Download - บทที่ 2 ปริมาณสารสัมพันธ์ - Maejo University...4) เซลล ก ลวาน ก (Galvanic cell) - เซลล์ไฟฟ้าเคมี
15/01/59
1
บทท 7 ไฟฟาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด 1
http://www.science.mju.ac.th/chemistry/staffs/p_kunthadee.htm
1) ปฏกรยาในไฟฟาเคม - ไฟฟาเคม (Electrochemistry) ศกษาเกยวกบการเปลยนแปลงระหวางพลงงานไฟฟาและปฏกรยาเคม แบงไดเปน
(1) ปฏกรยาเคมท าใหเกดกระแสไฟฟา ปฏกรยาเกดขนไดเอง (spontaneous reaction) ตวอยางพบในเซลลกลวานก (Galvanic cell) (เชน ถานไฟฉาย แบตเตอร)
(2) กระแสไฟฟาท าใหเกดปฏกรยาเคม ปฏกรยาเกดขนเองไมได (non-spontaneous reaction) ตวอยางพบในเซลลอเลกโทรไลต (Electrolytic cell) (เชน การชบโลหะ การแยกสลายดวยไฟฟา)
2) ปฏกรยารดอกซ - ปฏกรยารดอกซ (Redox reaction) ปฏกรยาทมการถายเทอเลกตรอนใหกนระหวางสารทเขาท าปฏกรยา เชน ปฏกรยาระหวางโลหะกบสารละลายซงมไอออนตางๆ
2
ปฏกรยาในไฟฟาเคม ไฟฟาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
15/01/59
2
• พจารณาปฏกรยาระหวางแผนทองแดง Cu(s) กบสารละลาย AgNO3 (aq)
- เมอตงทงไว, สารละลายเปลยนจาก ไมมส สฟา (Cu Cu2+)
มของแขงสขาวปนเทามาเกาะทแผนทองแดง (Ag+ Ag)
- เขยนสมการแสดงปฏกรยาทเกดขนไดดงน
Oxidation: Cu (s) Cu2+ (aq) + 2 e-
Reduction: 2 Ag+ (aq) + 2 e- 2 Ag (s)
Redox: Cu (s) + 2 Ag+ (aq) Cu2+ (aq) + 2 Ag (s)
• สรปไดวา
1. ปฏกรยา oxidation สารทเขาท าปฏกรยาให e- แกสารอน
2. ปฏกรยา reduction สารทเขาท าปฏกรยารบ e- จากสารอน
3
ปฏกรยารดอกซ ไฟฟาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
3. ปฏกรยา redox (oxidation-reduction) มการใหและรบ e- ระหวางสารทเขาท าปฏกรยา
4. Cu (s) reducer ตวให e- เลขออกซเดชนเพมขน (Cu (s) Cu2+ (aq))
5. Ag+ (aq) oxidiser ตวรบ e- เลขออกซเดชนลดลง (Ag+ (aq) Ag (s))
ตวอยาง 7.1 จากปฏกรยา redox ตอไปน จงเขยนปฏกรยา oxidation และ reduction และระบวาสารใดเปน reducer สารใดเปน oxidiser
Fe2+ (aq) + Zn (s) Fe (s) + Zn2+ (aq)
วธท า พจารณา Fe2+ Fe จะเหนวา Fe2+ รบ 2 e- เกดเปน Fe Zn Zn2+ จะเหนวา Zn จาย 2 e- เกดเปน Zn2+
ดงนน ปฏกรยา oxidation: Zn (s) Zn2+ (aq) + 2 e- reduction: Fe2+ (aq) + 2 e- Fe (s) และ reducer = Zn (s), oxidiser = Fe2+ (aq)
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.เพชรลดา กนทาด 4
ปฏกรยารดอกซ ไฟฟาเคม
15/01/59
3
3) การดลสมการรดอกซ ท าไดตามล าดบดงน
1. พจารณาสมการ หาโมเลกล/อะตอม/ไอออนทถก oxidize และถก reduce โดยด oxidation number ทเปลยนไป
2. เขยนครงปฏกรยาทเกด oxidation และ reduction
3. ท าครงปฏกรยาทงสองใหสมดลทงจ านวนอะตอมและจ านวนประจไฟฟา
4. ดลอะตอม O และ H ในสมการ โดยท
• ดล O ดวย H2O • ดล H ดวย H+
• ถาสารละลายเปนเบส ใหเตม OH- ทงสองดานเพอสะเทน H+ ในปฏกรยา (ถาม)
5. ท าจ านวน e- ทใหและรบในทงสองครงปฏกรยาใหเทากน
6. รวมครงสมการทงสองทดลแลวใหเปนสมการสทธของปฏกรยารดอกซ
การดลสมการรดอกซ ไฟฟาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด 5
ตวอยาง 7.2 จงดลสมการรดอกซตอไปน Fe2+ + Cl2 → Fe3+ + Cl-
1. หาตวออกซไดซและตวรดวซจากเลขออกซเดชนทเปลยนไป
Fe2+ + Cl2 → Fe3+ + Cl-
reducer oxidizer
2. เขยนครงปฏกรยา (ยงไมตองดล)
Oxidation: Fe2+ → Fe3+ + e- (จาย e- เลขออกซเดชนเพม) Reduction: Cl2 + e- → Cl- (รบ e- เลขออกซเดชนลด)
3. ดลจ านวนอะตอมและอเลกตรอน
Oxidation: Fe2+ → Fe3+ + e-
Reduction: Cl2 + 2 e- → 2 Cl-
การดลสมการรดอกซ ไฟฟาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด 6
15/01/59
4
ตวอยาง 7.2 (ตอ)
4. ดลจ านวน e- ของสองครงปฏกรยา (เอาสมประสทธคณ) แลวรวมกน
2 Fe2+ + Cl2 + 2 e- → 2 Fe3+ + 2 e- + 2 Cl-
จะไดสมการเคมทดลแลว คอ
2 Fe2+ + Cl2 → 2 Fe3+ + 2 Cl-
ตวอยาง 7.3 จงดลสมการ H2S (aq) + NO3- (aq) → S (s) + NO (g)
1. เขยนครงปฏกรยา Oxidation: H2S (aq) → S (s)
Reduction: NO3- (aq) → NO (g)
การดลสมการรดอกซ ไฟฟาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด 7
ตวอยาง 7.3 (ตอ)
2. ดลสมการ
• Oxidation : H2S (aq) → S (s) - ดลอะตอม H ดวย H+, H2S (aq) → S (s) + 2 H+ (aq) – ดลประจดวยอเลกตรอน, H2S (aq) → S (s) + 2 H+ (aq) + 2 e-
– ปฏกรยาเกดในกรด ไมตองดล H+ อก
• Reduction: NO3- (aq) → NO (g)
– ดลอะตอม O ดวย H2O, NO3- (aq) → NO (g) + 2 H2O (l)
– ดลอะตอม H ดวย H+, NO3- (aq) + 4 H+ (aq) → NO (g) + 2 H2O (l)
– ดลประจดวยอเลกตรอน,
NO3- (aq) + 4 H+ (aq) + 3 e- → NO (g) + 2 H2O (l)
การดลสมการรดอกซ ไฟฟาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด 8
15/01/59
5
ตวอยาง 7.3 (ตอ)
3. รวมครงปฏกรยา (ดลจ านวน e- ของทงสองปฏกรยา)
Oxidation: 3 H2S (aq) → 3 S (s) + 6 H+ (aq) + 6 e-
Reduction: 2 NO3- (aq) + 8 H+ (aq) + 6 e- → 2 NO (g) + 4 H2O (l)
จะไดสมการเคมทดลแลว คอ
3 H2S (aq) + 2 NO3- (aq) + 2 H+ (aq) → 2 NO (g) + 4 H2O (l) + 3 S (s)
การดลสมการรดอกซ ไฟฟาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด 9
4) เซลลกลวานก (Galvanic cell) - เซลลไฟฟาเคม ประกอบดวยขวไฟฟา (electrode) 2 ขวจมในสารละลายอเลกโทรไลต
- เมอตอครบวงจร ถาปฏกรยาทเกดขนเปนปฏกรยา redox (oxidation-reduction) แลว
ท าใหเกดกระแสไฟฟาขนไดเอง เรยกเซลลไฟฟานนวา เซลลกลวานก
- การถายเทอเลกตรอนจะเกดผานตวกลาง คอ ลวดไฟฟาทตอระหวางขวไฟฟา 2 ขว (ถายเททางออม)
- ตวอยางเซลลกลวานก เชน เซลลแดเนยลล (Daniell cell) ประกอบดวยขวไฟฟา ดงรป
10
ไฟฟาเคม
เซลลกลวานก
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
15/01/59
6
- แผนรพรน (porous plug) และสะพานเกลอ (salt bridge) ท าหนาทควบคมสมดลของประจไฟฟาของสองครงเซลล
- ปฏกรยาเกดขนไดเอง ตอเขากบแอมมเตอร จะมกระแสผานในวงจร หรอตอเขากบหลอดไฟฟาจะเกดแสงสวางขน
11
เซลลกลวานก ไฟฟาเคม
ใชแผนรพรน ใชสะพานเกลอ
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
- ทขวลบ หรอ anode: เกดปฏกรยา oxidation ทขว Zn (s) ดงน
Zn (s) Zn2+ (aq) + 2 e- E0anode = + 0.76 V
นนคอ แทงสงกะสละลายลงไปในสารละลาย ZnSO4 และจาย e- ผานลวดตวน าไปยง
ขว Cu (s)
- ทขวบวก หรอ cathode: เกดปฏกรยา reduction ทขว Cu (s) ดงน
Cu2+ (aq) + 2 e- Cu (s) E0cathode = + 0.34 V
นนคอ Cu2+ จากสารละลาย CuSO4 จะรบ e- เกดเปนโลหะทองแดงเกาะอยทขว Cu (s)
- ปฏกรยาทเกดขนแตละขว เรยกวา ปฏกรยาครงเซลล
- ปฏกรยารวมของเซลลจะเปนผลรวมของปฏกรยาครงเซลลทงสอง ดงน
Zn (s) + Cu2+ (aq) Zn2+(aq) + Cu (s) E0cell = + 1.10 V
12
เซลลกลวานก ไฟฟาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
15/01/59
7
- ในการเขยนเซลลไฟฟา ขวทให e- จะเขยนไวทางซายมอ, ขวทรบ e- เขยนไวทางขวามอ
- เซลลกลวานก ปฏกรยาเกดขนไดเอง และ E0cell = +
- แผนภาพของเซลล จะเขยนไดเปน Zn(s)/ Zn2+(aq)// Cu2+(aq)/ Cu(s)
(ครงเซลลออกซเดชน // ครงเซลลรดกชน) เมอ // คอ salt bridge
- ศกยไฟฟาของแตละขวอเลกโทรด หาไดจากแรงเคลอนไฟฟาของเซลลเมอตอขวนนกบอเลกโทรดไฮโดรเจนมาตรฐาน (SHE = standard hydrogen electrode, E0
H2 = 0.00 V) ทสภาวะมาตรฐาน (250 C, 1 atm)
- คา E0cell หาไดจาก E0
cell = E0cathode – E0
anode
- ตวอยางศกยไฟฟามาตรฐานของขวอเลกโทรด ท 250 C เปนดงตารางท 1
13
เซลลกลวานก ไฟฟาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
ตาราง 1 ตวอยางศกยไฟฟารดกชนมาตรฐานของขวอเลกโทรดท 250 C
ปฏกรยาทเกดขนทขว E0 (V)
Li+ + e- Li - 3.04
Cs+ + e- Cs - 2.95
K+ + e- K - 2.92
Al3+ + 3 e- Al - 1.66
Zn2+ + 2 e- Zn - 0.76
Pb2+ + 2 e- Pb - 0.13
2 H+ + 2 e- H2 0.00
Sn4+ + 2 e- Sn2+ + 0.15
Cu2+ + 2 e- Cu + 0.34
14
เซลลกลวานก ไฟฟาเคม
http://3.bp.blogspot.com/-72H7gMhAHEY/UFwHkBlfQtI/AAAAAAAAAAc/S21iz5IKwGE/s1600/chem2.png เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป
อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
15/01/59
8
ตาราง 1 ตวอยางศกยไฟฟารดกชนมาตรฐานของขวอเลกโทรดท 250 C (ตอ)
ปฏกรยาทเกดขนทขว E0 (V)
Br2 + 2 e- 2 Br- + 1.07
Au3+ + 3 e- Au + 1.50
F2 + 2 e- 2 F- + 2.87
จากตาราง จะไดวา
- คา E0 ยงมาก เปนตวรบ e- (oxidiser) ทด เกดปฏกรยา reduction ขว cathode
- คา E0 ยงนอย เปนตวให e- (reducer) ทด เกดปฏกรยา oxidation (ทศทาง ตรงขามกบในตาราง) ขว anode
15
เซลลกลวานก ไฟฟาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
ตวอยาง 7.4 จากปฏกรยาครงเซลลดงตอไปน E0 (V)
Ag+ + e- Ag 0.80
Fe3+ + e- Fe2+ 0.77
Ni2+ + e- Ni - 0.25
Fe2+ + 2 e- Fe - 0.44
Zn2+ + 2 e- Zn - 0.76
Cr3+ + 3 e- Cr - 0.74
Na+ + e- Na - 2.71
1) สารใดเปน oxidiser ทดทสด 2) จงแสดงการหาคา E0 ของครงเซลลคหนง
3) เซลล 2 Ag + Zn2+ 2 Ag+ + Zn ปฏกรยาจะเกดขนไดเองหรอไม
16
เซลลกลวานก ไฟฟาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
15/01/59
9
วธท า 1) สารใดเปน oxidiser ทดทสด
จากคา E0 ของครงเซลล จะเหนไดวาครงเซลล Ag+/ Ag มคา E0 มากทสด รบ e- ไดดทสด Ag+ เปน oxidiser ทดทสด
และเรยงล าดบความสามารถในการรบ e- หรอการเปน oxidiser ทดไดดงน
Ag+ > Fe3+ > Ni2+ > Fe2+ > Zn2+
2) จงแสดงการหาคา E0 ของครงเซลลคหนง
พจารณาสองครงเซลลดงน
Ni2+ + 2 e- Ni E0 = - 0.25 V
Na+ + e- Na E0 = - 2.71 V
การหาคา E0 ท าได 2 วธ ดงน
17
เซลลกลวานก ไฟฟาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
(ก) ถา E0 มากกวา ครงเซลลนนจะท าหนาทรบ e-
ถา E0 นอยกวา ครงเซลลนนจะท าหนาทให e-
2 Na 2 Na+ + 2 e- E0 = + 2.71 V
Ni2+ + 2 e- Ni E0 = - 0.25 V
2 Na + Ni2+ 2 Na+ + Ni E0cell = + 2.46 V
ขอสงเกต
- ปฏกรยาให e- จะสลบเครองหมายของ E0 เนองจากปฏกรยาตรงกนขาม
- ถามการเตมตวเลขในสมการ จะไมมการคณเขากบคา E0 (คา E0 คงท ไมขนกบปรมาณ)
- E0cell หาจากการน าคา E
0 ทงสองครงเซลลมารวมกน (ดงแสดงขางตน)
18
เซลลกลวานก ไฟฟาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
15/01/59
10
(ข) พจารณาคา E0 ของสองครงเซลลเปรยบเทยบกน
ถา E0 มากกวา รบ e- ท าหนาทเปน cathode
ถา E0 นอยกวา ให e- ท าหนาทเปน anode
จากนนใชสตร E0cell = E0 = E0
cathode – E0anode
= - 0.25 – (- 2.71) = + 2.46 V
ขอสงเกต การใชสตรสามารถน าคา E0 ทก าหนดใหมาค านวณไดเลย (ไมตองสลบเครองหมายเหมอนวธแรก)
3) เซลล 2 Ag + Zn2+ 2 Ag+ + Zn ปฏกรยาจะเกดขนไดเองหรอไม
จาก Ag+ + e- Ag E0 = 0.80 V (1)
Zn2+ + 2 e- Zn E0 = - 0.76 V (2)
19
เซลลกลวานก ไฟฟาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
จากโจทย 2 Ag + Zn2+ 2 Ag+ + Zn
จะเหนวาประกอบดวยครงปฏกรยา 2 Ag 2 Ag+ + 2 e- (oxidation, anode)
และ Zn2+ + 2 e- Zn (reduction, cathode)
E0 = E0cathode – E
0anode
= - 0.76 – (0.80) = - 1.56 V
(คาตดลบ ปฏกรยาเกดขนเองไมได)
แสดงวา ปฏกรยาจากโจทยเกดขนเองไมได
(ปฏกรยาทเกดขนได ควรเปน 2 Ag+ + Zn 2 Ag + Zn2+ )
20
เซลลกลวานก ไฟฟาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
15/01/59
11
5) ประโยชนของเซลลกลวานก - เซลลกลวานกทใชงาน แบงออกเปน 2 ชนด คอ
(1) เซลลปฐมภม (primary cell)
เมอใชงานจนหมดอายแลว ไมสามารถน ากลบมาใชซ าไดอก จดเปน เซลลทไมผนกลบ (irreversible cell) เชน เซลลแหง (dry cell) หรอถานไฟฉาย เปนตน และใหศกยไฟฟาประมาณ 1.5 V
สวนประกอบของ dry cell หรอถานไฟฉาย
http://www.myfirstbrain.com/thaidata/image.asp?ID=1660901
21
ประโยชนของเซลลกลวานก ไฟฟาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
ปฏกรยาทเกดขนในถานไฟฉาย เปนดงน
(-) Anode: Zn (s) Zn2+ (aq) + 2 e-
(+) Cathode: 2 MnO2 (s) + 2 NH4+ (aq) + 2 e- Mn2O3 + 2 NH3 + H2O
NH3 ทเกดขนเรอยๆ จะไปรวมตวกบ Zn2+ เกดเปนไอออนเชงซอน เพอรกษาความเขมขนของ Zn2+ ไมใหสงเกนไป และใหศกยไฟฟาเกอบคงทตลอดอายการใชงาน ดงสมการ Zn2+ + 4 NH3 [Zn(NH3)4]
2+ หรอ [Zn(NH3)2(H2O)2]2+
(ไอออนเชงซอน)
(2) เซลลทตยภม (secondary cell)
จดเปน เซลลทผนกลบได (reversible cell) นนคอ เมอจายไฟหมดแลว สามารถน ากลบมาอดไฟเพอใชใหมไดอก
ตวอยางเชน เซลลไฟฟาแบบตะกว (lead storage battery) หรอแบตเตอร เปนตน
22
ประโยชนของเซลลกลวานก ไฟฟาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
15/01/59
12
เซลลสะสมไฟฟาแบบตะกว หรอแบตเตอร
http://www.maceducation.com/e-
knowledge/2432209100/07_files/07-11.jpg
ปฏกรยาทเกดขนทขวไฟฟาทงสอง เปนดงน
(-) Anode: Pb (s) + SO42- (aq) PbSO4 (s) + 2 e-
(+) Cathode: PbO2 (s) + 4 H+ (aq) + SO42- (aq) + 2 e- PbSO4 (s) + 2 H2O
ปฏกรยารวม: Pb (s) + PbO2 (s) + 4 H+ (aq) + 2 SO42- (aq) 2 PbSO4 (s) + 2 H2O
23
ประโยชนของเซลลกลวานก ไฟฟาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
ปฏกรยารวม: Pb (s) + PbO2 (s) + 4 H+ (aq) + 2 SO42- (aq) 2 PbSO4 (s) + 2 H2O
- เซลลนสามารถผนกลบไดเมอตองการ โดยการอดไฟเขาท าใหเกดปฏกรยายอนกลบ
- จะได Pb (s) และ PbO2 (s) กลบมาทแตละขว และความเขมขนของกรด H2SO4
(electrolyte) เพมขน เกดปฏกรยาไดใหม
- 1 เซลลจะใหศกยไฟฟาประมาณ 2 V
- ถารถยนตใชแบตเตอร 12 V ตองตอ 6 เซลลเขาดวยกน
6) เซลลอเลกโทรไลต (Electrolytic cell) - ปฏกรยาเกดเองไมได ตองอาศยพลงงานไฟฟาจากแหลงภายนอก มาท าใหเกด ปฏกรยาเคมขน
24
ประโยชนของเซลลกลวานก ไฟฟาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
15/01/59
13
ประกอบดวย แหลงใหพลงงานไฟฟา ขวไฟฟา 2 ขว และ สารละลาย electrolyte
- ขว anode เกด oxidation
- ขว cathode เกด reduction
ตวอยางเซลลอเลกโทรไลต เชน กระบวนการแยกสลายดวยไฟฟา (electrolysis) ของสารละลายกรด HCl ดงรป
ตวอยางการท างานของ electrolytic cell
25
เซลลอเลกโทรไลต (Electrolytic cell) ไฟฟาเคม
เหมอนเซลลกลวานก แตตอขว +/- ตรงกนขาม
Cl-
H+
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
จากรป
- แบตเตอรจะจาย e- ไปตามเสนลวดถงขว cathode (-)
Cathode: 2 H+ (aq) + 2 e- H2 (g) E0 = 0.00 V
H+ วงไปรบ e- เกดกาซ H2 เปนฟองผดทขว cathode
- Cl- จะเคลอนมาจาย e- ทขว anode (+) เกดเปนกาซ Cl2
Anode: 2 Cl- (aq) Cl2 (g) + 2 e- E0 = - 1.36 V
ดงนน ปฏกรยารวม: 2 H+ (aq) + 2 Cl- (aq) H2 (g) + Cl2 (g) E0 = - 1.36 V
- จะเหนวา E0 = - ปฏกรยาเกดเองไมได (ตรงขามกบเซลลกลวานก)
26
ไฟฟาเคม
เซลลอเลกโทรไลต (Electrolytic cell)
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
Cl-
H+
15/01/59
14
7) กฎของฟาราเดย - Michael Faraday คนพบความสมพนธระหวางปรมาณไฟฟาและการเปลยนแปลงทางเคมทเกดขนทขวไฟฟาในกระบวนการของเซลลอเลกโทรไลต โดยจะสมพนธกบปรมาณ e- ทมการถายเทในปฏกรยาออกซเดชนและรดกชน
- ปรมาณไฟฟา 1 Faraday (F) = ปรมาณไฟฟาทตองผานเขาไปในเซลลเพอให e- 1 โมลท าปฏกรยาออกซเดชน-รดกชน
- ปกตปรมาณไฟฟา (Q) มหนวยเปน คลอมบ (coulomb) หาไดจาก
Q = I t
เมอ I = กระแสไฟฟาในหนวย แอมแปร (Ampere, A) t = เวลาในหนวย วนาท (second, s)
- และ ปรมาณไฟฟา 1 F = 96,487 coulomb ตอโมล e-
27
กฎของฟาราเดย ไฟฟาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
ตวอยาง 7.5 ในการแยกสารละลาย AgNO3 ดวยกระแสไฟฟา 2 แอมแปร เปนเวลา 1 ชวโมง จะมโลหะเงนเกดขนทขวลบกกรม
วธท า 1) หาปรมาณไฟฟาในหนวยฟาราเดย (F)
Q = I t
= (2 A) (1 x 60 x 60 s) = 7,200 A.s = 7,200 coulomb (C)
โดยปรมาณไฟฟา 96,487 C มคา 1 F
ถาปรมาณไฟฟา 7,200 C จะมคา = 1 F x 7,200 C = 0.075 F
96,487 C
28
กฎของฟาราเดย ไฟฟาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
15/01/59
15
2) หาน าหนกโลหะเงนทเกดขนทขวลบ
ทขว (-), cathode ปฏกรยาทเกดขน คอ Ag+ (aq) + e- Ag (s)
จากสมการ ปรมาณไฟฟา 1 F (1 mol e-) เกดโลหะเงน 1 mol = 107.868 g
ดงนน ถาปรมาณไฟฟา 0.075 F จะเกดโลหะเงนทขว = 107.868 g x 0.075 F
1 F
= 8.090 g
นนคอ จะเกดโลหะเงนทขวลบหนกเทากบ 8.090 กรม
29
กฎของฟาราเดย ไฟฟาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
ตวอยาง 7.6 จะตองใชเวลานานเทาไหร ในการผลต Cu 15.885 g จากสารละลาย CuSO4 โดยใชกระแสไฟฟา 25 A
วธท า 1) หาปรมาณไฟฟาเปน coulomb (C) ทท าใหเกด Cu 15.885 g
ท cathode: Cu2+ + 2 e- Cu (s)
จะเหนวา การเกดโลหะ Cu 1 mol (63.546 g) ตองมการรบ e- 2 mol หรอใชปรมาณไฟฟา 2 F
ปรมาณไฟฟา 1 F = 96,487 C
ถา ปรมาณไฟฟา 2 F = 96,487 C x 2 F = 192,974 C 1 F
นนคอ การเกดโลหะ Cu 63.546 g ใชปรมาณไฟฟา 192,974 C
ถาตองการ Cu 15.885 g จะใชปรมาณไฟฟา = 192,974 C x 15.885 g = 48,238.943 C 63.546
30
กฎของฟาราเดย ไฟฟาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
15/01/59
16
2) หาเวลาทใชในการแยกดวยกระแสไฟฟา
จาก สตร Q = I t
เมอ I = 25 A, Q = 48,238.943 C
แทนคา จะไดวา 48,238.943 = 25 x t
t = 48,238.943 s = 1,930 s
25
ดงนน จะตองใชเวลาเทากบ 1,930 วนาท หรอ 32 นาท 16 วนาท
31
กฎของฟาราเดย ไฟฟาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
8) ประโยชนของเซลลอเลกโทรไลต
เซลลอเลกโทรไลตสามารถน าไปประยกตใช ดงน
(1) การชบโลหะดวยกระแสไฟฟา
- เปนการเคลอบผวของโลหะดวยโลหะอน
- ท าเพอความสวยงาม หรอเพอปองกนการผกรอนของโลหะ
หลกการ 1) จายไฟฟากระแสตรง (DC) เชน กระแสไฟฟาจากแบตเตอร
2) ตอขว + (anode) โลหะทใชชบ
ตอขว – (cathode) โลหะทตองการชบ
3) สารละลาย electrolyte ตองประกอบดวยไอออนของโลหะทใชชบ
32
ประโยชนของเซลลอเลกโทรไลต ไฟฟาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
15/01/59
17
AgNO3 (aq)
+ - - ตวอยาง เชน การชบชอนโลหะดวยโลหะเงน Ag (s)
http://www.promma.ac.th/main/chemistry/web_electrochemistry/
images/4-22-2010%2011-11-53%20PM.jpg
Anode: Ag (s) Ag+ (aq) + e-
Cathode: Ag+ (aq) + e- Ag (s) (เคลอบทชอนโลหะ)
33
ประโยชนของเซลลอเลกโทรไลต ไฟฟาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
(2) การท าโลหะใหบรสทธ
ใชหลกการเดยวกบการชบโลหะดวยกระแสไฟฟา คอ
- ขว anode ตอกบโลหะทไมบรสทธ cathode ตอกบโลหะบรสทธ
- สารละลาย electrolyte ประกอบดวยไอออนของโลหะทเปนขว cathode
- ผานไฟกระแสตรงจากแบตเตอรเขาไป
34
ประโยชนของเซลลอเลกโทรไลต ไฟฟาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
15/01/59
18
- ตวอยางเชน การท าทองแดงใหบรสทธ ใช CuSO4 เปนสารละลาย electrolyte
พบวา - โลหะ Ag, Au, Pt เสย e- ได
ยากกวา Cu, Zn, Fe จะไม เกด oxidation และตกตะกอน อยดานลางภาชนะ
- Cu, Zn, Fe เกด oxidation Cu2+, Zn2+, Fe2+ แต Cu2+ รบ e- ไดดทสดจงมเพยง Cu2+ วงไปท cathode และรบ e- เกดเปน Cu (s) เคลอบบนขวทองแดง
- วธการนจะได Cu (s) บรสทธถง 99.95%
http://leelawat.exteen.com/images/slide0005_image014.gif 35
ประโยชนของเซลลอเลกโทรไลต ไฟฟาเคม
ทองแดงไมบรสทธ
(anode)
ทองแดงบรสทธ
(cathode)
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด