งานนำเสนอกำลังจะดาวน์โหลด โปรดรอ

งานนำเสนอกำลังจะดาวน์โหลด โปรดรอ

เคมีไฟฟ้า ชัยวัฒน์ เชื้อมั่ง. กระบวนการทางเคมีไฟฟ้า (electrochemical process) หมายถึง ปฏิกิริยาเคมีที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง ระหว่างพลังงานไฟฟ้าและพลังงานเคมี

งานนำเสนอที่คล้ายกัน


งานนำเสนอเรื่อง: "เคมีไฟฟ้า ชัยวัฒน์ เชื้อมั่ง. กระบวนการทางเคมีไฟฟ้า (electrochemical process) หมายถึง ปฏิกิริยาเคมีที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง ระหว่างพลังงานไฟฟ้าและพลังงานเคมี"— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1 เคมีไฟฟ้า ชัยวัฒน์ เชื้อมั่ง

2 กระบวนการทางเคมีไฟฟ้า (electrochemical process) หมายถึง ปฏิกิริยาเคมีที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง ระหว่างพลังงานไฟฟ้าและพลังงานเคมี ซึ่งมี 2 ประเภท คือ spontaneous process เป็น กระบวนการที่เกิดขึ้นได้เอง และ มีการ ปลดปล่อยพลังงานไฟฟ้าออกมาจาก ปฏิกิริยา non-spontaneous process เป็น กระบวนการที่ไม่สามารถเกิดขึ้นได้เอง และต้องมีการให้พลังงานไฟฟ้าเพื่อทำให้ เกิดปฏิกิริยา เคมีไฟฟ้า

3 2Mg (s) + O 2 (g) 2MgO (s) ปฏิกิริยาเคมีที่ทำให้มีการเปลี่ยนแปลงพลังงาน ไฟฟ้าและเคมีจะเกี่ยวข้องกับการถ่ายเท อิเล็กตรอนของสารเคมีที่เรียกว่า ปฏิกิริยารี ดอกซ์ (redox reaction) โดยสารที่รับ อิเล็กตรอนในปฏิกิริยา เรียกว่าตัวออกซิไดซ์ (oxidizing agent) และ สารให้อิเล็กตรอน เรียกว่า ตัวรีดิวซ์ (reducing agent) oxidantreductant เลขออกซิเดชันเพิ่มขึ้นเลขออกซิเดชันลดลง 2Mg 2Mg e - O 2 + 4e - 2O 2- Oxidation half-reaction (lose e - ) Reduction half-reaction (gain e - )

4 เลขออกซิเดชัน ประจุสมมุติบนอะตอมของธาติในสารประกอบหรือไอออน เมื่อ คิดว่าสารประกอบหรือไอออนนั้นเป็นไอออนิก คือ มีการถ่ายเท อิเล็กตรอนระหว่างธาตุอย่างสมบูรณ์ 1. ธาตุอิสระมีเลขออกซิเดชันเป็น ศูนย์ Na, Be, K, Pb, H 2, O 2, P 4 = 0 2. ไอออนของธาตุอะตอมเดียวมีเลข ออกซิเดชันเท่ากับประจุ Li +, Li = +1; Fe 3+, Fe = +3; O 2-, O = โดยปกติออกซิเจนอะตอมมีเลข ออกซิเดชันเป็น –2 แต่ออกซิเจนใน H 2 O 2 และ O 2 2- เป็น –1

5 4. ไฮโดรเจนมีเลขออกซิเดชันเป็น +1 ยกเว้น เมื่อเป็นสารประกอบไฮไดรด์ ของโลหะซึ่งมีเลขออกซิเดชันเป็น – 1. ผลรวมของเลขออกซิเดชันของธาตุ ทุกตัวในโมเลกุลเป็นศูนย์ หรือ เท่ากับประจุของไอออน 5. โลหะหมู่ IA มีเลขออกซิเดชันเป็น +1, โลหะหมู่ IIA มีเลขออกซิเดชัน เป็น +2 และฟรูออรีนเป็น –1 เสมอ HCO 3 - O = -2H = +1 3x(-2) ? = -1 C = +4 เลขออกซิเดชัน ของ C ใน HCO 3 - เป็น เท่าไร ?

6 1. เขียนปฏิกิริยาที่ยังไม่ดุล ดุลปฏิกิริยาออกซิเดชันของ Fe 2+ เป็น Fe 3+ โดย Cr 2 O 7 2- ในสารละลายกรด Fe 2+ + Cr 2 O 7 2- Fe 3+ + Cr แยกเขียนครึ่งปฏิกิริยา Oxidation: Cr 2 O 7 2- Cr Reduction: Fe 2+ Fe ดุลอะตอมของธาตุที่ไม่ใช่ O และ H ใน แต่ละครึ่งปฏิกิริยา Cr 2 O Cr 3+ การดุลปฏิกิริยารีดอกซ์

7 4. ในกรดเติม H 2 O และ H + เพื่อดุล O และ H อะตอมตามลำดับ Cr 2 O Cr H 2 O 14H + + Cr 2 O Cr H 2 O 5. เติม e - เพื่อดุลประจุ Fe 2+ Fe e - 6e H + + Cr 2 O Cr H 2 O 6. ดุลจำนวนของอิเล็กตรอนที่ให้และรับ ให้ เท่ากัน 6Fe 2+ 6Fe e - 6e H + + Cr 2 O Cr H 2 O การดุลปฏิกิริยารี ดอกซ์

8 7. รวมครึ่งปฏิกิริยาทั้งสองเข้าด้วยกัน โดย จำนวน e - ต้องหักล้างกันหมดพอดี 6e H + + Cr 2 O Cr H 2 O 6Fe 2+ 6Fe e - Oxidation: Reduction: 14H + + Cr 2 O Fe 2+ 6Fe Cr H 2 O 8. ตรวจสอบจำนวนอะตอมและประจุทั้งสอง ข้างต้องดุล H:14=7 x 2 Cr: 2=2 O:7=7 Fe:6=6 Charge: 14x1 – 2 + 6x2 = 24 = 6x3 + 2x3 การดุลปฏิกิริยารีดอกซ์

9 9. สำหรับปฏิกิริยาในเบสให้เติม OH - ลงบน ทั้งสองข้างของปฏิกิริยา ให้เท่ากับจำนวน H + ที่เหลืออยู่ 14OH H + + Cr 2 O Fe 2+ 6Fe Cr H 2 O + 14 OH - 14H 2 O + Cr 2 O Fe 2+ 6Fe Cr H 2 O + 14 OH - 7H 2 O + Cr 2 O Fe 2+ 6Fe Cr OH - H:7 x 2 =14 Cr: 2=2 O:7 + 7=14 Fe:6=6 Charge: – x 2 = 10 = 6x3 + 2x การดุลปฏิกิริยารีดอกซ์

10 การดุลสมการรีดอกซ์ CH 3 CH 2 OH + Cr 2 O 7 2- CH 3 COOH + Cr CH 3 CH 2 OH + 2Cr 2 O H + 3CH 3 COOH + 4Cr H 2 O 3CH 3 CH 2 OH + 2Cr 2 O H 2 O3CH 3 COOH + 4Cr OH - ประจุ : = H: 3x = 343x4 + 11x2 = 34 O: 3 + 2x7 = 173x = 17 ประจุ : = -4 H: 3x6 + 5x2 = 283x = 28 O: 3 + 2x7 + 5 = 223x = 22

11 spontaneous redox reaction anode oxidation cathode reduction เซลล์ไฟฟ้าเคมี

12 ความต่างศักย์ระหว่าง แอโนดและแคโทด เรียกว่า cell voltage electromotive force (emf) cell potential แผนภาพ เซลล์ Zn (s) + Cu 2+ (aq) Cu (s) + Zn 2+ (aq) [Cu 2+ ] = 1 M & [Zn 2+ ] = 1 M Zn (s) | Zn 2+ (1 M) || Cu 2+ (1 M) | Cu (s) anodecathode เซลล์ไฟฟ้าเคมี

13 Zn (s) | Zn 2+ (1 M) || H + (1 M) | H 2 (1 atm) | Pt (s) 2e - + 2H + (1 M) H 2 (1 atm) Zn (s) Zn 2+ (1 M) + 2e - Anode (oxidation): Cathode (reduction): Zn (s) + 2H + (1 M) Zn 2+ + H 2 (1 atm) ความต่างศักย์ของเซลล์ไฟฟ้า เคมี

14 Standard reduction potential (E 0 ) เป็นศักย์ไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยา รีดักชันที่ขั้วอิเล็กโทรด ณ ความเข้มข้น สารเป็น 1 M และความดันแก๊สเป็น 1 atm E 0 = 0 V Standard Hydrogen Electrode (SHE) 2e - + 2H + (1 M) H 2 (1 atm) ปฏิกิริยารีดักชันของโปรตอน ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน

15 E 0 = 0.76 V cell Standard emf (E 0 ) cel l 0.76 V = 0 - E zn /Zn 0 2+ E Zn /Zn = V 0 2+ Zn 2+ (1 M) + 2e - Zn E 0 = V E 0 = E H /H - E Zn /Zn cell E 0 = E cathode - E anode cell 0 0 Zn (s) | Zn 2+ (1 M) || H + (1 M) | H 2 (1 atm) | Pt (s) ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน

16 Pt (s) | H 2 (1 atm) | H + (1 M) || Cu 2+ (1 M) | Cu (s) 2e - + Cu 2+ (1 M) Cu (s) H 2 (1 atm) 2H + (1 M) + 2e - Anode (oxidation): Cathode (reduction): H 2 (1 atm) + Cu 2+ (1 M) Cu (s) + 2H + (1 M) E 0 = E cathode - E anode cell 00 E 0 = 0.34 V cell E cell = E Cu /Cu – E H /H = E Cu /Cu E Cu /Cu = 0.34 V 2+ 0 ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน

17 E 0 เป็นค่าเฉพาะ ปฏิกิริยาตามที่เขียน ค่า E 0 เป็นเป็นบวก มากแสดงว่าปฏิกิริยา รีดักชันนั้นเกิดได้ง่าย ครึ่งปฏิกิริยาเหล่านี้ผัน กลับได้ สำหรับปฏิกิริยา ย้อนกลับ ให้ กลับ เครื่องหมายหน้าค่า E 0 เมื่อคูณสัมประสิทธิ์ใน ปฏิกิริยาด้วยตัวเลข ใดๆ ค่า E 0 ไม่เปลี่ยน ศักย์ไฟฟ้า มาตรฐาน

18 เซลล์ไฟฟ้าเคมีที่ประกอบด้วย Cd electrode ในสารละลาย 1.0 M Cd(NO 3 ) 2 และ Cr electrode ในสารละลาย 1.0 M Cr(NO 3 ) 3 มี ค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานเป็นเท่าไร ? Cd 2+ (aq) + 2e - Cd (s) E 0 = V Cr 3+ (aq) + 3e - Cr (s) E 0 = V Cd is the stronger oxidizer Cd will oxidize Cr 2e - + Cd 2+ (1 M) Cd (s) Cr (s) Cr 3+ (1 M) + 3e - Anode (oxidation): Cathode (reduction): 2Cr (s) + 3Cd 2+ (1 M) 3Cd (s) + 2Cr 3+ (1 M) x 2 x 3 E 0 = E cathode - E anode cell 00 E 0 = – (-0.74) cell E 0 = 0.34 V cell

19  G = -nFE cell  G 0 = -nFE cell 0 n = จำนวนโมลของอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยา F = 96,500 J V mol = 96,500 C/mol  G 0 = -RT ln K = -nFE cell 0 E cell 0 = RT nF ln K (8.314 J/Kmol)(298 K) n (96,500 J/Vmol) ln K = = V n ln K E cell 0 = V n log K E cell 0 การเกิดขึ้นได้เองของ ปฏิกิริยารีดอกซ์

20

21 2e - + Fe 2+ Fe 2Ag 2Ag + + 2e - Oxidation: Reduction: หาค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาต่อไปนี้ที่ 25 0 C Fe 2+ (aq) + 2Ag (s) Fe (s) + 2Ag + (aq) = V n ln K E cell 0 E 0 = – (0.80) E 0 = V V x nE0E0 cell exp K = n = V x 2x V = exp K = 1.23 x E 0 = E Fe /Fe – E Ag /Ag

22  G =  G 0 + RT ln Q  G = -nFE  G 0 = -nFE 0 -nFE = -nFE 0 + RT ln Q E = E 0 - ln Q RT nF Nernst equation ที่อุณหภูมิ V n ln Q E 0 E = V n log Q E 0 E = ผลของความเข้มข้นต่อค่าความต่าง ศักย์ของเซลล์ไฟฟ้า

23 ปฏิกิริยาต่อไปนี้เกิดขึ้นเองได้หรือไม่ที่ อุณหภูมิ 25 0 C เมื่อ [Fe 2+ ] = 0.60 M และ [Cd 2+ ] = M? Fe 2+ (aq) + Cd (s) Fe (s) + Cd 2+ (aq) 2e - + Fe 2+ 2Fe Cd Cd e - Oxidation: Reduction: n = 2 E 0 = – (-0.40) E 0 = V E 0 = E Fe /Fe – E Cd /Cd V n ln Q E 0 E = V 2 ln VE = E = E > 0Spontaneous

24 Leclanché cell Dry cell Zn (s) Zn 2+ (aq) + 2e - Anode: Cathode: 2NH 4 (aq) + 2MnO 2 (s) + 2e - Mn 2 O 3 (s) + 2NH 3 (aq) + H 2 O (l) + Zn (s) + 2NH 4 (aq) + 2MnO 2 (s) Zn 2+ (aq) + 2NH 3 (aq) + H 2 O (l) + Mn 2 O 3 (s) แบทเทอรี่

25 Zn(Hg) + 2OH - (aq) ZnO (s) + H 2 O (l) + 2e - Anode: Cathode: HgO (s) + H 2 O (l) + 2e - Hg (l) + 2OH - (aq) Zn(Hg) + HgO (s) ZnO (s) + Hg (l) Mercury Battery แบทเทอรี่

26 Anode: Cathode: Lead storage battery PbO 2 (s) + 4H + (aq) + SO 2- (aq) + 2e - PbSO 4 (s) + 2H 2 O (l) 4 Pb (s) + SO 2- (aq) PbSO 4 (s) + 2e - 4 Pb (s) + PbO 2 (s) + 4H + (aq) + 2SO 2- (aq) 2PbSO 4 (s) + 2H 2 O (l) 4 แบทเทอรี่

27 Solid State Lithium Battery แบทเทอรี่

28 fuel cell เป็น เซลล์ไฟฟ้าเคมี ของปฏิกิริยาการ เผาไหม้ ซึ่งมีการ เติมรีเอเจนต์ ตลอดเวลาเพื่อให้ เซลล์ทำงาน Anode: Cathode: O 2 (g) + 2H 2 O (l) + 4e - 4OH - (aq) 2H 2 (g) + 4OH - (aq) 4H 2 O (l) + 4e - 2H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O (l) แบทเทอรี่

29 การผุกร่อน

30 การป้องกันการผุกร่อนของถัง เหล็กโดยใช้ขั้ว Mg

31 Electrolysis เป็นกระบวนการทางเคมีที่ใช้ พลังงานไฟฟ้าเพื่อทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีที่ ไม่สามารถเกิดขึ้นได้เอง

32 อิเลกโทรไลซิสของน้ำ

33 charge (C) = current (A) x time (s) 1 mole e - = 96,500 C ปริมาณสารสัมพันธ์ใน ปฏิกิริยาอิเล็กโทรไลซิส

34 เมื่อผ่านกระแสไฟฟ้า A เป็นเวลา 1.5 ชั่วโมง ลงในปฏิกิริยาอิเล็กโทรไล ซิสของ CaCl 2 จะสำให้เกิด Ca กี่กรัม ? Anode: Cathode: Ca 2+ (l) + 2e - Ca (s) 2Cl - (l) Cl 2 (g) + 2e - Ca 2+ (l) + 2Cl - (l) Ca (s) + Cl 2 (g) 2 mole e - = 1 mole Ca mol Ca = C s x 1.5 hr x 3600 s hr96,500 C 1 mol e - x 2 mol e - 1 mol Ca x = mol Ca = 0.50 g Ca


ดาวน์โหลด ppt เคมีไฟฟ้า ชัยวัฒน์ เชื้อมั่ง. กระบวนการทางเคมีไฟฟ้า (electrochemical process) หมายถึง ปฏิกิริยาเคมีที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง ระหว่างพลังงานไฟฟ้าและพลังงานเคมี

งานนำเสนอที่คล้ายกัน


Ads by Google