CH CH ƯƠNG 6 ƯƠNG 6 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN HÓA HỌC ĐIỆN HÓA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN BỘ MÔN HÓA LÝ NỘI DUNG BÁO CÁO 6.1 Nguồn điện hóa học 6.2 Điện phân 6.3 Ăn mòn và chống ăn mòn kim loại NỘI DUNG CHƯƠNG 6 6.1 Nguồn điện hóa học Một số nguồn điện hóa thông dụng Một số nguồn điện hóa thông dụng - Pin - Acquy - Sự điện phân 6.1.1 Pin a. Các loại pin Pin là nguồn điện một chiều được tạo ra nhờ năng lượng của các phản ứng hóa học. Pin được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật vô tuyến, thông tin, điện tử, tự động hóa và nhiều lĩnh vực kinh tế quốc dân khác. 6.1.1 Pin a. Các loại pin • Pin khô Le clanché - Pin Le clanché thuộc loại pin muối hay còn gọi là pin acid. - Sơ đồ: (–) Zn | NH 4 Cl | MnO 2 (r) + C | C (+) Hình 6.1 Pin Le Clanché • Các phản ứng chính như sau: (–): Zn  Zn 2+ + 2e (+): 2MnO 2 + 2H + + 2e  Mn 2 O 3 .H 2 O Do sự có mặt của NH 3 , NH 4 + và Cl – ; chúng sẽ phản ứng với Zn 2+ để tạo ra các sản phẩm phụ như ZnMn 2 O 4 ; ZnCl 2 ; Zn(OH) 2 ; Zn(NH 3 ) 2 Cl 2 , các sản phẩm phụ này tích tụ dần dần quanh cực dương làm cho pin mất dần khả năng hoạt động. Zn + 2NH 4 + + 2MnO 2 (r)  Zn 2+ + NH 3 + 2MnO(OH) Pin Le clanché là loại được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Ở Việt Nam, pin Le clanché được sản xuất dưới nhãn hiệu pin Con Thỏ (Văn Điển, Hà Nội), pin Con Ó. Điện áp của pin khô vào khoảng 1,5V. Vỏ ngoài Than chì (cathode) Zn (anode) hỗn hợp NH 4 Cl + ZnCl 2 Bột than chì + MnO 2 bao quanh cathode Hình 6.2 Pin Le Clanché  Pin kiềm Mangan • Cấu tạo: (–) Zn, Hg | KOH (dd) | MnO 2 , C (+) • Phản ứng ở các điện cực: Cực (–) Zn + 4OH – + 2H 2 O → [Zn(OH) 4 (H 2 O) 2 ] 2– + 2e (i) [Zn(OH) 4 (H 2 O) 2 ] 2–  ZnO + 2OH – + 3H 2 O Cực (+) MnO 2 + H 2 O + e  MnO(OH) + OH – MnO(OH) + H 2 O + e  Mn(OH) 2 + OH – Hình 4.2 Pin kiềm Ở anode, ZnO phủ dần lên Zn và làm cho Zn thụ động, cản trở phản ứng (i) tiếp tục xảy ra. [...]... 2,00 1, 36 1 ,60 1,30 Bảng 6. 2 Các loại acquy chính đã được thương mại hóa  Acquy chì (cũng thường được gọi là acquy acid) Lưới chì xốp Dung dịch H 2SO4 30% Lưới chì phủ PbO2 xốp Acquy chì gồm hai tấm chì khoét nhiều lỗ chứa PbO nhúng trong dung dịch H 2SO4 nồng độ 25% – 30%, lúc này xảy ra phản ứng: PbO + H 2SO4 = PbSO4 + H2O • Khi nạp điện (sạc): (+): PbSO4 – 2e- + 2H2O = PbO2 + SO4 2- + 4H+ (–): PbSO4 +... 4H+ (–): PbSO4 + 2e- = Pb + SO4 2- Như thế trong cả acqui xảy ra phản ứng: 2PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2 + 2H 2SO4 và PbSO4 ở cực âm biến thành chì hoạt động, ở cực dương biến thành PbO2 • Khi acquy hoạt động sẽ xảy ra quá trình phóng điện: (–): Pb – 2e- + SO4 2- → PbSO4 (+): PbO2 + 2e- + 4H+ + SO4 2- → PbSO4 + 2H2O Như thế trong cả acquy xảy ra phản ứng: Pb + PbO2 + 2H 2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O Acquy chì được phát... cực dương 6. 2.2 Thế phân giải – Quá thế a Thế phân giải Thế phân giải là thế hiệu tối thiểu của dòng điện một chiều đặt vào hai điện cực của bình điện phân để gây nên sự điện phân Thế phân giải của một chất điện ly bằng thế phân giải của cation và thế phân giải của anion, tức là bằng sức điện động của pin tương ứng Ví dụ thế phân giải của dung dịch CuCl2 và ZnCl2 trong dung dịch 1,0 M là • Dung dịch... 1,0 M là • Dung dịch CuCl2: E0 = E02Cl-/Cl2 – E0Cu2+/Cu = 1, 36 – (+0,34) = 1,02V • Dung dịch ZnCl2: E0 = E02Cl-/Cl2 – E0Zn2+/Zn = 1, 36 – (–0, 76) = 2,12V 6. 2.2 Thế phân giải - Quá thế b Quá thế Quá thế là hiện tượng khi đặt vào điện cực một hiệu điện thế bằng thế điện cực nhưng không xãy ra quá trình điện phân mà cần một hiệu điện thế cao hơn 6. 2.3 Định luật Faraday Định luật 1 Khối lượng chất thoát ra... PAFC (Phosphoric acid Fuel Cells)  Pin nhiªn liÖu muèi carbonate nãng ch¶y MCFC (Molten Carbonate Fuel Cells) 6. 2 Sự điện phân 6. 2.1 Định nghĩa điện – khử Điện phân là quá trình oxi hóaphân xãy ra trên các điện cực khi có dòng điện 1 chiều đi qua chất điện ly ở trạng thái nóng chảy hoặc dung dịch  Lưu ý Theo qui ước điện cực, ở đó có quá trình oxi hóa (nhường e) là anode, còn điện cực mà tại đó xãy... Faraday (F), 1F = 96. 500 C = 26, 8 A.h 6. 2.3 Định luật Faraday Định luật 2 Những điện lượng như nhau đi qua bình điện phân làm thoát ra cùng một số đương lượng gam chất Cứ 1F điện lượng đi qua bình điện phân thoát ra 1 đương lượng gam chất bất kỳ Thay Q = I.t và Đ = A/n thì biểu thức toán học của định luật là m = (A.I.t)/(n.F) Trong đó, I cường độ dòng điện (Ampe); t là thời gian (giây), F = 965 00 Coulomb... chơi khô để tạo pin có điện áp cao hơn Dung lượng pin vào khoảng 0,1 Ah/cm 3 Pin kiềm Mangan Radio, đèn pin, đồ chơi Không bị ngắt dòng Thời gian hoạt động lâu hơn pin Le clanché Sạch, nhiều kích cỡ nhưng đắt hơn pin Le clanché Đồng hồ, máy trợ thính, máy tính nhỏ, camera… Kích thước nhỏ, giá thành cao hơn pin khô và thải ra thuỷ ngân độc Có điện áp hơi nhỏ hơn song lại ổn định hơn do thành phần chất... nạp điện  Acquy Ni – Ag, với phản ứng: Ag2O + Zn phóng điện nạp điện ZnO + 2Ag SĐĐ: 1 ,60 – 1,85V với 100 – 200 chu kỳ làm việc  Acquy Niken – Hiđro, với phản ứng: phóng điện 2NiOOH + H2 nạp điện 2Ni(OH)2 SĐĐ: 1,32 – 1,36V với vài nghìn chu kỳ làm việc MỘT SỐ ACQUY HIỆN ĐẠI MỘT SỐ ACQUY HIỆN ĐẠI ỨNG DỤNG CỦA ACQUY 6. 1.2 Pin nhiên liệu a Pin nhiên liệu hiđro - oxi Anode: 2H2 + 4OH–  4H2O(L) + 4e– Cathode:... thính, máy tính nhỏ, camera… Kích thước nhỏ, giá thành cao hơn pin khô và thải ra thuỷ ngân độc Có điện áp hơi nhỏ hơn song lại ổn định hơn do thành phần chất điện ly không thay đổi trong quá trình sử dụng Dung lượng của pin này vượt xa pin khô: 0,3 Ah/cm3 Pin kiềm thuỷ ngân Pin liti Máy tính, đồng hồ, Không độc nhưng đắt tiền, thời gian sử dụng máy ghi hình, máy ngắn, có thể tái nạp điện nhưng điện thế... tổng cộng: 4Al(R) + 3O2(K) + 6H2O(L) + 4OH–(aq)  4[Al(OH)4]– (aq) EPin = 2,7V b Pin nhôm – không khí • Sử dụng: Để giảm ô nhiễm môi trường, người ta đã phác thảo những xe hơi chạy bằng điện và pin này được hứa hẹn trong tương lai có thể dùng vận hành loại xe hơi gia đình • Ưu điểm: Pin nhôm – không khí có tỉ lệ điện năng/khối lượng rất cao 1 mol electron cần 9 gam Al (MAl = 26, 98 g/mol) • Nhược điểm: . CH CH ƯƠNG 6 ƯƠNG 6 MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA ĐIỆN HÓA HỌC ĐIỆN HÓA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN BỘ MÔN HÓA LÝ NỘI DUNG BÁO CÁO 6. 1 Nguồn điện hóa học 6. 2 Điện phân 6. 3 Ăn mòn. nhúng trong dung dịch H 2 SO 4 nồng độ 25% – 30%, lúc này xảy ra phản ứng: PbO + H 2 SO 4 = PbSO 4 + H 2 O • Khi nạp điện Khi nạp điện (sạc): (+): PbSO 4 – 2e - + 2H 2 O = PbO 2 + SO 4 2- . điện động (V) 2,00 1, 36 1 ,60 1,30 Bảng 6. 2 Các loại acquy chính đã được thương mại hóa  Acquy chì (cũng thường được gọi là acquy acid) Lưới chì xốp Dung dịch H 2 SO 4 30% Lưới chì phủ