ELECTROCHEMISTRY ไฟฟ้ าเคมี เซลล์ กลั วานิก GALVANIC CELL ครู นารี รัตน์ พิริยะพันธุ์สกุล โรงเรี ยนจุฬาภรณราชวิทยาลัย เชียงราย.

download report

Transcript 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

ปฏิ




าออกซิ

ดชั

:
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



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