⚡ Điện Hóa

Pin điện hóa, điện phân và định luật Faraday

Trang chủ / Điện hóa
🔋

Thế Điện Cực

Dãy thế điện cực chuẩn

K⁺ < Na⁺ < Mg²⁺ < Al³⁺ < Zn²⁺ < Fe²⁺ < Ni²⁺ < Sn²⁺ < Pb²⁺ < H⁺ < Cu²⁺ < Ag⁺ < Pt²⁺ < Au³⁺

Thế chuẩn tăng dần từ trái sang phải

Phương trình Nernst

E = E^0 + \frac{0.059}{n}\log\frac{[Ox]}{[Kh]}

E⁰: thế chuẩn, n: số e trao đổi, [Ox]/[Kh]: tỷ lệ nồng độ

Suất điện động pin

E_{pin} = E_{catot} - E_{anot}

Catot: cực dương (có thế cao hơn), Anot: cực âm

🔌

Pin Điện Hóa

Cấu tạo pin Galvani (Zn-Cu)

• Anot (-): Zn → Zn²⁺ + 2e (oxi hóa)
• Catot (+): Cu²⁺ + 2e → Cu (khử)
• Cầu muối chứa KNO₃ hoặc NaCl

Phản ứng tổng pin Zn-Cu

Zn + Cu^{2+} \rightarrow Zn^{2+} + Cu E^0_{pin} = E^0_{Cu^{2+}/Cu} - E^0_{Zn^{2+}/Zn} = 0.34 - (-0.76) = 1.10V

📋 Quy tắc xác định cực

• Kim loại có thế điện cực nhỏ hơn → Anot (cực âm)
• Kim loại có thế điện cực lớn hơn → Catot (cực dương)
• Electron đi từ Anot → Catot (mạch ngoài)

⚡

Điện Phân

Điện phân dung dịch NaCl

2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{đp \text{ m.n}} 2NaOH + H_2 \uparrow + Cl_2 \uparrow

Catot: 2H₂O + 2e → H₂ + 2OH⁻
Anot: 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e

Điện phân dung dịch CuSO₄

2CuSO_4 + 2H_2O \xrightarrow{đp} 2Cu + O_2 \uparrow + 2H_2SO_4

Catot: Cu²⁺ + 2e → Cu
Anot: 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e

Điện phân nóng chảy

2NaCl \xrightarrow{đpnc} 2Na + Cl_2 \uparrow 2Al_2O_3 \xrightarrow{criolit, đpnc} 4Al + 3O_2 \uparrow
⚖️

Định Luật Faraday

Định luật Faraday m = \frac{A \cdot I \cdot t}{n \cdot F}

m: khối lượng chất thoát ra (g)
A: khối lượng mol nguyên tử (g/mol)
I: cường độ dòng điện (A)
t: thời gian (s)
n: số electron trao đổi
F = 96500 C/mol (hằng số Faraday)

Công thức tính nhanh

m = \frac{A \cdot I \cdot t}{96500 \cdot n} n_e = \frac{I \cdot t}{96500}

ne: số mol electron trao đổi

💡 Ví dụ: Mạ đồng

Điện phân CuSO₄ với I = 5A trong 30 phút. Tính khối lượng Cu bám vào catot.

Giải:

t = 30 × 60 = 1800s

$m = \frac{64 \times 5 \times 1800}{96500 \times 2} = 2.98g$

🔧

Ăn Mòn Điện Hóa

Điều kiện ăn mòn điện hóa

1. Có 2 điện cực khác bản chất (2 kim loại hoặc kim loại + phi kim)
2. 2 điện cực tiếp xúc điện với nhau
3. Cùng nhúng trong dung dịch điện li

Quá trình ăn mòn Fe-Cu trong nước muối

• Anot (Fe): Fe → Fe²⁺ + 2e (bị ăn mòn)
• Catot (Cu): O₂ + 2H₂O + 4e → 4OH⁻

4Fe + 3O_2 + 6H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3

Phương pháp chống ăn mòn

• Phương pháp bảo vệ bề mặt: Sơn, mạ, phủ vật liệu
• Phương pháp điện hóa: Nối kim loại cần bảo vệ với kim loại có tính khử mạnh hơn (Zn bảo vệ Fe)

🌍

Ứng Dụng Thực Tế

🔋 Pin lithium-ion

Catot: LiCoO₂ hoặc LiFePO₄
Anot: Graphit (C)
Điện áp: 3.6-3.7V, mật độ năng lượng cao

⚡ Sản xuất nhôm (Hall-Héroult) 2Al_2O_3 \xrightarrow{criolit, 950°C} 4Al + 3O_2

Criolit (Na₃AlF₆) giúp hạ nhiệt độ nóng chảy Al₂O₃ từ 2050°C xuống 950°C.

✨ Mạ điện

Mạ crom, niken, vàng, bạc lên các vật kim loại.
Vật cần mạ làm catot, kim loại mạ làm anot.

🧪 Sản xuất NaOH và Cl₂ 2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{đpmn} 2NaOH + H_2 + Cl_2

Phương pháp công nghiệp sản xuất xút và clo.