ELECTROCHEMISTRY ไฟฟ้ าเคมี เซลล์ กลั วานิก GALVANIC CELL ครู นารี รัตน์ พิริยะพันธุ์สกุล โรงเรี ยนจุฬาภรณราชวิทยาลัย เชียงราย.
Download ReportTranscript ELECTROCHEMISTRY ไฟฟ้ าเคมี เซลล์ กลั วานิก GALVANIC CELL ครู นารี รัตน์ พิริยะพันธุ์สกุล โรงเรี ยนจุฬาภรณราชวิทยาลัย เชียงราย.
Slide 1
ELECTROCHEMISTRY
ไฟฟ้ าเคมี
เซลล์ กลั วานิก
GALVANIC CELL
ครู นารี รัตน์ พิริยะพันธุ์สกุล
โรงเรี ยนจุฬาภรณราชวิทยาลัย เชียงราย
Slide 2
เซลล์กลั วานิก
ส่วนประกอบของเซลล์กลั วานิก
ปฏิกริ ยิ าทีเ่ กิดขึน้ ในเซลล์กลั วานิก
ศักย์ไฟฟ้าของเซลล์และศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของครึง่ เซลล์
สมการของเนินสท์ (Nernst Equation)
ประโยชน์ของเซลล์กลั วานิก
1.
2.
3.
4.
5.
จุดประสงค์
บอกส่วนประกอบของเซลล์กลั วานิกและอธิบายหลักการทางานของเซลล์กลั วานิกได้
ต่อเซลล์กลั วานิกจากครึ่งเซลล์ที่กาหนดให้และอธิบายผลที่เกิดขึน้ ภายในเซลล์นี้ได้
เขียนสมการแสดงปฏิกิริยาที่เกิดขึน้ ภายในเซลล์กลั ลวานิกและเขียนแผนภาพเซลล์กลั วานิกได้
อธิบายการหาค่าศักย์ไฟฟ้ ามาตรฐานของครึ่งเซลล์ (E) และใช้ค่า E ทานายการเกิด
ปฏิกิริยารีดอกซ์และคานวณหาค่าศักย์ไฟฟ้ าของเซลล์ได้
บอกประโยชน์ ของเซลล์กลั วานิกได้
Slide 3
Electron Transfer Reactions
• Electron transfer reactions are oxidationreduction or redox reactions.
• Results in the generation of an electric
current (electricity) or be caused by
imposing an electric current.
• Therefore, this field of chemistry is often
called ELECTROCHEMISTRY.
Slide 4
Why Study Electrochemistry?
• Batteries
• Corrosion
• Industrial production
of chemicals such as
Cl2, NaOH, F2 and Al
• Biological redox
reactions
Slide 5
Electrochemical Cells
chemical change
electric current
GALVANIC CELL
VOLTAIC CELL
electric current
chemical change
ELECTROLYTIC CELL
Slide 6
กิจกรรม
จุดประสงค์
การถ่ายโอนอิเล็กตรอนในเซลล์กลั วานิ ก
1. ทาการทดลองเพื่อศึกษาการถ่ายโอนอิเล็กตรอนในเซลล์กลั วานิ กได้
2. บอกส่ วนประกอบของเซลล์กลั วานิกได้
3. อธิ บายหลักการทางานของเซลล์กลั วานิกได้
4. เขียนสมการแสดงปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในเซลล์กลั วานิ กได้
5. เขียนแผนภาพของเซลล์กลั วานิ กได้
V
Salt bridge
Zn
Cu
SO42Zn2+
Cu2+
SO42-
Slide 7
V
Salt bridge
Zn
ครึ่งเซลล์
วิธีทดลอง
Cu
SO42Zn2+
Cu2+
SO42-
Zn(s)/Zn2+(aq)
Cu(s)/Cu2+(aq)
1. นาครึ่ งเซลล์ Zn(s)/Zn2+(aq) กับ Cu(s)/Cu2+(aq) มาวางชิดกัน
ใช้สะพานเกลือ(กระดาษกรองชุบด้วย KNO3อิ่มตัววางพาด
ระหว่างบิกเกอร์ ท้ งั สองโดยให้ส่วนปลายจุ่มอยูใ่ นสารละลาย
2. ต่อปลายแผ่นทองแดงและสังกะสี เข้ากับโวลต์มิเตอร์
สังเกตทิศทางการเบนของเข็มโวลต์มิเตอร์ อ่านค่าความตางศักย์
3. สลับขั้วของโวลต์มิเตอร์ สังเกตทิศทางการเบนของเข็มโวลต์มิเตอร์
อ่านค่าความตางศักย์
4. ใช้หลอดไฟ 1.0 V แทนโวลต์มิเตอร์ สังกตการเปลี่ยนแปลง
Slide 8
Galvanic cell
2
krooree @ pcccr.ac.th
V
Salt bridge
Zn
ครึ่งเซลล์
วิธีทดลอง
ครึ่งเซลล์
Cu
SO42Zn2+
Cu2+
SO42-
Zn(s)/Zn2+(aq)
Cu(s)/Cu2+(aq)
5. ทาการทดลองเช่นเดียวกับ 1-4 แต่เปลี่ยนมาใช้ครึ่ งเซลล์คู่ต่อไปนี้
และเปลี่ยนสะพานเกลือใหม่ทุกครั้ง
Cu(s)/Cu2+(aq)
Mg(s)/Mg2+(aq)
Zn(s)/Zn2+(aq)
Mg(s)/Mg2+(aq)
Cu(s)/Cu2+(aq)
Fe(s)/Fe2+(aq)
Zn(s)/Zn2+(aq)
Fe(s)/Fe2+(aq)
Fe(s)/Fe2+(aq)
Mg(s)/Mg2+(aq)
Slide 9
e
e
-
-
Anode
Cathode
Zn(s) Zn2+(aq) + 2 e-
Cu2+ (aq)+ 2e- Cu(s)
Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s)
Slide 10
การเขียนแผนภาพเซลล์กลั วานิก
1. เขียนครึ่งเซลล์ออกซิเดชัน คัน่ ด้ วยสะพานเกลือ(|| ) ตามด้ วยครึ่งเซลล์รีดกั ชัน
Slide 11
การเขียนแผนภาพเซลล์กลั วานิก
2. ในแต่ ละครึ่งเซลล์
-เขียนขั้วไฟฟ้าของครึ่งเซลล์ ออกซิเดชันไว้ ทางซ้ ายสุ ด
-เขียนขั้วไฟฟ้าของครึ่งเซลล์ รีดักชันไว้ ทางขวาสุ ด
-ระบุสถานะของสารไว้ ในวงเล็บ เช่ น (s) (aq) (l)
-ถ้ าสารมีสถานะต่ างกัน ให้ คนั่ ด้ วย เส้ นเดีย่ ว(/)
-ถ้ าสารมีสถานะเดียวกัน ให้ คนั่ ด้ วย จุลภาค(,)
Pt(s) / Fe3+(aq) , Fe2+(aq)
3. ในครึ่งเซลล์ทเี่ ป็ นแก๊ส
-ให้ ระบุความดันของแก๊ สไว้ ในวงเล็บและใช้ จุลภาคคั่นระหว่ างสถานะกับความดัน
Pt(s)/H2(g, 1 atm)/H+(aq)
4. การระบุความเข้ มข้ นของสารละลายให้ เขียนไว้ ในวงเล็บ เช่ น
Mg(s)/Mg2+(aq, 1 mol/dm3 )//Fe3+(aq, 1 mol/dm3),Fe2+(aq,1mol/dm3)/Pt(s)
Slide 12
e-
e-
cathode
Salt bridge
anode
Zn
Cu
SO42Zn2+
half cell
half reaction
redox reaction
cell notation
Cu2+
SO42-
Zn(s)/Zn2+(aq)
Cu(s)/Cu2+(aq)
Zn(s) Zn2+(aq)+ 2e-
Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)
Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s)
Zn(s) / Zn2+(aq) // Cu2+(aq) / Cu(s)
Slide 13
e-
e-
cathode
Salt bridge
anode
Mg
Cu
SO42Mg2+
half cell
half reaction
redox reaction
cell notation
Cu2+
SO42-
Mg(s)/Mg2+(aq)
Cu(s)/Cu2+(aq)
Mg(s) Mg2+(aq)+ 2e-
Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)
Mg(s) + Cu2+(aq) Mg2+(aq) + Cu(s)
Mg(s) / Mg2+(aq) // Cu2+(aq) / Cu(s)
Slide 14
e-
e-
cathode
Salt bridge
anode
Mg
Zn
SO42Mg2+
half cell
half reaction
redox reaction
cell notation
Zn2+
SO42-
Mg(s)/Mg2+(aq)
Zn(s)/Zn2+(aq)
Mg(s) Mg2+(aq)+ 2e-
Zn2+(aq) + 2e- Zn(s)
Mg(s) + Zn2+(aq) Mg2+(aq) + Zn(s)
Mg(s) / Mg2+(aq) // Zn2+(aq) / Zn(s)
Slide 15
e-
e-
anode
Salt bridge
cathode
Cu
Fe
SO42Cu2+
half cell
half reaction
redox reaction
cell notation
Fe2+
SO42-
Cu(s)/Cu2+(aq)
Fe(s)/Fe2+(aq)
Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)
Fe(s) Fe2+(aq)+ 2e-
Fe(s) + Cu2+(aq) Fe 2+(aq) + Cu(s)
Fe(s) / Fe2+(aq) // Cu2+(aq) / Cu(s)
Slide 16
e-
e-
cathode
Salt bridge
anode
Zn
Fe
SO42Zn2+
half cell
half reaction
redox reaction
cell notation
Fe2+
SO42-
Zn(s)/Zn2+(aq)
Fe(s)/Fe2+(aq)
Zn(s) Zn2+(aq)+ 2e-
Fe2+(aq) + 2e- Fe(s)
Zn(s) + Fe2+(aq) Zn2+(aq) + Fe(s)
Zn(s) / Zn2+(aq) // Fe2+(aq) / Fe(s)
Slide 17
e-
e-
anode
Salt bridge
cathode
Fe
Mg
SO42Fe2+
half cell
half reaction
redox reaction
cell notation
Mg2+
SO42-
Fe(s)/Fe2+(aq)
Mg(s)/Mg2+(aq)
Fe2+(aq) + 2e- Fe(s)
Mg(s) Mg2+(aq)+ 2e-
Mg(s) + Fe2+(aq) Mg2+(aq) + Fe(s)
Mg(s) / Mg2+(aq) // Fe2+(aq) / Fe(s)
Slide 18
เขียนรายงานการทดลอง
และทาแบบฝึ กหัด 9.3 ด้ วยนะคะ
Slide 19
แบบฝึ กหัดที่ 9.3 ข้ อ 1 (ก)
จากแผนภาพเซลล์กลั วานิกที่กาหนดให้ จงเขียนสมการแสดงปฏิกิริยาที่ข้ วั แอโนด
ขั้วแคโทด และเขียนปฏิกิริยาของเซลล์
Sn(s)|Sn2+ (aq)|| Cu2+(aq)|Cu(s)
ทีข่ ้วั แอโนด
Sn(s)
ทีข่ ้ัวแคโทด
Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)
ปฏิกริ ิยาของเซลล์
Sn2+ (aq) + 2e-
Sn(s) + Cu2+(aq) Sn2+(aq) + Cu(s)
Slide 20
แบบฝึ กหัดที่ 9.3 ข้ อ 1 (ข)
จากแผนภาพเซลล์กลั วานิกที่กาหนดให้ จงเขียนสมการแสดงปฏิกิริยาที่ข้ วั แอโนด
ขั้วแคโทด และเขียนปฏิกิริยาของเซลล์
Mg(s)|Mg2+ (aq)|| Fe3+(aq),Fe2+ (aq) |Pt (s)
ทีข่ ้วั แอโนด
Mg(s)
ทีข่ ้ัวแคโทด
Fe3+(aq) + e- Fe2+ (aq)
ปฏิกริ ิยาของเซลล์
Mg2+ (aq) + 2e-
Mg(s) + 2Fe3+(aq) Mg2+(aq) + 2Fe2+ (aq)
Slide 21
แบบฝึ กหัดที่ 9.3 ข้ อ 1 (ค)
จากแผนภาพเซลล์กลั วานิกที่กาหนดให้ จงเขียนสมการแสดงปฏิกิริยาที่ข้ วั แอโนด
ขั้วแคโทด และเขียนปฏิกิริยาของเซลล์
Zn(s)|Zn2+ (aq,1mol/dm3) || H+(aq,1 mol/dm3),H2 (g,1atm)|Pt (s)
ทีข่ ้วั แอโนด
Zn(s)
ทีข่ ้ัวแคโทด
2H+(aq) + 2e- H2 (g)
ปฏิกริ ิยาของเซลล์
Zn2+ (aq) + 2e-
Zn(s) + 2H+(aq) Zn2+(aq) + H2 (g)
Slide 22
แบบฝึ กหัดที่ 9.3 ข้ อ 1 (ง)
จากแผนภาพเซลล์กลั วานิกที่กาหนดให้ จงเขียนสมการแสดงปฏิกิริยาที่ข้ วั แอโนด
ขั้วแคโทด และเขียนปฏิกิริยาของเซลล์
Fe(s)|Fe2+ (aq)|| Cl- (aq),Cl2(g) |Pt (s)
ทีข่ ้วั แอโนด
Fe(s) Fe2+ (aq) + 2e-
ทีข่ ้ัวแคโทด
Cl2 (aq) + 2e- 2Cl- (g)
ปฏิกริ ิยาของเซลล์
Fe(s) + Cl2 (g) Fe2+(aq) + 2Cl- (aq)
Slide 23
แบบฝึ กหัดที่ 9.3 ข้ อ 1 (จ)
จากแผนภาพเซลล์กลั วานิกที่กาหนดให้ จงเขียนสมการแสดงปฏิกิริยาที่ข้ วั แอโนด
ขั้วแคโทด และเขียนปฏิกิริยาของเซลล์
Pt(s)|Sn2+ (aq),Sn4+(aq) || Cr+ (aq),Cr2+ (aq) |Pt (s)
ทีข่ ้วั แอโนด
Sn2+ (aq) Sn4+ (aq) + 2e-
ทีข่ ้ัวแคโทด
Cr2+ (aq) + e- Cr+ (g)
ปฏิกริ ิยาของเซลล์
Sn2+ (aq) + 2Cr2+ (aq) Sn4+(aq) + 2Cr+ (aq)
Slide 24
แบบฝึ กหัดที่ 9.3 ข้ อ 2 (ก)
จงเขียนแผนภาพเซลล์กลั วานิ กจากปฏิกิริยาที่กาหนดให้ต่อไปนี้
Zn(s) + Pb2+(aq) Zn2+(aq) + Pb(s)
Zn(s)|Zn2+ (aq) || Pb2+(aq)|Pb(s)
แบบฝึ กหัดที่ 9.3 ข้ อ 2 (ข)
จงเขียนแผนภาพเซลล์กลั วานิ กจากปฏิกิริยาที่กาหนดให้ต่อไปนี้
Fe(s) + Sn4+(aq) Fe2+(aq) + Sn2+ (aq)
Fe(s)|Fe2+ (aq) || Sn2+(aq),Sn4+(aq) |Pb(s)
Slide 25
แบบฝึ กหัดที่ 9.3 ข้ อ 2 (ค)
จงเขียนแผนภาพเซลล์กลั วานิ กจากปฏิกิริยาที่กาหนดให้ต่อไปนี้
H2 (g) + 2Ag+(aq) 2H+(aq) + 2Ag(s)
Pt(s)|H2(g) |H+ (aq) || Ag+(g)|Ag(s)
แบบฝึ กหัดที่ 9.3 ข้ อ 2 (ง)
จงเขียนแผนภาพเซลล์กลั วานิ กจากปฏิกิริยาที่กาหนดให้ต่อไปนี้
2Cr(s) + 3Fe2+(aq) 2Cr3+(aq) + 3Fe (s)
Cr(s)|Cr3+ (aq) || Fe2+(aq) |Fe(s)
Slide 26
แบบฝึ กหัดที่ 9.3 ข้ อ 3
เมื่อจุ่มโลหะทองแดงลงในสารละลาย AgNO3 0.1 mol/dm3 ปรากกว่าเกิดผลึกสี เงิน
เกาะที่แผ่นทองแดงและสารละลายเปลี่ยนจากไม่มีสีเป็ นสี ฟ้าอ่อน
ก. จงเขียนสมการแสดงปฏิกิริยารี ดอกซ์ที่เกิดขึ้น
ข. จงเขียนแผนภาพเซลล์กลั วานิ ก ปฏิกิริยาที่ข้ วั แอโนดและแคโทด
Cu(s) Cu2+ (aq) + 2e2 Ag+(aq)
+ 2e- 2Ag (s)
ปฏิกริ ิยารีดอกซ์ ทเี่ กิดขึน้ คือ
Cu (s) + 2Ag+(aq) Cu2+(aq) + Ag (s)
Slide 27
แบบฝึ กหัดที่ 9.3 ข้ อ 3
เมื่อจุ่มโลหะทองแดงลงในสารละลาย AgNO3 0.1 mol/dm3 ปรากกว่าเกิดผลึกสี เงิน
เกาะที่แผ่นทองแดงและสารละลายเปลี่ยนจากไม่มีสีเป็ นสี ฟ้าอ่อน
ก. จงเขียนสมการแสดงปฏิกิริยารี ดอกซ์ที่เกิดขึ้น
ข. จงเขียนแผนภาพเซลล์กลั วานิ ก ปฏิกิริยาที่ข้ วั แอโนดและแคโทด
ทีข่ ้ัวแอโนด
Cu(s) Cu2+ (aq) + 2e-
ทีข่ ้ัวแคโทด
Ag+(aq)
+ e-
Ag (s)
แผนภาพเซลล์
Cu(s)|Cu2+ (aq) || Ag+(aq)|Ag(s)
Slide 28
I
I
e
e-
-
ขั้ว ลบ
ขั้ว บวก
Salt bridge
Zn
ขั้ว anode
Cu
ขั้วcathode
SO42Zn2+
Cu2+
SO42-
Zn(s) Zn2+(aq)+ 2e-
Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)
Zn(s) / Zn2+(aq) // Cu2+(aq) / Cu(s)
กระแสไฟฟ้า ไหลจากทีท่ มี่ ศี ักย์ ไฟฟ้าสู งกว่ า ไปยังทีท่ ศี่ ักย์ไฟฟ้าต่ากว่ า
ศักย์ไฟฟ้าของขั้วไฟฟ้า (Electrode potential , E )
Ecathode >
E
Ecell = Ecathode – Eanode
Slide 29
ความต่ างศักย์ ระหว่ างแอโนดและ
แคโทดเรียกว่ า
• cell voltage
• electromotive force (emf)
• cell potential
Zn (s) | Zn2+ (1 M) || Cu2+ (1 M) | Cu (s)
Ecathode – Eanode = Ecell
E
2+
Cu/Cu
– E
Zn/Zn
2+
ครึ่งปฏิกริ ิยารีดกั ชัน
= 1.10 V
E(V)
Cu2+(s)
+ 2e- Cu(s)
ไม่ ทราบ
Zn2+(s)
+ 2e- Zn(s)
ไม่ ทราบ
Slide 30
ศักย์ ไฟฟ้ามาตรฐาน (Standard reduction potential : E0 )
เป็ นศักย์ ไฟฟ้ าทีเ่ กิดขึน้ จากปฏิกริ ิยารีดักชันทีข่ ้วั อิเล็กโทรด ที่ ความเข้ มข้ น
ของสารเป็ น 1 M และความดันแก๊สเป็ น 1 atm
Standard Hydrogen Electrode (SHE)
2H+ (1M) + 2e- H2(g,1 atm) E0 = 0.00 V
Slide 31
0 = 0.76 V
Ecell
0 -E0
E 0cell = Ecathode
anode
0 = E0+ - E0
Ecell
H /H
Zn 2+/Zn
2
0.76 V = 0 - E0zn2+ /Zn
EZn0 2+/Zn = -0.76 V
Zn (s) | Zn2+ (1 M) || H+ (1 M) | H2 (1 atm) | Pt (s)
Zn2+ (1M) + 2e- Zn(s) E0 = -0.76 V
Slide 32
0 -E0
E 0cell = Ecathode
anode
0 = 0.34 V
Ecell
0 = E 0 2+
0
Ecell
Cu /Cu – EH +/H 2
0 2+
0.34 = ECu
/Cu - 0
0 2+
ECu
/Cu = +0.34 V
Pt (s) | H2 (1 atm) | H+ (1 M) || Cu2+ (1 M) | Cu (s)
Cu2+ (1M) + 2e- Cu(s) E0 = +0.34 V
Slide 33
ศักย์ ไฟฟ้ามาตรฐาน
• E0 เป็ นค่ าเฉพาะปฏิกริ ิยาตามที่เขียน
• ค่ า E0 เป็ นเป็ นบวกมากแสดงว่ า
ปฏิกริ ิยารีดักชันนั้นเกิดได้ ง่าย
• ครึ่งปฏิกริ ิยาเหล่านีผ้ นั กลับได้
• สาหรับปฏิกริ ิยาย้ อนกลับ
ให้ กลับเครื่องหมายหน้ าค่ า E0
• เมื่อคูณสั มประสิ ทธิ์ในปฏิกริ ิยาด้ วย
ตัวเลขใดๆ ค่ า E0 ไม่ เปลีย่ น
Slide 34
การนาค่ าศักย์ ไฟฟ้ามาตรฐาน(E0)ไปใช้ ประโยชน์
1. ใช้ เปรียบเทียบความสามารถในการเป็ นตัวรีดิวซ์ หรือตัวออกซิไดซ์
ค่ า E0
ตัวออกซิไดซ์
Ag+(aq)
Cu2+(aq)
2H+(aq)
Zn2+(aq)
+ e-
+ 2e-
+ 2e-
+ 2e-
Ag(s)
Cu(s)
H2 (g)
Zn(s)
ตัวรีดวิ ซ์
E0 = +0.80 V
E0 = +0.34 V
E0 = 0.00 V
E0 = -0.76 V
Slide 35
การนาค่ าศักย์ ไฟฟ้ามาตรฐาน(E0)ไปใช้ ประโยชน์
2. ใช้ คานวณหาค่ าศักย์ ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์ (E0cell)
ตัวอย่าง นาครึ่งเซลล์ Ag(s)/Ag+(aq,1M) ต่ อกับครึ่งเซลล์ Zn(s)/Zn2+(aq, 1 M)
ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของครึ่งเซลล์นีม้ ีค่าเท่ าไร
แนวคิด
ศักย์ไฟฟ้ ามาตรฐานของครึ่ งเซลล์ Ag(s)/Ag+(aq) สูงกว่า Zn(s)/Zn 2+(aq)
ครึ่ งเซลล์ Ag(s)/Ag+(aq) เป็ นครึ่ งเซลล์รีดกั ชัน Ag ทาหน้าที่เป็ น ขั้วแคโทด
E0cell = E0cathode – E0anode
ตอบ
E0cell =
=
=
E0cell =
E Ag/Ag+ - E Zn/Zn 2+
0.80 V - (-0.76 V)
1.56 V
1.56 V
Slide 36
การนาค่ าศักย์ ไฟฟ้ามาตรฐาน(E0)ไปใช้ ประโยชน์
3. ใช้ ทานายว่ าปฏิกริ ิยารีดอกซ์ ทเี่ ขียนแสดงไว้ เกิดได้ จริงหรือไม่
และทิศทางของปฏิกริ ิยาดาเนินไปทางใด
ตัวอย่างที่ 1 เมือ่ จุ่มโลหะZn ลงในสารละลายกรดHCl จะมีเกิดฟองแก๊ส H2
แนวคิด
ปฏิกิริยาออกซิ เดชัน : Zn (s) Zn2+(aq) + 2e- Zn เป็ นขั้วแคโทด
ปฏิกิริยารี ดกั ชัน : 2H+ (aq) + 2e- H2 (g) H 2 เป็ นขั้วแอโนด
E0cell = E0cathode – E0anode
E0cell = E H2 /H+ - E Zn/Zn 2+
= 0.00 V - (-0.76 V)
= 0.76 V
ค่ า E0cell มีค่าเป็ นบวก แสดงว่ าปฏิกริ ิยาที่เขียนไว้ เกิดได้ จริง
Slide 37
การนาค่ าศักย์ ไฟฟ้ามาตรฐาน(E0)ไปใช้ ประโยชน์
3. ใช้ ทานายว่ าปฏิกริ ิยารีดอกซ์ ทเี่ ขียนแสดงไว้ เกิดได้ จริงหรือไม่
และทิศทางของปฏิกริ ิยาดาเนินไปทางใด
ตัวอย่างที่ 2 เมือ่ จุ่มโลหะ Cu ลงในสารละลายกรดHCl จะมีเกิดฟองแก๊ส H2 หรือไม่
2+(aq) + 2e- Cu เป็ นขัวแคโทด
ิ
ถ้
า
ปฏิ
ก
ร
ิ
ย
าออกซิ
เ
ดชั
น
:
Cu
(s)
Cu
้
แนวคิด
ปฏิกิริยารี ดกั ชัน : 2H+ (aq) + 2e- H2 (g) H 2 เป็ นขั้วแอโนด
E0cell = E0cathode – E0anode
E0cell = E H2 /H+ - E Cu/Cu 2+
= 0.00 V - (+0.34 V)
= -0.34 V
ค่ า E0cell มีค่าเป็ นลบ แสดงว่ าปฏิกริ ิยาที่เขียนไว้ ไม่ เกิดขึน้
นั่นคือเมือ่ จุ่มโลหะCu ลงในสารลายกรด HCl จะไม่ เกิดแก๊ ส H2
ปฏิกริ ิยาที่เกิดได้ จริง จะมีทิศทางตรงข้ ามกับทีไ่ ด้ เขียนแสดงไว้
Slide 38
0
ั ไฟฟ้ามาตรฐาน : E
ศกย์
• บอกให้ทราบแนวโน้มของขวอิ
ั้ เล็กโตรดที่
จะร ับหรือให้อเิ ล็กตรอน
0
E เป็นบวกมาก ร ับอิเล็กตรอนได้ด ี
์ แ
เป็นต ัวออกซไิ ดซท
ี่ รงมาก แต่เป็น
์ ไี่ ม่ด ี
ต ัวรีดวิ ซท
0
E เป็นลบมาก ร ับอิเล็กตรอนได้ยาก
ให้อเิ ล็กตรอนได้งา
่ ยกว่า
์ ไี่ ม่ด ี แต่เป็นต ัว
เป็นต ัวออกซไิ ดซท
์ แ
รีดวิ ซท
ี่ รง
Slide 39
แรงเคลือ
่ นไฟฟ้าของเซลล์, Ecell
Ecell = Ecathode - Eanode
ทีส
่ ภาวะมาตรฐาน
0
cell
E
0
cathode
=E
0
anode
-E
เครือ
่ งหมายของ Ecell
เป็นบวก ปฏิกริ ย
ิ าเกิดเองได้
เป็นลบ ปฏิกริ ย
ิ าเกิดเองไม่ได้
Slide 40
สมการของเนินส์ท (Nernst Equation)
ปฏิกิริยา
aA + bB
cC + dD
Ecell ศักย์ ขัว้ ไฟฟ้าของเซลล์
E0cell ศักย์ ขัว้ ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์
R ค่ าคงที่ของแก๊ ส, 8.314 J K-1 mol-1
T อุณหภูมหิ น่ วยเคลวิน (K)
n จานวน e- ที่เข้ าร่ วมในปฏิกริ ิยา
F ค่ าคงที่ของ Faraday 96500 C
E = E0 – RT ln Q
nF
Slide 41
aA + bB
cC + dD
E0 = RT ln [C]c [D]d
a
b
[A]
[B]
nF
E0 = RT 2.203 log [C]c [D]d
[A]a [B]b
nF
Slide 42
Ecell ศักย์ ขัว้ ไฟฟ้าของเซลล์
E0cell ศักย์ ขัว้ ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์
R ค่ าคงที่ของแก๊ ส, 8.314 J K-1 mol-1
T อุณหภูมิหน่ วยเคลวิน (K)
n จานวน e- ที่เข้ าร่ วมในปฏิกิริยา
F ค่ าคงที่ของ Faraday 96500 C
(2.303RT)/F = 0.059
Ecell =
0
E cell
–
0.059 log
n
c
d
[C] [D] ]
[A]a[B]b
Slide 43
ทีส
่ ภาวะสมดุล
0 = E0 – RT ln [C]c [D]d
nF
[A]a [B]b
E0 = RT ln [C]c [D]d
nF
[A]a [B]b
E0 = RT ln k
nF
Slide 44
ตัวอย่ าง จงหาศักย์ ครึ่งเซลล์ของ Cd/Cd2+(0.015 M)
กาหนดให้ E0Cd = -0.403 V
Cd2+ + 2e-
Cd
E = E0 - 0.0592 log [Cd]
n
[Cd2+]
E = -0.403 - 0.0592 log 1
2
0.015
E = -0.457 V
Slide 45
๐
ต ัวอย่าง จงคานวณค่าคงทีส
่ มดุลที่ 25 c ของปฏิกริ ย
ิ า
Zn +
จาก
Cu2+
Zn2+
+ Cu
0
E cell =
E0 = 0.0592 log k
n
1.10 = 0.0592 log k
2
k = 2 x 1037
+1.10 V
Slide 46
เซลล์ความเข้มข้น (Concentration cell)
Voltmeter
?
Cd
anode
Cd2+
Salt bridge
Cd
cathode
Cd2+
ขัว้ ไฟฟ้าที่จ่ มุ ในสารละลายเจือจาง
anode
ขัว้ ไฟฟ้าที่จ่ มุ ในสารละลายเข้ มข้ น cathode
Slide 47
เซลล์ความเข้มข้น (Concentration cell)
V
Salt bridge
Cu
Cu
SO42Cu2+
0.1 M CuSO4
SO42Cu2+
1 M CuSO4
Slide 48
Cu/CuSO4 (0.1M) // CuSO4 (1.0 M)/Cu
Anode
Cu
Cathode
Cu2+ (1.0 M) + 2e
รวม
Cu2+ (0.1 M) + 2e
Cu2+ (1.0 M)
Cu2+ (0.1 M)
E = DE0 – RT ln c1
c2
nF
E = – RT ln c1
c2
nF
Cu
Slide 49
E = – RT ln c1
c2
nF
หรือ
E = -2.303 RT log c1
c2
nF
Slide 50
เซลล์ก ัลวานิก
• เซลล์กลั วานิกแบบปฐมภูมิ
(primary galvanic cell)
- ปฏิกริ ย
ิ าไม่ผ ันกล ับ
• เซลล์กลั วานิกแบบทุติยภูมิ
(secondary galvanic cell)
- ปฏิกริ ย
ิ าผ ันกล ับได้
Slide 51
ถ่านไฟฉาย
Dry cell
Leclanché cell
Zn2+ (aq) + 2eAnode: Zn (s)
Mn2O3 (s) + 2NH3 (aq) + H2O (l)
Cathode: 2NH+4 (aq) + 2MnO2 (s) + 2eZn (s) + 2NH4 (aq) + 2MnO2 (s)
Zn2+ (aq) + 2NH3 (aq) + H2O (l) + Mn2O3 (s)
Slide 52
• มีปฏิกริ ิยาที่รักษาความเข้ มข้ นของ Zn2+ ไม่ ให้ สูงขึน้ คือ
Zn2+ + 4NH3
Zn2+ + 2H2O + 2NH3
[Zn(NH3)4]
[Zn(NH3)2(H2O)2]
Slide 53
เซลล์ ปรอท
Mercury Battery
Anode:
Cathode:
Zn(Hg) + 2OH- (aq)
HgO (s) + H2O (l) + 2eZn(Hg) + HgO (s)
ZnO (s) + H2O (l) + 2e-
Hg (l) + 2OH- (aq)
ZnO (s) + Hg (l)
Slide 54
เซลล์ เชื้อเพลิงไฮโรเจน-ออกซิเจน
fuel cell เป็ นเซลล์ไฟฟ้าเคมี
ของปฏิกริ ิยาการเผาไหม้ ซึ่งมี
การเติมรีเอเจนต์ ตลอดเวลา
เพือ่ ให้ เซลล์ทางาน
Anode:
Cathode:
2H2 (g) + 4OH- (aq)
O2 (g) + 2H2O (l) + 4e2H2 (g) + O2 (g)
4H2O (l) + 4e4OH- (aq)
2H2O (l)
Slide 55
เซลล์ สะสมไฟฟ้ าแบบตะกัว่
Lead storage
battery
Anode:
Cathode:
Pb (s) + SO2-4 (aq)
PbSO4 (s) + 2e-
PbO2 (s) + 4H+ (aq) + SO24 (aq) + 2e
Pb (s) + PbO2 (s) + 4H+ (aq) + 2SO42- (aq)
PbSO4 (s) + 2H2O (l)
2PbSO4 (s) + 2H2O (l)
Slide 56
ศึกษาเซลล์กลั วานิกอืน่ ๆ และ
ทาแบบฝึ กหัด 9.4 และ9.5 ด้ วยนะคะ
ELECTROCHEMISTRY
ไฟฟ้ าเคมี
เซลล์ กลั วานิก
GALVANIC CELL
ครู นารี รัตน์ พิริยะพันธุ์สกุล
โรงเรี ยนจุฬาภรณราชวิทยาลัย เชียงราย
Slide 2
เซลล์กลั วานิก
ส่วนประกอบของเซลล์กลั วานิก
ปฏิกริ ยิ าทีเ่ กิดขึน้ ในเซลล์กลั วานิก
ศักย์ไฟฟ้าของเซลล์และศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของครึง่ เซลล์
สมการของเนินสท์ (Nernst Equation)
ประโยชน์ของเซลล์กลั วานิก
1.
2.
3.
4.
5.
จุดประสงค์
บอกส่วนประกอบของเซลล์กลั วานิกและอธิบายหลักการทางานของเซลล์กลั วานิกได้
ต่อเซลล์กลั วานิกจากครึ่งเซลล์ที่กาหนดให้และอธิบายผลที่เกิดขึน้ ภายในเซลล์นี้ได้
เขียนสมการแสดงปฏิกิริยาที่เกิดขึน้ ภายในเซลล์กลั ลวานิกและเขียนแผนภาพเซลล์กลั วานิกได้
อธิบายการหาค่าศักย์ไฟฟ้ ามาตรฐานของครึ่งเซลล์ (E) และใช้ค่า E ทานายการเกิด
ปฏิกิริยารีดอกซ์และคานวณหาค่าศักย์ไฟฟ้ าของเซลล์ได้
บอกประโยชน์ ของเซลล์กลั วานิกได้
Slide 3
Electron Transfer Reactions
• Electron transfer reactions are oxidationreduction or redox reactions.
• Results in the generation of an electric
current (electricity) or be caused by
imposing an electric current.
• Therefore, this field of chemistry is often
called ELECTROCHEMISTRY.
Slide 4
Why Study Electrochemistry?
• Batteries
• Corrosion
• Industrial production
of chemicals such as
Cl2, NaOH, F2 and Al
• Biological redox
reactions
Slide 5
Electrochemical Cells
chemical change
electric current
GALVANIC CELL
VOLTAIC CELL
electric current
chemical change
ELECTROLYTIC CELL
Slide 6
กิจกรรม
จุดประสงค์
การถ่ายโอนอิเล็กตรอนในเซลล์กลั วานิ ก
1. ทาการทดลองเพื่อศึกษาการถ่ายโอนอิเล็กตรอนในเซลล์กลั วานิ กได้
2. บอกส่ วนประกอบของเซลล์กลั วานิกได้
3. อธิ บายหลักการทางานของเซลล์กลั วานิกได้
4. เขียนสมการแสดงปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในเซลล์กลั วานิ กได้
5. เขียนแผนภาพของเซลล์กลั วานิ กได้
V
Salt bridge
Zn
Cu
SO42Zn2+
Cu2+
SO42-
Slide 7
V
Salt bridge
Zn
ครึ่งเซลล์
วิธีทดลอง
Cu
SO42Zn2+
Cu2+
SO42-
Zn(s)/Zn2+(aq)
Cu(s)/Cu2+(aq)
1. นาครึ่ งเซลล์ Zn(s)/Zn2+(aq) กับ Cu(s)/Cu2+(aq) มาวางชิดกัน
ใช้สะพานเกลือ(กระดาษกรองชุบด้วย KNO3อิ่มตัววางพาด
ระหว่างบิกเกอร์ ท้ งั สองโดยให้ส่วนปลายจุ่มอยูใ่ นสารละลาย
2. ต่อปลายแผ่นทองแดงและสังกะสี เข้ากับโวลต์มิเตอร์
สังเกตทิศทางการเบนของเข็มโวลต์มิเตอร์ อ่านค่าความตางศักย์
3. สลับขั้วของโวลต์มิเตอร์ สังเกตทิศทางการเบนของเข็มโวลต์มิเตอร์
อ่านค่าความตางศักย์
4. ใช้หลอดไฟ 1.0 V แทนโวลต์มิเตอร์ สังกตการเปลี่ยนแปลง
Slide 8
Galvanic cell
2
krooree @ pcccr.ac.th
V
Salt bridge
Zn
ครึ่งเซลล์
วิธีทดลอง
ครึ่งเซลล์
Cu
SO42Zn2+
Cu2+
SO42-
Zn(s)/Zn2+(aq)
Cu(s)/Cu2+(aq)
5. ทาการทดลองเช่นเดียวกับ 1-4 แต่เปลี่ยนมาใช้ครึ่ งเซลล์คู่ต่อไปนี้
และเปลี่ยนสะพานเกลือใหม่ทุกครั้ง
Cu(s)/Cu2+(aq)
Mg(s)/Mg2+(aq)
Zn(s)/Zn2+(aq)
Mg(s)/Mg2+(aq)
Cu(s)/Cu2+(aq)
Fe(s)/Fe2+(aq)
Zn(s)/Zn2+(aq)
Fe(s)/Fe2+(aq)
Fe(s)/Fe2+(aq)
Mg(s)/Mg2+(aq)
Slide 9
e
e
-
-
Anode
Cathode
Zn(s) Zn2+(aq) + 2 e-
Cu2+ (aq)+ 2e- Cu(s)
Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s)
Slide 10
การเขียนแผนภาพเซลล์กลั วานิก
1. เขียนครึ่งเซลล์ออกซิเดชัน คัน่ ด้ วยสะพานเกลือ(|| ) ตามด้ วยครึ่งเซลล์รีดกั ชัน
Slide 11
การเขียนแผนภาพเซลล์กลั วานิก
2. ในแต่ ละครึ่งเซลล์
-เขียนขั้วไฟฟ้าของครึ่งเซลล์ ออกซิเดชันไว้ ทางซ้ ายสุ ด
-เขียนขั้วไฟฟ้าของครึ่งเซลล์ รีดักชันไว้ ทางขวาสุ ด
-ระบุสถานะของสารไว้ ในวงเล็บ เช่ น (s) (aq) (l)
-ถ้ าสารมีสถานะต่ างกัน ให้ คนั่ ด้ วย เส้ นเดีย่ ว(/)
-ถ้ าสารมีสถานะเดียวกัน ให้ คนั่ ด้ วย จุลภาค(,)
Pt(s) / Fe3+(aq) , Fe2+(aq)
3. ในครึ่งเซลล์ทเี่ ป็ นแก๊ส
-ให้ ระบุความดันของแก๊ สไว้ ในวงเล็บและใช้ จุลภาคคั่นระหว่ างสถานะกับความดัน
Pt(s)/H2(g, 1 atm)/H+(aq)
4. การระบุความเข้ มข้ นของสารละลายให้ เขียนไว้ ในวงเล็บ เช่ น
Mg(s)/Mg2+(aq, 1 mol/dm3 )//Fe3+(aq, 1 mol/dm3),Fe2+(aq,1mol/dm3)/Pt(s)
Slide 12
e-
e-
cathode
Salt bridge
anode
Zn
Cu
SO42Zn2+
half cell
half reaction
redox reaction
cell notation
Cu2+
SO42-
Zn(s)/Zn2+(aq)
Cu(s)/Cu2+(aq)
Zn(s) Zn2+(aq)+ 2e-
Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)
Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s)
Zn(s) / Zn2+(aq) // Cu2+(aq) / Cu(s)
Slide 13
e-
e-
cathode
Salt bridge
anode
Mg
Cu
SO42Mg2+
half cell
half reaction
redox reaction
cell notation
Cu2+
SO42-
Mg(s)/Mg2+(aq)
Cu(s)/Cu2+(aq)
Mg(s) Mg2+(aq)+ 2e-
Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)
Mg(s) + Cu2+(aq) Mg2+(aq) + Cu(s)
Mg(s) / Mg2+(aq) // Cu2+(aq) / Cu(s)
Slide 14
e-
e-
cathode
Salt bridge
anode
Mg
Zn
SO42Mg2+
half cell
half reaction
redox reaction
cell notation
Zn2+
SO42-
Mg(s)/Mg2+(aq)
Zn(s)/Zn2+(aq)
Mg(s) Mg2+(aq)+ 2e-
Zn2+(aq) + 2e- Zn(s)
Mg(s) + Zn2+(aq) Mg2+(aq) + Zn(s)
Mg(s) / Mg2+(aq) // Zn2+(aq) / Zn(s)
Slide 15
e-
e-
anode
Salt bridge
cathode
Cu
Fe
SO42Cu2+
half cell
half reaction
redox reaction
cell notation
Fe2+
SO42-
Cu(s)/Cu2+(aq)
Fe(s)/Fe2+(aq)
Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)
Fe(s) Fe2+(aq)+ 2e-
Fe(s) + Cu2+(aq) Fe 2+(aq) + Cu(s)
Fe(s) / Fe2+(aq) // Cu2+(aq) / Cu(s)
Slide 16
e-
e-
cathode
Salt bridge
anode
Zn
Fe
SO42Zn2+
half cell
half reaction
redox reaction
cell notation
Fe2+
SO42-
Zn(s)/Zn2+(aq)
Fe(s)/Fe2+(aq)
Zn(s) Zn2+(aq)+ 2e-
Fe2+(aq) + 2e- Fe(s)
Zn(s) + Fe2+(aq) Zn2+(aq) + Fe(s)
Zn(s) / Zn2+(aq) // Fe2+(aq) / Fe(s)
Slide 17
e-
e-
anode
Salt bridge
cathode
Fe
Mg
SO42Fe2+
half cell
half reaction
redox reaction
cell notation
Mg2+
SO42-
Fe(s)/Fe2+(aq)
Mg(s)/Mg2+(aq)
Fe2+(aq) + 2e- Fe(s)
Mg(s) Mg2+(aq)+ 2e-
Mg(s) + Fe2+(aq) Mg2+(aq) + Fe(s)
Mg(s) / Mg2+(aq) // Fe2+(aq) / Fe(s)
Slide 18
เขียนรายงานการทดลอง
และทาแบบฝึ กหัด 9.3 ด้ วยนะคะ
Slide 19
แบบฝึ กหัดที่ 9.3 ข้ อ 1 (ก)
จากแผนภาพเซลล์กลั วานิกที่กาหนดให้ จงเขียนสมการแสดงปฏิกิริยาที่ข้ วั แอโนด
ขั้วแคโทด และเขียนปฏิกิริยาของเซลล์
Sn(s)|Sn2+ (aq)|| Cu2+(aq)|Cu(s)
ทีข่ ้วั แอโนด
Sn(s)
ทีข่ ้ัวแคโทด
Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)
ปฏิกริ ิยาของเซลล์
Sn2+ (aq) + 2e-
Sn(s) + Cu2+(aq) Sn2+(aq) + Cu(s)
Slide 20
แบบฝึ กหัดที่ 9.3 ข้ อ 1 (ข)
จากแผนภาพเซลล์กลั วานิกที่กาหนดให้ จงเขียนสมการแสดงปฏิกิริยาที่ข้ วั แอโนด
ขั้วแคโทด และเขียนปฏิกิริยาของเซลล์
Mg(s)|Mg2+ (aq)|| Fe3+(aq),Fe2+ (aq) |Pt (s)
ทีข่ ้วั แอโนด
Mg(s)
ทีข่ ้ัวแคโทด
Fe3+(aq) + e- Fe2+ (aq)
ปฏิกริ ิยาของเซลล์
Mg2+ (aq) + 2e-
Mg(s) + 2Fe3+(aq) Mg2+(aq) + 2Fe2+ (aq)
Slide 21
แบบฝึ กหัดที่ 9.3 ข้ อ 1 (ค)
จากแผนภาพเซลล์กลั วานิกที่กาหนดให้ จงเขียนสมการแสดงปฏิกิริยาที่ข้ วั แอโนด
ขั้วแคโทด และเขียนปฏิกิริยาของเซลล์
Zn(s)|Zn2+ (aq,1mol/dm3) || H+(aq,1 mol/dm3),H2 (g,1atm)|Pt (s)
ทีข่ ้วั แอโนด
Zn(s)
ทีข่ ้ัวแคโทด
2H+(aq) + 2e- H2 (g)
ปฏิกริ ิยาของเซลล์
Zn2+ (aq) + 2e-
Zn(s) + 2H+(aq) Zn2+(aq) + H2 (g)
Slide 22
แบบฝึ กหัดที่ 9.3 ข้ อ 1 (ง)
จากแผนภาพเซลล์กลั วานิกที่กาหนดให้ จงเขียนสมการแสดงปฏิกิริยาที่ข้ วั แอโนด
ขั้วแคโทด และเขียนปฏิกิริยาของเซลล์
Fe(s)|Fe2+ (aq)|| Cl- (aq),Cl2(g) |Pt (s)
ทีข่ ้วั แอโนด
Fe(s) Fe2+ (aq) + 2e-
ทีข่ ้ัวแคโทด
Cl2 (aq) + 2e- 2Cl- (g)
ปฏิกริ ิยาของเซลล์
Fe(s) + Cl2 (g) Fe2+(aq) + 2Cl- (aq)
Slide 23
แบบฝึ กหัดที่ 9.3 ข้ อ 1 (จ)
จากแผนภาพเซลล์กลั วานิกที่กาหนดให้ จงเขียนสมการแสดงปฏิกิริยาที่ข้ วั แอโนด
ขั้วแคโทด และเขียนปฏิกิริยาของเซลล์
Pt(s)|Sn2+ (aq),Sn4+(aq) || Cr+ (aq),Cr2+ (aq) |Pt (s)
ทีข่ ้วั แอโนด
Sn2+ (aq) Sn4+ (aq) + 2e-
ทีข่ ้ัวแคโทด
Cr2+ (aq) + e- Cr+ (g)
ปฏิกริ ิยาของเซลล์
Sn2+ (aq) + 2Cr2+ (aq) Sn4+(aq) + 2Cr+ (aq)
Slide 24
แบบฝึ กหัดที่ 9.3 ข้ อ 2 (ก)
จงเขียนแผนภาพเซลล์กลั วานิ กจากปฏิกิริยาที่กาหนดให้ต่อไปนี้
Zn(s) + Pb2+(aq) Zn2+(aq) + Pb(s)
Zn(s)|Zn2+ (aq) || Pb2+(aq)|Pb(s)
แบบฝึ กหัดที่ 9.3 ข้ อ 2 (ข)
จงเขียนแผนภาพเซลล์กลั วานิ กจากปฏิกิริยาที่กาหนดให้ต่อไปนี้
Fe(s) + Sn4+(aq) Fe2+(aq) + Sn2+ (aq)
Fe(s)|Fe2+ (aq) || Sn2+(aq),Sn4+(aq) |Pb(s)
Slide 25
แบบฝึ กหัดที่ 9.3 ข้ อ 2 (ค)
จงเขียนแผนภาพเซลล์กลั วานิ กจากปฏิกิริยาที่กาหนดให้ต่อไปนี้
H2 (g) + 2Ag+(aq) 2H+(aq) + 2Ag(s)
Pt(s)|H2(g) |H+ (aq) || Ag+(g)|Ag(s)
แบบฝึ กหัดที่ 9.3 ข้ อ 2 (ง)
จงเขียนแผนภาพเซลล์กลั วานิ กจากปฏิกิริยาที่กาหนดให้ต่อไปนี้
2Cr(s) + 3Fe2+(aq) 2Cr3+(aq) + 3Fe (s)
Cr(s)|Cr3+ (aq) || Fe2+(aq) |Fe(s)
Slide 26
แบบฝึ กหัดที่ 9.3 ข้ อ 3
เมื่อจุ่มโลหะทองแดงลงในสารละลาย AgNO3 0.1 mol/dm3 ปรากกว่าเกิดผลึกสี เงิน
เกาะที่แผ่นทองแดงและสารละลายเปลี่ยนจากไม่มีสีเป็ นสี ฟ้าอ่อน
ก. จงเขียนสมการแสดงปฏิกิริยารี ดอกซ์ที่เกิดขึ้น
ข. จงเขียนแผนภาพเซลล์กลั วานิ ก ปฏิกิริยาที่ข้ วั แอโนดและแคโทด
Cu(s) Cu2+ (aq) + 2e2 Ag+(aq)
+ 2e- 2Ag (s)
ปฏิกริ ิยารีดอกซ์ ทเี่ กิดขึน้ คือ
Cu (s) + 2Ag+(aq) Cu2+(aq) + Ag (s)
Slide 27
แบบฝึ กหัดที่ 9.3 ข้ อ 3
เมื่อจุ่มโลหะทองแดงลงในสารละลาย AgNO3 0.1 mol/dm3 ปรากกว่าเกิดผลึกสี เงิน
เกาะที่แผ่นทองแดงและสารละลายเปลี่ยนจากไม่มีสีเป็ นสี ฟ้าอ่อน
ก. จงเขียนสมการแสดงปฏิกิริยารี ดอกซ์ที่เกิดขึ้น
ข. จงเขียนแผนภาพเซลล์กลั วานิ ก ปฏิกิริยาที่ข้ วั แอโนดและแคโทด
ทีข่ ้ัวแอโนด
Cu(s) Cu2+ (aq) + 2e-
ทีข่ ้ัวแคโทด
Ag+(aq)
+ e-
Ag (s)
แผนภาพเซลล์
Cu(s)|Cu2+ (aq) || Ag+(aq)|Ag(s)
Slide 28
I
I
e
e-
-
ขั้ว ลบ
ขั้ว บวก
Salt bridge
Zn
ขั้ว anode
Cu
ขั้วcathode
SO42Zn2+
Cu2+
SO42-
Zn(s) Zn2+(aq)+ 2e-
Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)
Zn(s) / Zn2+(aq) // Cu2+(aq) / Cu(s)
กระแสไฟฟ้า ไหลจากทีท่ มี่ ศี ักย์ ไฟฟ้าสู งกว่ า ไปยังทีท่ ศี่ ักย์ไฟฟ้าต่ากว่ า
ศักย์ไฟฟ้าของขั้วไฟฟ้า (Electrode potential , E )
Ecathode >
E
Ecell = Ecathode – Eanode
Slide 29
ความต่ างศักย์ ระหว่ างแอโนดและ
แคโทดเรียกว่ า
• cell voltage
• electromotive force (emf)
• cell potential
Zn (s) | Zn2+ (1 M) || Cu2+ (1 M) | Cu (s)
Ecathode – Eanode = Ecell
E
2+
Cu/Cu
– E
Zn/Zn
2+
ครึ่งปฏิกริ ิยารีดกั ชัน
= 1.10 V
E(V)
Cu2+(s)
+ 2e- Cu(s)
ไม่ ทราบ
Zn2+(s)
+ 2e- Zn(s)
ไม่ ทราบ
Slide 30
ศักย์ ไฟฟ้ามาตรฐาน (Standard reduction potential : E0 )
เป็ นศักย์ ไฟฟ้ าทีเ่ กิดขึน้ จากปฏิกริ ิยารีดักชันทีข่ ้วั อิเล็กโทรด ที่ ความเข้ มข้ น
ของสารเป็ น 1 M และความดันแก๊สเป็ น 1 atm
Standard Hydrogen Electrode (SHE)
2H+ (1M) + 2e- H2(g,1 atm) E0 = 0.00 V
Slide 31
0 = 0.76 V
Ecell
0 -E0
E 0cell = Ecathode
anode
0 = E0+ - E0
Ecell
H /H
Zn 2+/Zn
2
0.76 V = 0 - E0zn2+ /Zn
EZn0 2+/Zn = -0.76 V
Zn (s) | Zn2+ (1 M) || H+ (1 M) | H2 (1 atm) | Pt (s)
Zn2+ (1M) + 2e- Zn(s) E0 = -0.76 V
Slide 32
0 -E0
E 0cell = Ecathode
anode
0 = 0.34 V
Ecell
0 = E 0 2+
0
Ecell
Cu /Cu – EH +/H 2
0 2+
0.34 = ECu
/Cu - 0
0 2+
ECu
/Cu = +0.34 V
Pt (s) | H2 (1 atm) | H+ (1 M) || Cu2+ (1 M) | Cu (s)
Cu2+ (1M) + 2e- Cu(s) E0 = +0.34 V
Slide 33
ศักย์ ไฟฟ้ามาตรฐาน
• E0 เป็ นค่ าเฉพาะปฏิกริ ิยาตามที่เขียน
• ค่ า E0 เป็ นเป็ นบวกมากแสดงว่ า
ปฏิกริ ิยารีดักชันนั้นเกิดได้ ง่าย
• ครึ่งปฏิกริ ิยาเหล่านีผ้ นั กลับได้
• สาหรับปฏิกริ ิยาย้ อนกลับ
ให้ กลับเครื่องหมายหน้ าค่ า E0
• เมื่อคูณสั มประสิ ทธิ์ในปฏิกริ ิยาด้ วย
ตัวเลขใดๆ ค่ า E0 ไม่ เปลีย่ น
Slide 34
การนาค่ าศักย์ ไฟฟ้ามาตรฐาน(E0)ไปใช้ ประโยชน์
1. ใช้ เปรียบเทียบความสามารถในการเป็ นตัวรีดิวซ์ หรือตัวออกซิไดซ์
ค่ า E0
ตัวออกซิไดซ์
Ag+(aq)
Cu2+(aq)
2H+(aq)
Zn2+(aq)
+ e-
+ 2e-
+ 2e-
+ 2e-
Ag(s)
Cu(s)
H2 (g)
Zn(s)
ตัวรีดวิ ซ์
E0 = +0.80 V
E0 = +0.34 V
E0 = 0.00 V
E0 = -0.76 V
Slide 35
การนาค่ าศักย์ ไฟฟ้ามาตรฐาน(E0)ไปใช้ ประโยชน์
2. ใช้ คานวณหาค่ าศักย์ ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์ (E0cell)
ตัวอย่าง นาครึ่งเซลล์ Ag(s)/Ag+(aq,1M) ต่ อกับครึ่งเซลล์ Zn(s)/Zn2+(aq, 1 M)
ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของครึ่งเซลล์นีม้ ีค่าเท่ าไร
แนวคิด
ศักย์ไฟฟ้ ามาตรฐานของครึ่ งเซลล์ Ag(s)/Ag+(aq) สูงกว่า Zn(s)/Zn 2+(aq)
ครึ่ งเซลล์ Ag(s)/Ag+(aq) เป็ นครึ่ งเซลล์รีดกั ชัน Ag ทาหน้าที่เป็ น ขั้วแคโทด
E0cell = E0cathode – E0anode
ตอบ
E0cell =
=
=
E0cell =
E Ag/Ag+ - E Zn/Zn 2+
0.80 V - (-0.76 V)
1.56 V
1.56 V
Slide 36
การนาค่ าศักย์ ไฟฟ้ามาตรฐาน(E0)ไปใช้ ประโยชน์
3. ใช้ ทานายว่ าปฏิกริ ิยารีดอกซ์ ทเี่ ขียนแสดงไว้ เกิดได้ จริงหรือไม่
และทิศทางของปฏิกริ ิยาดาเนินไปทางใด
ตัวอย่างที่ 1 เมือ่ จุ่มโลหะZn ลงในสารละลายกรดHCl จะมีเกิดฟองแก๊ส H2
แนวคิด
ปฏิกิริยาออกซิ เดชัน : Zn (s) Zn2+(aq) + 2e- Zn เป็ นขั้วแคโทด
ปฏิกิริยารี ดกั ชัน : 2H+ (aq) + 2e- H2 (g) H 2 เป็ นขั้วแอโนด
E0cell = E0cathode – E0anode
E0cell = E H2 /H+ - E Zn/Zn 2+
= 0.00 V - (-0.76 V)
= 0.76 V
ค่ า E0cell มีค่าเป็ นบวก แสดงว่ าปฏิกริ ิยาที่เขียนไว้ เกิดได้ จริง
Slide 37
การนาค่ าศักย์ ไฟฟ้ามาตรฐาน(E0)ไปใช้ ประโยชน์
3. ใช้ ทานายว่ าปฏิกริ ิยารีดอกซ์ ทเี่ ขียนแสดงไว้ เกิดได้ จริงหรือไม่
และทิศทางของปฏิกริ ิยาดาเนินไปทางใด
ตัวอย่างที่ 2 เมือ่ จุ่มโลหะ Cu ลงในสารละลายกรดHCl จะมีเกิดฟองแก๊ส H2 หรือไม่
2+(aq) + 2e- Cu เป็ นขัวแคโทด
ิ
ถ้
า
ปฏิ
ก
ร
ิ
ย
าออกซิ
เ
ดชั
น
:
Cu
(s)
Cu
้
แนวคิด
ปฏิกิริยารี ดกั ชัน : 2H+ (aq) + 2e- H2 (g) H 2 เป็ นขั้วแอโนด
E0cell = E0cathode – E0anode
E0cell = E H2 /H+ - E Cu/Cu 2+
= 0.00 V - (+0.34 V)
= -0.34 V
ค่ า E0cell มีค่าเป็ นลบ แสดงว่ าปฏิกริ ิยาที่เขียนไว้ ไม่ เกิดขึน้
นั่นคือเมือ่ จุ่มโลหะCu ลงในสารลายกรด HCl จะไม่ เกิดแก๊ ส H2
ปฏิกริ ิยาที่เกิดได้ จริง จะมีทิศทางตรงข้ ามกับทีไ่ ด้ เขียนแสดงไว้
Slide 38
0
ั ไฟฟ้ามาตรฐาน : E
ศกย์
• บอกให้ทราบแนวโน้มของขวอิ
ั้ เล็กโตรดที่
จะร ับหรือให้อเิ ล็กตรอน
0
E เป็นบวกมาก ร ับอิเล็กตรอนได้ด ี
์ แ
เป็นต ัวออกซไิ ดซท
ี่ รงมาก แต่เป็น
์ ไี่ ม่ด ี
ต ัวรีดวิ ซท
0
E เป็นลบมาก ร ับอิเล็กตรอนได้ยาก
ให้อเิ ล็กตรอนได้งา
่ ยกว่า
์ ไี่ ม่ด ี แต่เป็นต ัว
เป็นต ัวออกซไิ ดซท
์ แ
รีดวิ ซท
ี่ รง
Slide 39
แรงเคลือ
่ นไฟฟ้าของเซลล์, Ecell
Ecell = Ecathode - Eanode
ทีส
่ ภาวะมาตรฐาน
0
cell
E
0
cathode
=E
0
anode
-E
เครือ
่ งหมายของ Ecell
เป็นบวก ปฏิกริ ย
ิ าเกิดเองได้
เป็นลบ ปฏิกริ ย
ิ าเกิดเองไม่ได้
Slide 40
สมการของเนินส์ท (Nernst Equation)
ปฏิกิริยา
aA + bB
cC + dD
Ecell ศักย์ ขัว้ ไฟฟ้าของเซลล์
E0cell ศักย์ ขัว้ ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์
R ค่ าคงที่ของแก๊ ส, 8.314 J K-1 mol-1
T อุณหภูมหิ น่ วยเคลวิน (K)
n จานวน e- ที่เข้ าร่ วมในปฏิกริ ิยา
F ค่ าคงที่ของ Faraday 96500 C
E = E0 – RT ln Q
nF
Slide 41
aA + bB
cC + dD
E0 = RT ln [C]c [D]d
a
b
[A]
[B]
nF
E0 = RT 2.203 log [C]c [D]d
[A]a [B]b
nF
Slide 42
Ecell ศักย์ ขัว้ ไฟฟ้าของเซลล์
E0cell ศักย์ ขัว้ ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์
R ค่ าคงที่ของแก๊ ส, 8.314 J K-1 mol-1
T อุณหภูมิหน่ วยเคลวิน (K)
n จานวน e- ที่เข้ าร่ วมในปฏิกิริยา
F ค่ าคงที่ของ Faraday 96500 C
(2.303RT)/F = 0.059
Ecell =
0
E cell
–
0.059 log
n
c
d
[C] [D] ]
[A]a[B]b
Slide 43
ทีส
่ ภาวะสมดุล
0 = E0 – RT ln [C]c [D]d
nF
[A]a [B]b
E0 = RT ln [C]c [D]d
nF
[A]a [B]b
E0 = RT ln k
nF
Slide 44
ตัวอย่ าง จงหาศักย์ ครึ่งเซลล์ของ Cd/Cd2+(0.015 M)
กาหนดให้ E0Cd = -0.403 V
Cd2+ + 2e-
Cd
E = E0 - 0.0592 log [Cd]
n
[Cd2+]
E = -0.403 - 0.0592 log 1
2
0.015
E = -0.457 V
Slide 45
๐
ต ัวอย่าง จงคานวณค่าคงทีส
่ มดุลที่ 25 c ของปฏิกริ ย
ิ า
Zn +
จาก
Cu2+
Zn2+
+ Cu
0
E cell =
E0 = 0.0592 log k
n
1.10 = 0.0592 log k
2
k = 2 x 1037
+1.10 V
Slide 46
เซลล์ความเข้มข้น (Concentration cell)
Voltmeter
?
Cd
anode
Cd2+
Salt bridge
Cd
cathode
Cd2+
ขัว้ ไฟฟ้าที่จ่ มุ ในสารละลายเจือจาง
anode
ขัว้ ไฟฟ้าที่จ่ มุ ในสารละลายเข้ มข้ น cathode
Slide 47
เซลล์ความเข้มข้น (Concentration cell)
V
Salt bridge
Cu
Cu
SO42Cu2+
0.1 M CuSO4
SO42Cu2+
1 M CuSO4
Slide 48
Cu/CuSO4 (0.1M) // CuSO4 (1.0 M)/Cu
Anode
Cu
Cathode
Cu2+ (1.0 M) + 2e
รวม
Cu2+ (0.1 M) + 2e
Cu2+ (1.0 M)
Cu2+ (0.1 M)
E = DE0 – RT ln c1
c2
nF
E = – RT ln c1
c2
nF
Cu
Slide 49
E = – RT ln c1
c2
nF
หรือ
E = -2.303 RT log c1
c2
nF
Slide 50
เซลล์ก ัลวานิก
• เซลล์กลั วานิกแบบปฐมภูมิ
(primary galvanic cell)
- ปฏิกริ ย
ิ าไม่ผ ันกล ับ
• เซลล์กลั วานิกแบบทุติยภูมิ
(secondary galvanic cell)
- ปฏิกริ ย
ิ าผ ันกล ับได้
Slide 51
ถ่านไฟฉาย
Dry cell
Leclanché cell
Zn2+ (aq) + 2eAnode: Zn (s)
Mn2O3 (s) + 2NH3 (aq) + H2O (l)
Cathode: 2NH+4 (aq) + 2MnO2 (s) + 2eZn (s) + 2NH4 (aq) + 2MnO2 (s)
Zn2+ (aq) + 2NH3 (aq) + H2O (l) + Mn2O3 (s)
Slide 52
• มีปฏิกริ ิยาที่รักษาความเข้ มข้ นของ Zn2+ ไม่ ให้ สูงขึน้ คือ
Zn2+ + 4NH3
Zn2+ + 2H2O + 2NH3
[Zn(NH3)4]
[Zn(NH3)2(H2O)2]
Slide 53
เซลล์ ปรอท
Mercury Battery
Anode:
Cathode:
Zn(Hg) + 2OH- (aq)
HgO (s) + H2O (l) + 2eZn(Hg) + HgO (s)
ZnO (s) + H2O (l) + 2e-
Hg (l) + 2OH- (aq)
ZnO (s) + Hg (l)
Slide 54
เซลล์ เชื้อเพลิงไฮโรเจน-ออกซิเจน
fuel cell เป็ นเซลล์ไฟฟ้าเคมี
ของปฏิกริ ิยาการเผาไหม้ ซึ่งมี
การเติมรีเอเจนต์ ตลอดเวลา
เพือ่ ให้ เซลล์ทางาน
Anode:
Cathode:
2H2 (g) + 4OH- (aq)
O2 (g) + 2H2O (l) + 4e2H2 (g) + O2 (g)
4H2O (l) + 4e4OH- (aq)
2H2O (l)
Slide 55
เซลล์ สะสมไฟฟ้ าแบบตะกัว่
Lead storage
battery
Anode:
Cathode:
Pb (s) + SO2-4 (aq)
PbSO4 (s) + 2e-
PbO2 (s) + 4H+ (aq) + SO24 (aq) + 2e
Pb (s) + PbO2 (s) + 4H+ (aq) + 2SO42- (aq)
PbSO4 (s) + 2H2O (l)
2PbSO4 (s) + 2H2O (l)
Slide 56
ศึกษาเซลล์กลั วานิกอืน่ ๆ และ
ทาแบบฝึ กหัด 9.4 และ9.5 ด้ วยนะคะ