do ở điều kiện đẳng nhiệt, đẳng áp. o : Phản ứng đạt trạng thái cân bằng. o : Phản ứng không xảy ra. Trên nguyên tắc, nó xảy ra theo chiều ngược lại. • Các hàm G, H, S là các hàm trạng thái chỉ phụ thuộc vào trạng thái đầu và cuối màkhông phụ thuộc vào cách biến đổi của quá trình. • Sự thay đổi năng lượng tự do của một phản ứng điện hóa liên quan đến điện thế Ecủa hệ điện hóa:Trong đó: n là số mol electron trao đổi cho 1 mol chất phản ứng; F là hằng số Faraday có giá trị là 96500 coulombs (điện tích của mol điện tử). • Nếu điện thế được đo ở những nhiệt độ khác nhau, sự thay đổi entropi ở áp suấtkhông đổi được biểu diễn bằng phương trình: • Ta vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc điện thế E vào nhiệt độ, ngoại suy tìm được hệsố góc là . • Trong bài thí nghiệm này, ta khảo sát một hệ điện hóa gồm hai điện cực Zn2+/Zn vàCu2+/Cu tiếp xúc trực tiếp với nhau qua một cầu muối KCl bão hòa. Các quá trình xảy ra trongpin điện hóa:  Anod (–) xảy ra quá trình oxy hóa: Zn – 2e Zn2+  Catod (+) xảy ra quá trính khử: Cu2+ + 2e Cu • Trong pin xảy ra quá trình sau: Zn + Cu 2+ Zn 2+ + Cu • Phương trình Nernst biểu diễn sự phụ thuộc E vào nhiệt độ, nồng độ – hoạt độ,… • Khi nồng độ của [Zn2+] và [Cu2+] trong dung dịch là như nhau thì thì . Từ đó có thể xácđịnh đượcII. THỰC HÀNH 1. Chuẩn bị cầu muối:  Cân 100 mg agar-agar và 500 mg KNO3 cho vào becher 50 mL chứa sẵn 5 mL nướccất. Đun nhẹ trên bếp điện cho hỗn hợp chảy lỏng ra – agar và KNO3 tan hết.  Dùng ống hút plastic hút dung dịch trong becher (còn nóng) cho vào một ống thủytinh hình chữ U (tránh có bọt khí). Để yên cho dung dịch tạo gel (khoảng 10 – 15 phút). 2. Chuẩn bị dung dịch và điện cực:  Dùng pipet 10 mL hút 7 mL dung dịch CuSO4 0.5 M cho vào becher 50 mL và hút 7mL dung dịch ZnSO4 0.5 M cho vào becher 50 mL khác.Cần lấy chính xác.  Dùng giấy nhám làm sạch các bề mặt điện cực kim loại Zn và Cu. 3. Tạo hệ điện cực phản ứng: 4. Khảo sát ảnh hưởng của điện thế vào nhiệt độ:  Tạo pin điện hóa: o Đặt bản kim loại Zn vào becher chứa dung dịch ZnSO4 0.5 M và đặt bản kimloại Cu vào becher chứa dung dịch CuSO4 0.5 M. o Đặt hai becher vào chậu chứa nước(.) (sao cho mực nước trong chậu cao hơnmực dung dịch trong hai becher). Đặt cầu muối vào (mỗi đầu cho vào becher tức là đầu hìnhchữ U phải nằm trong dung dịch). o Máy đo (chỉnh về chức năng volt kế) có hai kẹp và kẹp màu đỏ kẹp vào bảnkim loại Cu, kẹp còn lại kẹp vào bản kim loại Zn.  Thực hiện việc đo điện thế đối với nước trong chậu dùng nước lấy từ vòi.  Tiếp theo thực hiện với nước(.) đá ngâm lạnh.  Thực hiện với nước(.) nóng 50 oC.  Bảng số liệu: Nhiệt độ (oC) 6 27 50 Điện thế (V) 1.046 1.057 1.065  Từ bảng số liệu, ta vẽ được đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc điện thế E vào nhiệtđộ thưc hiện to:  Từ đồ thị, ta ngoại suy tìm được:  Nếu thì oK. Khi đó, điện thế E được xác định bằng phương pháp đường chuẩn, cógiá trị 1.037 (V).  Suy ra:  Từ kết quả thí nghiệm, ta thấy phản ứng tự diễn biến là: Zn + Cu2+ ...