galvanic cell - mwitteppode/presentation_cellgalvanic.pdf · 2015-10-18 · galvanic cell...
TRANSCRIPT
Galvanic cellGalvanic cell
การเปลยนแปลงพลงงานเสรกบบ (ΔG) ศกยไฟฟาของเซลล (E ) และคาคงทศกยไฟฟาของเซลล (Ecell) และคาคงท
สมดล (K)
เซลลความเขมขน
สรชย แซลม ครชานาญการ สาขาเคม
1
สรชย แซลม ครชานาญการ สาขาเคม
เซลลไฟฟาเคมเซลลไฟฟาเคม
พลงงานเคม พลงงานไฟฟาGalvanic cell
(ปฏกรยาเคม) (กระแสไฟฟา)
Electrolytic cellElectrolytic cell
22
ขบวนการการเปลยนแปลงทางเคมทาใหเกดกระแสไฟฟาขบวนการการเปลยนแปลงทางเคมทาใหเกดกระแสไฟฟา
แผนสงกะส เกดอะไรขน ????
-โลหะ Cu เกาะตดแผนสงกะส-แผนสงกะสคอย ๆ สกกรอนไป
C SOมกระแสไฟฟาเกดขนหรอไม
CuSO4 (aq)
Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e-Zn(s) → Zn (aq) + 2e
Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s)3
Net: Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s)3
การทดลอง การถายโอนอเลกตรอนในเซลลกลวานก
Salt bridge
Zn(s)
Anode (-)
Cu(s)
Cathode (+)Anode ( ) Cathode (+)
2e-
Zn2+ + SO42- Cu2+ + SO4
2-
Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e- Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s)4
Net: Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s)4
การเขยนแผนภาพของเซลลกลวานก
1) เขยนครงเซลลออกซเดชนอยทางซาย คนดวย || แลวเขยนครงเซลลรดกชนทางขวา ใหสารละลายอยตดกบสะพานไอออน
2) | กนสถานะทตางกน และ , กนสถานะเดยวกน ระบสถานะของสารโดยใช (s) (l) (g) (aq)
3) เซลลแกสหรอเซลลทประกอบดวยสารละลายอเลกโทไลตมากกวา 1 ชนด ใชควไฟฟา3) เซลลแกสหรอเซลลทประกอบดวยสารละลายอเลกโทไลตมากกวา 1 ชนด ใชควไฟฟาเฉอย เชน Pt หรอ C และระบความดนแกสในวงเลบเดยวกบสถานะทเปนแกส ใช , คน เชน
( ) ( ) +( )Pt(s)|H2(g, 1 atm) |H+(aq)
C(s)|Fe3+(aq), Fe2+(aq)
4) การระบความเขมขนของไอออนในสารละลายใหเขยนไวในวงเลบ4) การระบความเขมขนของไอออนในสารละลายใหเขยนไวในวงเลบ
77
ศกยไฟฟาของเซลล (ECELL) หรอแรงเคลอนไฟฟาของเซลล
แรงเคลอนไฟฟา (electromotive force หรอ emf)
CELL
ภาวะมาตรฐาน : ท 25๐C ความเขมขนของสารละลาย 1 M และความดนของ
แกสเปน 1 atmแกสเปน 1 atm
ภายใตภาวะมาตรฐานแรงเคลอนไฟฟามาตรฐาน หรอศกยไฟฟาของเซลล
มาตรฐาน ใชสญลกษณเปน E๐cellมาตรฐาน ใชสญลกษณเปน E cell
Z ( ) C 2+( 1M) → Z 2+( 1 M) C ( )Zn(s) + Cu2+(aq, 1M) → Zn2+(aq, 1 M) + Cu(s)
E๐cell = 1.10 v 8E cell 1.10 v 8
ชนดของขวไฟฟา
ในการพจารณาวาขวใดเปนแอโนด หรอแคโทด ใหดจากชนดของปฏกรยาทเกดขนทขวไฟฟาวาเปนปฏกรยาออกซเดชน หรอปฏกรยารดกชนเกดขนทขวไฟฟาวาเปนปฏกรยาออกซเดชน หรอปฏกรยารดกชน
Anode = ขวไฟฟาทเกดปฏกรยาออกซเดชน
Cathode = ขวไฟฟาทเกดปฏกรยารดกชน
ในการพจารณาวาขวไฟฟาใดเปนขวลบหรอขวบวก ใหดความหนาแนนของอเลกตรอนบรเวณขวไฟฟา(บรเวณวงจรภายนอกเซลล) วาขวใดมความหนาแนนของอเลกตรอนบรเวณขวไฟฟา(บรเวณวงจรภายนอกเซลล) วาขวใดมความหนาแนนของอเลกตรอนมากกวา
ขวลบ = ขวทมอเลกตรอนหนาแนนบรเวณขวไฟฟามากกวาขวบวก = ขวทมอเลกตรอนหนาแนนนอยบรเวณขวไฟฟา
9
เซลลกลวานก แอโนด = ขวลบ และ แคโทด = ขวบวก9
ครงเซลลไฮโดรเจนมาตรฐาน
Standard Hydrogen Electrode (SHE)
Pt( )|H ( 1 t )|H+( 1 M)Pt(s)|H2(g,1 atm)|H+(aq,1 M)
0บนแพลทนมแบลก E 0 = 0 V2e- + 2H+ (1 M) H2 (g,1 atm)บนแพลทนมแบลก
1010
ศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลลฐ
ศ ไฟฟ ช
Standard reduction potential (E0) เปนศกยไฟฟาทเกดขนจาก
ศกยไฟฟารดกชนมาตรฐาน
Standard reduction potential (E ) เปนศกยไฟฟาทเกดขนจาก
ปฏกรยารดกชนทขวอเลกโทรด ณ ความเขมขนสารเปน 1 M ท
อณหภม 25๐ C ถาเปนแกสกาหนดใหความดนเปน 1 t 11อณหภม 25๐ C ถาเปนแกสกาหนดใหความดนเปน 1 atm 11
ศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลลE0 = 0.34 Vcell
Pt (s) | H2(g,1 atm) | H+(aq,1 M) || Cu2+(aq,1 M) | Cu (s)
Ecell = Ecathode – Eanode
0 0 0
0 34 = E 0 000 20.34 = ECu /Cu – 0.000 2+
ECu /Cu = 0.34 V2+0
12
Cu2+(aq,1 M) + 2e- Cu (s) E0 = +0.34 V12
ศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล
E 0 = 0.76 Vcell
Zn (s) | Zn2+ (1 M) || H+ (1 M) | H (1 atm) | Pt (s)
E0 = EH /H - EZn /Zncell 0 0+ 2+
2
Zn (s) | Zn (1 M) || H (1 M) | H2 (1 atm) | Pt (s)
0.76 V = 0 - Ezn /Zn0 2+
2
14
Zn2+ (1 M) + 2e- Zn E0 = -0.76 V14
ศกยไฟฟามาตรฐาน
• E0 เปนคาเฉพาะปฏกรยาตามทเขยน
ฐ
ฏ
• คา E0 เปนบวกมากแสดงวาปฏกรยา
รดกชนนนเกดไดงาย
ป ไ • ครงปฏกรยาเหลานผนกลบได
• สาหรบปฏกรยายอนกลบ ให กลบสาหรบปฏกรยายอนกลบ ให กลบ
เครองหมายหนาคา E0
• เมอคณสมประสทธในปฏกรยาดวย
ตวเลขใดๆ คา E0 ไมเปลยน 15ตวเลขใดๆ คา E ไมเปลยน 15
จงเรยงลาดบความแรงจงเรยงลาดบความแรงของการเปนตวออกซไดซ
ไป ของสารตอไปน จากมากไปหานอย
MnO2 (s),MnO2 (s),
Br2 (l), Br2 (l),
Cu2+ (aq)( q)
16
ตวออกซไดซทดจะมศกยไฟฟารดกชนสงทสด ซงหมายความวาจะถกรดวซไดงาย 16
เซลลไฟฟาเคมทประกอบดวย Cd electrode ในสารละลาย 1.0 M Cd(NO3)2 และ
Cr electrode ในสารละลาย 1 0 M Cr(NO ) มคาศกยไฟฟามาตรฐานเปนเทาไร?Cr electrode ในสารละลาย 1.0 M Cr(NO3)3 มคาศกยไฟฟามาตรฐานเปนเทาไร?
2Cr (s) + 3Cd2+ (1 M) 3Cd (s) + 2Cr3+ (1 M)
Cd2+ (aq) + 2e- Cd (s) E0 = -0.40 V
Cr3+ (aq) + 3e- Cr (s) E0 = -0.74 V
2e- + Cd2+ (1 M) Cd (s)
Cr (s) Cr3+ (1 M) + 3e-Anode (oxidation):Cathode (reduction):
x 2x 32e Cd (1 M) Cd (s)Cathode (reduction):
2Cr (s) + 3Cd2+ (1 M) 3Cd (s) + 2Cr3+ (1 M)
x 3
E0 = Ecathode - Eanodecell 0 0
E0 0 40 ( 0 74) 17E0 = -0.40 – (-0.74) cell
E0 = 0.34 V cell
17
ไ ป การเกดขนไดเองของปฏกรยารดอกซ
E๐cell = E๐red(ปฏกรยารดกชน) – E๐red(ปฏกรยาออกซเดชน)
• คา E → เปนบวก หมายถง ปฏกรยาเกดขนไดเอง
• คา E → เปนลบ หมายถง ปฏกรยาทเกดขนเองไมได
1818
การเปลยนแปลงพลงงานเสรกบบ (ΔG) ศกยไฟฟาของเซลล (Ecell)
และคาคงทสมดล (K)
การเคลอนทของกระแสไฟฟาจากจดหนงไปอกจดหนง จาเปนตองใชพลงงานในการ
ผลกดน (Welec) ใหเกดการเคลอนท ซงขนอย ปจจย 2 อยาง คอelec-ประมาณประจไฟฟาทตองการผลกดนใหเคลอนท -ความตางศกยระหวางจด 2 จด (Ecell)cell
ถาอเลกตรอนทถายเทระหวางขวไฟฟา = ท โมล โดย 1 โมลของอเลกตรอนจะมปร 96488 C / l มารประจไฟฟา= 96488 C /mol
W l = nFE (1)Welec = nFEcell …….(1)
(W ) ส ( ΔG) 20แตเนองจากงาน (Welec) มคาเทากบการลดลงของพลงงานเสรกบบ (-ΔG) 20
แรงเคลอนไฟฟาและการเปลยนพลงงานเสร
∆G = -nFE…….(1)∆G nFE…….(1)
n คอ จานวนโมลของอเลกตรอนทถายโอนในปฏกรยา
F คอ คาคงทของฟาราเดย (Faraday,constant)
1 F = 96,500 C/mol e = 96,500 J/V.mol e
∆G๐ = -nFEo
ทสภาวะมาตรฐาน
∆G = -nFE cell
• คา ∆G0 → เปนลบ หมายถง ปฏกรยาเกดขนไดเอง 21 คา ∆G → เปนลบ หมายถง ปฏกรยาเกดขนไดเอง 21
ความสมพนธระหวาง ΔG°, E° และ K ทสภาวะมาตรฐาน
∆G๐ K E๐cell Reaction under Standard-S
t t C dititate Conditions
Negative >1 Positive Spontaneous
0
Positive
=1
<1
0
Negative
At equilibrium
Nonspontaneous Reaction is spontPositive <1 Negative Nonspontaneous. Reaction is spont
aneous in the reverse direction
2323