Chuyen de phan ung oxi hoa khu khoa hoa hoc dai hoc quy nhon

Views:
 
Category: Education
     
 

Presentation Description

Chuyên đề Phản ứng oxi hóa khử Khoa Hóa Học - Đại Học Quy Nhơn

Comments

Presentation Transcript

slide 1:

PHẢN ỨNG OXI HÓA-KHỬ 1

slide 2:

PHẢN ỨNG OXI HÓA-KHỬ 1. Cặp oxi hóa khử. 2. Thế khử của các cặp oxi hóa khử. 3. Thếđiện cực các yếu tốảnh hưởngđến thếđiện cực. 4. Chiều của phảnứng oxi hóa - khử 4. Chiều của phảnứng oxi hóa - khử 5. Cơ chế của phảnứng oxi hoá - khử 6. Các giảnđồ dữ kiện thế 7. Pinđiện hóa 8. Sựđiện phân 2

slide 3:

CƠ CHẾ CỦA PHẢN ỨNG OXI HÓA-KHỬ Cu 2+ aq+Zn r Cur+Zn 2+ aq 2e 1. Phản ứng oxi hóa - khử theo cơ chế chuyển electron Phản ứng chuyển electron là phản ứng khi hai chất tiếp xúc với 3 2. Phản ứng oxi hóa - khử theo cơ chế chuyển nguyên tử Phản ứng chuyển electron là phản ứng khi hai chất tiếp xúc với nhau thì electron chuyển trực tiếp từ chất này sang chất kia.

slide 4:

Trong phảnứng này HOClđóng vai trò chất oxi hóa còn ion NO 2 - đóng vai trò chất khử. Sự biếnđổi ion NO 2 - thành ion NO 3 - được xem là sự oxi hóa nguyên tử N +3 là nguyên tử của nguyên tố tạo ra oxoanion nghĩa là tương ứng với sự mất 2 electron của N +3 . Nhưng như trênđã thấy sự oxi hóa xảy ra Nhưng như trênđã thấy sự oxi hóa xảy ra không liên quan với sự mất electron do electron chuyển từ chất khửđến chất oxi hóa mà chỉ là do kết quả của sự chuyển nguyên tử oxi từ phân tử axit hipoclorơđến ion nitrit. 4

slide 5:

Phảnứng oxi hóa - khử với các oxoanion như SO 3 2- NO 2 - OCl - BrO - ...Phần lớn các phảnứng này bao gồm sự chuyển một vài nguyên tử oxi liên kết với các oxoanion từ nguyên tử này tới nguyên tử khác. Trong oxoanion các nguyên tử oxi liên kết với nguyên tử trung tâm rất mật liên kết với nguyên tử trung tâm rất mật thiết vì thế sự chuyển trực tiếp kiểu dưới đây xảy ra rất chậm chạp: NO 2 - + OCl - → NO 3 - + Cl - 5

slide 6:

PIN ĐIỆN HÓA 1. Phảnứng oxy hóa-khử Zn Cu 2+ Zn 2+ Cu Cu Zn Cu Zn + + + + → → → → + + + + + + + + + + + + 2 2 e 2e chuyển từ chất khử Zn sang chất oxy hóa Cu 2+ tỏa ra năng lượng nhiệt 6 Δ Δ Δ ΔH o KJ/mol 0 6439 -1524 0 kJ H o 79 216 39 64 4 152 − − − − − − − − − − − − Δ

slide 7:

Pin Zn-Cu pin điện hóa 7

slide 8:

CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG NGUYÊN TỐ GANV ANIC Zn -2e → → → → Zn 2+ Cu 2+ +2e → → → → Cu - Zn | Zn 2+ dd || Cu 2+ dd | Cu + - M 1 | M 1 n+ || M 2 n+ | M 2 + Quá trình khử Catod + Quá trình oxyhoá Anod - ϕ ϕ ϕ ϕ - ϕ ϕ ϕ ϕ + 8

slide 9:

CÁC LOẠI ĐIỆN CỰC 1. Điện cực kim loại 2. Điện cực phi kim 2. Điện cực phi kim 3. Điện cực oxy hóa-khử 4. Điện cực hydro chuẩn 9

slide 10:

1 Điện cực kim loại: gồm một thanh kim loại M nhúng trong dung dịch muối chứa ion M n+ của kim loại đó. 2 Điện cực phi kim: gồm Zn    Zn 2+ Zn 2+ +2e ⇌ ⇌ ⇌ ⇌ Zn 2 Điện cực phi kim: gồm một phi kim rắn có khả năng dẫn điện nhúng trong dung dịch muối chứa ion X n- của phi kim đó. kí hiệu là X/X n- Phản ứng điện cực: X + ne X n- 10

slide 11:

3 Điện cực khí: Gồm một thanhkim loại trơ platin phủ bột platin hay grafitđóng vai trò vật dẫnđồng thời là vật mang các phân tử khí vàđược hấp phụ khí trên bề mặt và được nhúng trong dung dịch chứa ion của khíđó. 4 Điện cực oxi hóa - khử: Gồm một thanh 4 Điện cực oxi hóa - khử: Gồm một thanh kim loại trơ nhúng trong dung dịch chứa cả dạng oxi hóa và dạng khử của cặp oxi hóa- khử. Kí hiệu OxKh/Pt Phảnứngđiện cực: Ox + ne Kh VD: Pt/Fe 3+ Fe 2+ Pt/Sn 4+ Sn 2+ 11

slide 12:

Thiết lập pin: điện cực cầnđo -điện cực hydro chuẩn Sứcđiệnđộng của pin o o E − − − − + + + + − − − − ϕ ϕ Đo thế ñiện cực chuẩn Ví dụ: 12 E − − − − + + + + − − − − ϕ ϕ 0 2 / / 2 − − − − − − − − + + + + + + + + + + + + o Cu o H H o Cu Cu E ϕ ϕ ϕ V E o o 34 0 + − − + ϕ ϕ V o Cu Cu 34 0 / 2 + + ϕ

slide 13:

1. So sánh lực tương đối của các chất oxi hóa và chất khử Thế khử của một cặp oxi hóa-khử càng dương thì lực oxi hóa của dạng oxi hóa càng mạnh và lực khử của dạng khử càng yếu. 2. Dựa vào thế điện cực chuẩn để viết phản ứng oxi hóa – khử tự diễn biến Ý nghĩa của thế điện cực thế khử chuẩn tự diễn biến 3. Tính sứcđiệnđộng của pin Ganvani và biến thiên năng lượng Gipởđiều kiện chuẩn. 4. Dựđoán chiều diễn biến của phảnứng oxi hóa – khử. 13 Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu chất khử chất oxi hóa chất oxi hóa Chất khử mạnh hơn mạnh hơn yếu hơn yếu hơn

slide 14:

DÃY ĐIỆN THẾ CỦA CÁC KIM LOẠI 1. Các yếu tốảnh hưởng tới thếđiện cực của các kim loại 2. Dãy hoạtđộng hóa học và dãyđiện thế 14 2. Dãy hoạtđộng hóa học và dãyđiện thế của các kim loại

slide 15:

Phương trình NECSTƠ ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ ĐẾN THẾ ĐIỆN CỰC VÀ SỨC ĐIỆN ĐỘNG CỦA PIN d c KH OXH + Δ Δ aKH 1 + bOXH 2 cOXH 1 + dKH 2 +ne -ne 15 b a d c OXH KH KH OXH RT G G 2 1 2 1 0 ln + Δ Δ b 2 a 1 d 2 c 1 0 OXH KH KH OXH ln nF RT E E − b a d c OXH KH KH OXH n E E 2 1 2 1 0 lg 059 0 − ở 25 0 C

slide 16:

Thế điện cực phụ thuộc: a OXH + ne + xMT oxh ⇌ ⇌ ⇌ ⇌ b KH + yMT kh Bản chất cặp OXH/KH và bản chất dung môi y kh b x oxh a 0 kh / oxh kh / oxh MT KH MT OXH ln nF RT + ϕ ϕ Bản chất cặp OXH/KH và bản chất dung môi Nồng độ chất OXH và chất KH Nhiệt độ Môi trường Ảnh hưởng của sự tạo phức và tạo kết tủa

slide 17:

KH ↑ → → → →ϕ ϕ ϕ ϕ↓ → → → → tính oxh của OXH ↓ → → → → tính khử của KH ↑ OXH ↑ → → → →ϕ ϕ ϕ ϕ↑ → → → → tính oxh của OXH ↑ → → → → tính khử của KH↓ y kh b x oxh a 0 kh / oxh kh / oxh MT KH MT OXH ln nF RT + ϕ ϕ OXH + …. → → → → Phức hay kết tủa → → → → OXH ↓ → → → →ϕ ϕ ϕ ϕ↓ → → → → tính oxh của OXH↓ → → → → tính khử của KH ↑ KH + …. → → → → Phức hay kết tủa → → → → KH ↓ → → → →ϕ ϕ ϕ ϕ↑ → → → → tính oxh của OXH↑→ → → → tính khử của KH↓

slide 18:

THẾ KHỬ VÀ THẾ OXYHOÁ Quá trình khử: OXH + ne KH ΔG -nFϕ ϕ ϕ ϕkh Quá trình oxyhoá: KH - ne OXH Quá trình oxyhoá: KH - ne OXH ΔG’ -nFϕ ϕ ϕ ϕoxh Δ Δ Δ ΔG -Δ Δ Δ ΔG’ → → → → ϕ ϕ ϕ ϕ oxh -ϕ ϕ ϕ ϕkh

slide 19:

OXH 1 + ne KH 1 Δ Δ Δ ΔG 1 ’ -nFϕ ϕ ϕ ϕ 1 KH 1 - ne OXH 1 Δ Δ Δ ΔG 1 -nF -ϕ ϕ ϕ ϕ 1 OXH 2 + ne KH 2 Δ Δ Δ ΔG 2 -nFϕ ϕ ϕ ϕ 2 KH 1 + OXH 2 OXH 1 + KH 2 Δ Δ Δ ΔG 0 CHIỀU CỦA PHẢNỨNG OXY HÓA - KHỬ Δ Δ Δ ΔG Δ Δ Δ ΔG 1 + Δ Δ Δ ΔG 2 -nFE -nFϕ ϕ ϕ ϕ 2 -ϕ ϕ ϕ ϕ 1 0 ϕ ϕ ϕ ϕ 2 -ϕ ϕ ϕ ϕ 1 0 ϕ ϕ ϕ ϕ 2 ϕ ϕ ϕ ϕ 1 OXH ϕ ϕ ϕ ϕ + KH ϕ ϕ ϕ ϕ → → → → KH ϕ ϕ ϕ ϕ + OXH ϕ ϕ ϕ ϕ

slide 20:

1. Hiệuứng nhiệtđộ 2. Hiệuứng của sự thayđổi CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI CHIỀU PHẢN ỨNG OXI HÓA KHỬ nồngđộ 3. Hiệuứng của sự tạo thành hợp chất ít tan 20

slide 21:

4. Hiệuứng của sự tạo phức 4Au + 8NaCN + 2H 2 O + O 2 → 4NaAuCN 2 + 4NaOH AuCN 2 - aq + e Au + 2CN - aq E 0 AuCN2-/Au E 0 Au+/Au + 0059lgC Au + Vì Au + + 2CN - aq AuCN 2 - với K b Khi C AuCN2 - C CN - 1mol/l thì 38 2 10 . 2 . 2 − + − CN Ag AgCN C C AuCN2 CN C Au + 1/K b 1/2.10 38 5.10 -39 mol/l Do đó: E E 0 AuCN2 - /Au 169 + 0059lg5.10 -39 - 057 V E 0 AuCN2 - /Au E 0 H2O/OH - nên Au tanđược trong dung dịch NaCN khi có mặt O 2. 21

slide 22:

5. Hiệu ứng của môi trường MnO 4 - + 8H + + 5Cl - Mn 2+ + Cl 2 + 4H 2 O E E 0 + Nồngđộ H + MnO 4 - và nhiệtđộ càng cao thì E càng lớn nên phảnứng xảy ra càng dễ dàng. F RT 5 + − + 2 4 8 . ln Mn H MnO C C C càng lớn nên phảnứng xảy ra càng dễ dàng. Trong thực tếđểđiều chế Cl 2 trong phòng thí nghiệm người ta dùng KMnO 4 tinh thể HClđặc vàđun nóng. 22

slide 23:

1. Quá thế Khi nghiên cứu các phảnứng oxi hóa – khử người ta nhận thấy rằng: Thế của phảnứng E phải vượt quá 0 tới một giá trị nàođó thì phảnứng mới xảy ra với tốcđộđủ lớn. Hiện tượngđó gọi là quá thế. Giá trị của quá thếđối với các phảnứng khác nhau là không giống nhau nhưng thường vào khoảng 06V . Đối với những phảnứng mà sự chuyển một electron xảy raở lớp electron bên ngoài và trong quá trìnhđó không xảy ra sự thayđổi cầu Yếu tố ñộng học phối trí của các trung tâm oxi hóa – khử tức các nguyên tử chịu sự thayđổi số oxi hóa thì sự chuyểnđó có thể nhanh và logarit tốcđộ thường tỉ lệ với hiệu các thế chuẩn: cân bằng càng có lợi thì tốcđộ phảnứng càng nhanh. Thí dụ phảnứng chuyển electron sau: Ở 25 0 C có hằng số cân bằng khoảng 4.10 8 và hằng số tốcđộ khoảng 10 5 l.mol -1 .s -1 . 23 − − − − + ⇔ + 3 6 3 6 2 6 4 6 Cl Ir CN Fe Cl Ir CN Fe III III IV II

slide 24:

Những phảnứng mà sự chuyển electronđi kèm với sự thayđổi cầu phối trí của các trung tâm oxi hóa - khử thì tốcđộ chung còn phụ thuộc vào tốcđộ thế ở cầu phối trí. Chẳng hạn tốcđộ phảnứng chuyển electron sau chậm là do nó bị giới hạn bởi tốcđộ thế H 2 O phối trí với Cr 3+ bằng Cl - . Quá trình hình thành các phân tử O 2 N 2 H 2 thường có năng lượng hoạt hóa lớn dođó những phảnứng có sự hình thành và phân hủy chúng thường có tốcđộ chậm. 24 + + + + + + + → + + 4 2 5 2 2 6 2 2 2 6 2 2 5 3 5 5 NH O H Cl Cr O H Co O H O H Cr NH Cl Co aq III aq II aq II aq III

slide 25:

2. Sự che phủ bề mặt kim loại Khi xét phản ứng oxi hóa – khử của kim loại trong nhiều trường hợp ta cần chú ýđến một thực tế là có nhiều phảnứng có E khá lớn vượt cả quá thế nhưng thực tế vẫn không xảy ra. Đó thường là do các lớp chất bền vững che phủ bề mặt kim loại. Bình thường thì Mg không phảnứng với nướcở 25 0 C nếu cạo sạch bề mặt thì nó phảnứngđược với nước ở pH 7: Mg r + 2H + aq → Mg 2+ aq + H 2k Ta có: Ta có: E 236 – 00295.14 195 V Vì E quá thế 06 V nhiều nên thoạtđầu Mg phảnứng khá mạnh với nước nhưng do lớp MgOH 2 ít tan che phủ nên phản ứng dần dần chậm lại. 25

slide 26:

1. Giảnđồ Latimer 2. Giảnđồ Frost. CÁC GIẢN ĐỒ DỮ KIỆN THẾ 2. Giảnđồ Frost. 3. Giảnđồ Eϕ ϕ ϕ ϕ – pH Pourbaix 26

slide 27:

Ox Kh m n E 0 V ClO 4 - ClO 3 - +7 +5 +120 GIẢNĐỒ LATIMER 27 ClO 4 - aq + 2H + aq + 2e CO 3 - aq + H 2 O l E 0 +120V

slide 28:

Môi trường axit Môi trường bazơ 28 Môi trường axit Môi trường bazơ

slide 29:

29

slide 30:

ỨNG DỤNG CỦA GIẢNĐỒ LATIMER 1. Dựđoán trạng thái oxi hóa bền của nguyên tố Nếu E 0 B/CE 0 A/B thì nửa phản ứng của cặp B/C tự diễn biến theo chiều thuận còn của cặp B/C tự diễn biến theo chiều thuận còn nửa phảnứng của cặp A/B – theo chiều nghịch. Điềuđó cho thấy B là tiểu phân kém bền nó có khả năng tự oxi hoá- khử thành A với số oxi hóa cao hơn và C với số oxi hóa thấp hơn. Người ta gọi đó là sự “dị phân” disproportionation. 30

slide 31:

Nếu E 0 B/C E 0 A/B thì nửa phảnứng của cặp B/C tự diễn biến theo chiều nghịch còn nửa phảnứng của cặp A/B – theo chiều thuận.Điềuđó có nghĩa: B là tiểu phân bền tiểu phân A với số oxi hóa cao hơn sẽ phản ứng với tiểu phân C có số oxi hóa thấp hơn để tạo ra B với số oxi hóa trung gian. Người để tạo ra B với số oxi hóa trung gian. Người ta gọi đó là sự “hợp phân” comproportionation. 2. Tính thế khử chuẩn của các cặp oxi hoá không gần nhau 31

slide 32:

3. Dự đoán sản phẩm của phản ứng H 5 IO 6 IO 3 - HIO I 3 - I - 170 114 145 054 120 Chuyển về giảnđồ Latimerđơn giản chỉ chứa các 32 Chuyển về giảnđồ Latimerđơn giản chỉ chứa các trạng thái oxi hóa bền:

slide 33:

MnO 4 - MnO 4 2- MnO 4 3- MnO 2 Mn 3+ Mn 2+ Mn 151 175 056 027 427 095 15 -118 123 227 170 33 Chuyển về giảnđồ Latimerđơn giản chỉ chứa các trạng thái oxi hóa bền:

slide 34:

Nhỏ từng giọt pemanganat vào dung dịch axit iothidric: 15I - + 2MnO 4 - + 16H + → 5I 3 - + 2Mn 2+ + 8H 2 O Nhỏ từng giọt dung dịch iodua vào dung dịch pemanganatđãđược axit hóa: pemanganatđãđược axit hóa: I - + 2MnO 4 - + 2H + → IO 3 - + 2MnO 2 + H 2 O 3I - + 8MnO 4 - + 11H + + 2H 2 O → 3H 5 IO 6 + 8MnO 2 34

slide 35:

GIẢNĐỒ FROST Giản đồ Frostđối với một nguyên tố X làđồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nE 0 đối với các cặp XN/X0đối với số oxi hoá N của X. Giảnđồ Frost là mộtđường gấp khúc nối Giảnđồ Frost là mộtđường gấp khúc nối cácđiểm tươngứng với thế của các cặp. Nhờđó có thể dựđoán nhiệtđộng học về phảnứng của những cặp bất kỳ có trong giảnđồ bằng cách so sánhđộ dốc của các đoạn thẳng. 35

slide 36:

Giảnđồ Frost 36 Giảnđồ Frost của Nitơ

slide 37:

CÁCH CHUYỂN TỪ GIẢNĐỒ LATIMER SANG GIẢNĐỒ FROST Giản đồ Latimer trong môi trường axit 37 Giản đồ Frost Trong môi trường axit -070 v -176 v

slide 38:

Số oxi hóa của oxi là 0 -1 -2 trong 3 tiểu phân trên. Đối với sự thayđổi số oxi hóa từ 0→ -1 từ O 2 đến H 2 O 2 E 0 070V . Vì số oxi hóa trong H 2 O là -2 và E 0 đối với sự hình thành H 2 O là +123V nên nE 0 -246V . Trênđoạn nối H 2 O 2 và H 2 O: và H 2 O: - Với số oxi hóa là -1 thì nE 0 - 070V. - Với số oxi hóa là -2 thì nE 0 - 246V . → Sự chênh lệchđó là - 176V . Sự thayđổi số oxi hóa từ H 2 O 2 đến H 2 O là -1. Dođó E 0 đối với cặp H 2 O 2 /H 2 O là -176V/ -1 +176V là phù hợp với giảnđồ Latimer 38

slide 39:

39

slide 40:

MnO 4 - MnO 4 2- MnO 4 3- MnO 2 Mn 3+ Mn 2+ Mn 151 175 056 027 427 095 15 -118 123 227 170 40

slide 41:

SỬ DỤNG GIẢNĐỒ FROST Chất oxi hóa trong một cặp với độ dốc dương E 0 dương hơn thì có khả năng bị khử. Chất khử của cặp vớiđộ dốc 41 Chất khử của cặp vớiđộ dốc kém dương hơn E 0 kém dương hơn thì có khả năng bị oxi hóa.

slide 42:

Một ion hoặc một phân tử Bở giảnđồ Frost là không bền chịu sự dị phân nếu nó nằm ở pha trên đường thẳng nối hai tiểu phân trước nó A và sau nó C. Một chất B nằm phía 42 Một chất B nằm phía dướiđường thẳng nối hai tiểu phân trước A và sau nó C trên giảnđồ Frost thì bền hơn hai tiểu phân A C bởi vì năng lượng Gip trung bình của B thấp hơn. Theo đó phản ứng hợp phân của A và C là thuận lợi hơn về mặt nhiệtđộng.

slide 43:

Quá trình khử nước: 2H + + 2e – → H 2 g hoặc H 2 O + 2 e – → H 2 g + 2 OH – Nếu áp suất riêng phần của H 2 bằng 1atmở 25 0 C E E° - 0059/2×2pH – 0059 pH GIẢNĐỒ Eϕ ϕ ϕ ϕ – PH POURBAIX 2 E E° - 0059/2×2pH – 0059 pH Quá trình oxi hóa nước: 2 H 2 O→ O 2 g + 4 H + + 2 e – Nếu áp suất riêng phần của O 2 bằng 1atmở 25 0 C E 123 – 0059 pH 43

slide 44:

123v 0 v 06 v 44

slide 45:

GIẢNĐỒ POURBAIXĐỐI VỚI ION SẮT 45

slide 46:

SO SÁNHĐIỆN PHÂN VỚI PINĐIỆN HÓA Pinđiện hóa Điện phân Anot cực âm: cho “e” Anot cực dương: cho “e” Catot cực dương: nhận “e” Catot cực âm: nhận “e” Hóa năng Điện năng Điện năng Hóa năng 48

slide 47:

Ứng Ứng dụng dụng Pin Slid e 47 of 48

slide 48:

Acqui Ứng Ứng dụng dụng 48

slide 49:

Điện Điện phân phân Ứng Ứng dụng dụng 48

slide 50:

Mạ Mạ ñiện ñiện Ứng Ứng dụng dụng 49

authorStream Live Help