Electrochemistry - km.nssc.ac.th · 2.2คะแนนสมุดบันทึกระหว่างเรียน + แบบฝึกหัด จ ... 13.อธิบายหลักการท

ไฟฟาเคม(Electrochemistry)

เกณฑการวดและประเมนผลรายวชา เคม5 ว 33225

1. อตราสวนคะแนนระหวางภาค : ปลายภาค = 70 : 302. คะแนนระหวางภาค จ านวน 70 คะแนน นกเรยนตองปฏบตดงน

2.1 คะแนนสอบหลงเรยนแตละหนวยกอนกลางภาค จ านวน 10 คะแนนหลงกลางภาค จ านวน 10 คะแนน

2.2 คะแนนสมดบนทกระหวางเรยน + แบบฝกหด จ านวน 10 คะแนน2.3 คะแนนเขาหองเรยน จ านวน 10 คะแนน2.4 การปฏบตกจกรรม (กลม-ทดลอง) ในหองปฏบตการ จ านวน 10 คะแนน2.5 คะแนนสอบกลางภาค จ านวน 20 คะแนน

รวมคะแนนระหวางภาค 70 คะแนน3. การสอบปลายภาค จ านวน 30 คะแนน

เกณฑการสอบยอย1. ต ากวา 6 คะแนน สอบซอมไดไมเกน 6 คะแนน2. ถา 6 คะแนนขนไป สอบใหมไดเพ มไมเกน 1 คะแนน

การสอบกลางภาค 1. ต ากวา 12 คะแนน สอบซอมไดไมเกน 12 คะแนน2. ถา 12 คะแนนขนไป สอบใหมไดเพ มไมเกน 1 คะแนน

จดประสงคการเรยนร

1.อธบายความหมายของปฏกรยาออกซเดชน ปฏกรยารดกชน ปฏกรยารดอกซ ตวรดวซและตวออกซไดส ในดานการถายโอนอเลกตรอนและการเปลยนแปลงเลขออกซเดชนได

2.จดล าดบความสามารถในการรบอเลกตรอนของธาตหรอไอออนและเปรยบเทยบความสามารถในการเปนตวรดวซหรอตวออกซไดสได

3.ดลสมการรดอกซโดยใชเลขออกซเดชนและครงปฏกรยาได

5.เขยนแผนภาพเซลลกลวานกได

4.ตอเซลลกลวานกจากครงเซลลทก าหนดให พรอมทงบอกขวแอโนด ขวแคโทดและเขยนสมการแสดงปฏกรยาได

6.อธบายวธหาคาศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล (0E) โดยการเปรยบเทยบกบครงเซลลไฮโดรเจนมาตรฐานได


7.ใชคา 0E ของครงเซลลค านวณหาคาศกยไฟฟามาตรฐานของเซลลและท านายการเกดปฏกรยารดอกซได

8.อธบายหลกการท างานของเซลลกลวานก เซลลปฐมภม เซลลทตยภมและเซลลอเลกโทรไลตกได

9. อธบายหลกการท างานพรอมทงเขยนสมการแสดงปฏกรยาทเกดขนในถานไฟฉาย เซลลแอลคาไลน เซลลปรอท เซลลเงน เซลลเชอเพลงไฮโดรเจน-ออกซเจน เซลลเชอเพลงโพรเพน-ออกซเจน เซลลสะสมไฟฟาแบบตะกว เซลลนกเกล-แคดเมยม เซลลลเทยม-ไอออน พอลเมอรและเซลลโซเดยม-ซลเฟอรได

11.อธบายสาเหตหรอภาวะทท าใหโลหะเกดการกดกรอนพรอมทงเขยนสมการแสดงปฏกรยาได

10.อธบายหลกการของการแยกสารเคมดวยกระแสไฟฟา การชบโลหะดวยไฟฟา และการท าโลหะใหบรสทธ พรอมทงเขยนสมการแสดงปฏกรยาทเกดขนได

12.อธบายวธปองกนการกดกรอนของโลหะโดยวธอะโนไดว การรมด า วธแคโทดก การเคลอบผวดวยพลาสตก สหรอน ามน การชบโลหะได


13.อธบายหลกการท างานของแบตเตอรอเลกโทรไลตของแขง แบตเตอรอากาศ การท าอเลกโทรไดอะลซสน าทะเลได

14.ท าการทดลอง บนทกผลการทดลอง แปลความหมายขอมลและสรปผลการทดลองในเรองตอไปน- 14.1 ปฏกรยาระหวางโลหะกบสารละลายของโลหะไอออน- 14.2 การถายโอนอเลกตรอนในเซลลกลวานก- 14.3 เซลลสะสมไฟฟาแบบตะกว- 14.4 การแยกทองแดงไอออน (Cu2+) ออกจากสารละลาย CuSO4 ดวยไฟฟา- 14.5 การชบตะปดวยสงกะส- 14.6 การปองกนการกดกรอนของเหลก

ไฟฟาเคม (Electrochemistry)

ปฏกรยารดอกซ (Redox Reaction)

การดลสมการรดอกซ

เซลลไฟฟาเคม

ความกาวหนาทางเทคโนโลยทเกยวของกบเซลลไฟฟาเคม

เลขออกซเดชน (Oxidation Number)

Oxidation Number : ตวเลขทแสดงคาประจไฟฟาของอะตอม หรอไอออนของธาต

หลกการพจารณาเลขออกซชน

1.ธาตอสระ มเลขออกซเดชน เทากบ 0 EX. He , Na , O2 , CI2 , S8

2.ธาตหม 1A,2A,3A ในสารประกอบมเลขออกซเดชนเทากบ +1 , +2 , +3 ตามล าดบ

3.ไฮโดรเจนมเลขออกซเดชนเปน +1 ถาเปนพนธะโคเวเลนต , -1 ถาเปนพนธะไอออนก

4.ไอออนมเลขออกซเดชนเทากบประจของไอออนนนๆ EX. Na+1 = +1 , Mg2+ = +2

5.ฟลออรนมเลขออกซเดชนเปน -1 เสมอ

6.เลขออกซเดชนของสารประกอบใดๆกตาม รวมกนจะมคาเทากบ 0

หลกการพจารณาเลขออกซชน

7.ออกซเจน มเลขออกซเดชนเปน -2 ในสารประกอบทวไป EX. H2O , NaOHมเลขออกซเดชนเปน -1 ในสารประกอบเปอรออกไซด EX. H2O2 , Na2O2

มเลขออกซเดชนเปน +2 ใน OF2

8.สารประกอบใดๆกตาม ธาตทมคา EN สงกวาจะแสดงประจลบ

9.ไอออนชนดเดยวกนจะมประจเทากน SO42- , SO3

2- , PO43- , PO3

3- ,CIO- , CIO2- ,

CIO3- , CIO4

- , NO3- , NO2

- , CN- , SCN-

10.เลขออกซเดชนจะมคาเปนจ านวนเตมบวก จ านวนเตมลบ หรอเศษสวนกได

11.ผลรวมทางพชคณตของเลขออกซเดชนทกตว เทากบ ประจของสารประกอบ

การหาเลขออกซเดชน

1. หาเลขออกซเดชนของ Cr ใน - K2CrO4

- Na2Cr2O7

2. หาเลขออกซเดชนของ Mn ใน MnO42-

KMnO4 HClO3 H3PO4

CrO42- HClO4

จงหาเลขออกซเดชนของธาตทขดเสนใต

การทดลอง 9.1 ปฏกรยาระหวางโลหะกบสารละลายของโลหะไอออน

จดประสงคการทดลอง1.เพอศกษาปฏกรยาระหวางโลหะกบไอออนในสารละลายได2.เพออธบายการถายโอนอเลกตรอนระหวางโลหะกบโลหะไอออนในปฏกรยา พรอมทงเขยนสมการแสดงการถายโอนอเลกตรอนได

สารเคม1.สารละลาย CuSO4 1.0 mol/dm3

2.สารละลาย ZnSO4 1.0 mol/dm3

3.Zn ขนาด 0.5 cm x 7 cm4.Cu ขนาด 0.5 cm x 7 cm

อปกรณ1.บกเกอร ขนาด 50 cm3

2.กระบอกตวง ขนาด 25 cm3

3.กระดาษทราย ขนาด 3 cm x 3 cm

9.1 ปฏกรยารดอกซ (Redox Reaction)

วธการทดลอง1.ใสสารละลาย CuSO4 1.0 mol/dm3

ลงในบกเกอร 2 ใบ ใบละ 25 cm3

สงเกตสสารละลาย

2.จม Zn ลงในบกเกอรใบท 1จม Cu ลงในบกเกอรใบท 2

*สงเกตชนโลหะและสารละลาย

บนทกผล

3.ใสสารละลาย ZnSO4 1.0 mol/dm3

ลงในบกเกอร 2 ใบ ใบละ 25 cm3

สงเกตสสารละลาย

3.จม Zn ลงในบกเกอรใบท 3จม Cu ลงในบกเกอรใบท 4

*สงเกตชนโลหะและสารละลาย

บนทกผล

ZnSO4 1 M

ระบบททดสอบ การเปลยนแปลงทสงเกตได

ชนโลหะ สารละลาย

Zn ใน CuSO4

Cu ใน CuSO4

Zn ใน ZnSO4

Cu ใน ZnSO4

ตารางบนทกผลการทดลอง

ระบบททดสอบ การเปลยนแปลงทสงเกตได

ชนโลหะ สารละลาย

Zn ใน CuSO4 มสารสน าตาลแดงเกาะบนสงกะสสวนทจมอยในสารละลาย เมอเขยสารสน าตาลแดงออก สงกะสมลกษณะขรขระ

สารละลายสฟาจางลงเมอตงไวเปนเวลานานขน สารละลายจะมสจางลงมาก จนไมมส

Cu ใน CuSO4 ไมเหนการเปลยนแปลง ไมเหนการเปลยนแปลง

Zn ใน ZnSO4 ไมเหนการเปลยนแปลง ไมเหนการเปลยนแปลง

Cu ใน ZnSO4 ไมเหนการเปลยนแปลง ไมเหนการเปลยนแปลง

บนทกผลการทดลอง

CuSO4 (aq) มสฟาในสารละลายม Cu2+

ZnSO4 (aq) ไมมสในสารละลายม Zn2+

จม Zn (s) ลงใน Cu2+ (aq)มสารสน าตาลแดงมาเกาะทแผนโลหะ Zn(s) เมอใชแทงแกวเขยใหสารสน าตาลแดงหลด

ออก พบวาผวโลหะ Zn (s) สกกรอนและบางลง: ปฏกรยาทเกดขน เปนปฏกรยาการถายโอนอเลกตรอน ระหวางโลหะ Zn (s) กบ Cu2+ (aq)

โลหะ Zn (s) ใหอเลกตรอนแลวเกดเปน Zn2+ (aq) อยในสารละลาย

Zn (s) Zn2+(aq) + 2e- 1

· สารสน าตาลแดงทอยบนผวโลหะ Zn(s) คอ โลหะ Cu(s)เกดจาก Cu2+ (aq) ในสารละลายรบอเลกตรอนจากโลหะ Zn(s)

· ถาแชโลหะ Zn(s) ในสารละลาย CuSO4 นานขน สารละลายสฟาจะจางลง แสดงวา ปรมาณ Cu2+

ในสารละลายลดลง

Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) 2

Zn (s) Zn2+(aq) + 2e- ------ 1Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) ------ 2

ทง 2 สมการ เปนปฏกรยาทสารมการถายโอนอเลกตรอนโดย โลหะ Zn (s) ใหอเลกตรอน และ Cu2+ (aq) ในสารละลายรบอเลกตรอน

และในปฏกรยามการเปลยนแปลงเลขออกซเดชนของสารตงตนและผลตภณฑ- ปฏกรยาทสารใหอเลกตรอน แลวมเลขออกซเดชนเพมขน เรยกวา ปฏกรยาออกซเดชน- ปฏกรยาทสารรบอเลกตรอน แลวมเลขออกซเดชนลดลง เรยกวา ปฏกรยารดกชน

ปฏกรยาออกซเดชนและปฏกรยารดกชน เปนครงปฏกรยา เมอรวมปฏกรยาทงสองเขาดวยกน จะไดปฏกรยาทเรยกวา ปฏกรยารดอกซ (Redox Reaction)

Oxidation : Zn (s) Zn2+(aq) + 2e-

Reduction : Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)Redox : Zn (s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s)

สวนการทดลองจม Cu ลงในสารละลาย Zn2+ แลวไมเกดปฏกรยาแสดงวา ความสามารถในการใหอเลกตรอนของ Cu (s) < Zn (s)

แต ความสามารถในการรบอเลกตรอนของ Cu2+ (aq) > Zn2+ (aq)สามารถน าไปสการจดล าดบความสามารถในการใหและรบอเลกตรอนของโลหะและโลหะไอออน

แสดงวา มการถายโอนอเลกตรอนระหวาง Zn กบ Cu2+ หลงจากเกดปฏกรยาแลวในสารละลายจะม Zn2+ (aq) เพมขน สวน Cu2+ (aq) ลดลงเปนผลใหสฟาของสารละลายจางลง

สรปผลการทดลอง

1.สารละลาย CuSO4 สฟา สวนสารละลาย ZnSO4 ไมมส

ในสารละลายจะมโลหะไอออนคอ Cu2+ และ Zn2+ ตามล าดบ

2.ระบบทเกดปฏกรยา คอ Zn จมอยในสารละลาย Cu2+ และม Cu และ Zn2+ เกดขน

แสดงวามการถายโอนอเลกตรอนระหวางโลหะ Zn กบ โลหะไอออน Cu2+

หลงจากเกดปฏกรยาแลวในสารละลายจะม Zn2+ (aq) เพมขน และ Cu2+ (aq) ลดลง

เปนผลใหสฟาของสารละลายจางลง

ไฟฟาเคม (Electrochemistry)

การเปลยนแปลงทางเคมท าใหเกดพลงงานไฟฟา

การใชพลงงานไฟฟาท าใหเกดการเปลยนแปลงทางเคม

ปฏกรยาไฟฟาเคม (Electrochemical reaction)

เปนปฏกรยาทเกยวกบการถายโอนอเลกตรอน โดยเปลยนแปลงพลงงานเคมเปนไฟฟา หรอใหกระแสไฟฟาแลวท าใหเกดปฏกรยาเคม

ปฏกรยาทมการถายโอนอเลกตรอน เรยกวา ปฏกรยารดอกซ

(Redox reaction)

ปฏกรยาทไมมการถายโอนอเลกตรอน เรยกวา ปฏกรยานอนรดอกซ

(Non-redox reaction)

ปฏกรยาทมการใหและรบอเลกตรอน

มการเปลยนแปลงเลขออกซเดชน

มตวรดวซและตวออกซไดส

ประกอบดวย 2 ครงปฏกรยา- ปฏกรยาออกซเดชน (Oxidation Reaction )- ปฏกรยารดกชน (Reduction reaction)

ปฏกรยาทไมมการใหและรบอเลกตรอน

ไมมการเปลยนแปลงเลขออกซเดชน

Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s)

AgNO3(aq) + KCl(aq) → AgCl(s) + KNO3(aq)

ปฏกรยารดอกซ (Redox reaction)

ปฏกรยาออกซเดชน(Oxidation Reaction)

ปฏกรยารดกชน(Redox reaction)

ปฏกรยาทมการถายเท (ให-รบ) อเลกตรอน เกดขนพรอมกน ท าใหเกดการเปลยนแปลงเลขออกซเดชนของสาร โดยสามารถแยกเปนปฏกรยายอยได 2 ปฏกรยา เรยกวา ครงปฏกรยา

ปฏกรยาทมการใหอเลกตรอนของสาร

เลขออกซเดชนของสารจะเพมขน

สารทใหอเลกตรอน “ตวรดวซ”(Reducing agent)

ปฏกรยาทมการรบอเลกตรอนของสาร

เลขออกซเดชนของสารจะลดลง

สารทรบอเลกตรอน “ตวออกซไดส”(Oxidizing agent)

Redox = Oxidation + Reduction

ตวรดวซ (Reducing agent) ตวออกซไดส (Oxidizing agent)

สารทใหอเลกตรอนแกสารอน สารทรบอเลกตรอนจากสารอน

สารทมคาเลขออกซเดชนเพมขน สารทมคาเลขออกซเดชนลดลง

เปนตวถกออกซไดส เปนตวถกรดวซ

สารทเกดปฏกรยาออกซเดชน สารทเกดปฏกรยารดกชน

Note!ตวรดวซ = ถกออกซไดส = oxidation reaction = ให e- = O.N. เพมขนตวออกซไดส = ถกรดวซ = reduction reaction = รบ e- = O.N. ลดลง

ความสามารถในการใหและรบอเลกตรอนของโลหะ

ไอออนของโลหะแตละชนด มความสามารถในการใหและรบอเลกตรอนในสารละลายตางกน

ทดลองจมแผนโลหะ Zn , Cu และ Ag ลงในสารละลาย CuSO4 , AgNO3 , ZnSO4

Ag

AgNO3 CuSO4 ZnSO4


1.จม Ag(s) ใน CuSO4 2.จม Cu(s) ใน AgNO3 3.จม Cu(s) ใน ZnSO4 4.จม Zn(s) ใน CuSO4


1.จม Ag(s) ใน CuSO4 2.จม Cu(s) ใน AgNO3 3.จม Cu(s) ใน ZnSO4 4.จม Zn(s) ใน CuSO4

ไมเปลยนแปลง มสารสเทาด ามาเกาะทแผนทองแดง

ไมเปลยนแปลง มสารสตาลแดงมาเกาะทแผนสงกะส


1.จม Ag(s) ใน CuSO4 ไมเปลยนแปลง

Ag(s) + Cu2+(aq) ไมเกดปฏกรยาแสดงวา Cu2+ ไมสามารถรบอเลกตรอนจาก Ag(s) ได

2.จม Cu(s) ใน AgNO3มสารสเทาด ามาเกาะ

ทแผนทองแดง

Cu(s) + Ag+(aq) Cu2+(aq) + Ag (s)แสดงวา Ag+ สามารถรบอเลกตรอนจาก Cu(s) ได

Cu(s) Cu2+(aq) + 2e-

Ag+ (aq) + 2e- Ag(s)แสดงวา Ag+ รบอเลกตรอนไดดกวา Cu2+


ไมเปลยนแปลง

Cu(s) + Zn2+(aq) ไมเกดปฏกรยาแสดงวา Zn2+ ไมสามารถรบอเลกตรอนจาก Cu(s) ได

Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu (s)แสดงวา Cu2+ สามารถรบอเลกตรอนจาก Zn(s) ได

Zn(s) Zn2+(aq) + 2e-

Cu2+ (aq) + 2e- Cu(s)แสดงวา Cu2+ รบอเลกตรอนไดดกวา Zn2+

3.จม Cu(s) ใน ZnSO4

4.จม Zn(s) ใน CuSO4มสารสตาลแดงมาเกาะ

ทแผนสงกะส


จากผลการทดลอง สรปความสามารถในการรบอเลกตรอนAg+ > Cu2+ > Zn2+

ถาจมแผน Zn ลงในสารละลาย Ag+ จะเกดปฏกรยาหรอไม ?

ถาจมแผน Ag ลงในสารละลาย Zn2+ จะเกดปฏกรยาหรอไม ?

สรปความสามารถในการใหอเลกตรอนZn > Cu > Ag

In order to keep track of what loses electrons and what gains them

, we assign oxidation numbers.

© A species is oxidized when it loses electrons.

– Here, zinc loses two electrons to go from

neutral zinc metal to the Zn2+ ion.

© A species is reduced when it gains electrons.

– Here, each of the H+ gains an electron and they

combine to form H2.

© What is reduced is the oxidizing agent.

– H+ oxidizes Zn by taking electrons from it.

© What is oxidized is the reducing agent.

– Zn reduces H+ by giving it electrons.

พจารณาปฏกรยาตอไปนปฏกรยา……………………………….

1. 2H2 (g) + O2 (g) → 2H2O(l)ปฏกรยา…………………………………….

Reducing agent : …………………………………………………..Oxidizing agent : ……………………………………………………

ปฏกรยา ……………………………….

2. AsH3 + KCIO3 H3AsO4 + KCIปฏกรยา ……………………………

Reducing agent : …………………………………………………..Oxidizing agent : …………………………………………………..

พจารณาปฏกรยาตอไปนปฏกรยา……………………………….

3. KCIO3 + Na2SnO2 → KCI + Na2SnO3ปฏกรยา…………………………………….

Reducing agent : …………………………………………………..Oxidizing agent : ……………………………………………………

ปฏกรยา ……………………………….

4. CuO + NH3 Cu + H2O + N2

ปฏกรยา ……………………………Reducing agent : …………………………………………………..Oxidizing agent : …………………………………………………..

Oxidation Reaction : Sn2+ Sn4+ + 2e-

Reduction Reaction : Fe3+ + e- Fe2+

Redox Reaction :========================================

• ปฏกรยา oxidation และ reduction เกดขนพรอมกน แตสามารถพจารณากระบวนการแยกกน เรยกแตละกระบวนการ วา “ครงปฏกรยา” (Half Reaction)• ในแตละครงปฏกรยาจะมอเลกตรอนเขามาเกยวของดวย• เมอรวมสองครงปฏกรยาจะไดปฏกรยารวม เรยกวา “ปฏกรยารดอกซ” (Redox Reaction)และจ านวนอเลกตรอนจะตองดล ไมมอเลกตรอนปรากฏในสมการสทธ

ครงปฏกรยา (Half Reaction)

การพจารณาวาเปนปฏกรยารดอกซหรอไม

มธาตอสระ ไมมธาตอสระ

Redox พจารณาเลขออกซดนของธาต(ถาสมการมธาตทรานซชน ใหพจารณากอน)

เลขออกซเดชนเปลยน

พจารณาธาตอสระในสมการ

เลขออกซเดชนไมเปลยน

Redox Non-Redox

ปฏกรยาทเปนรดอกซแนนอน1. ปฏกรยาทมธาตอสระปรากฏอยในสมการ2. ปฏกรยาทไอออนของธาตชนดเดยวกนมประจเปลยนไป

เชน Sn2+ (aq) + 2Fe3+ (aq) → Sn4+ (aq) + 2Fe2+ (aq)3. ปฏกรยาทมการถายเทอะตอมของธาต

เชน CO(g) + NO2(g) → CO2(g) + NO(g)4.ปฏกรยาการสนดาป ปฏกรยาการสงเคราะหแสงของพช การสกกรอนของโลหะ

ปฏกรยาทไมเปนรดอกซ1. การละลายน าหรอแตกตวในน าของกรด เบส และเกลอ

เชน HCl(aq) → H+ (aq) + Cl− (aq)2. ปฏกรยาสะเทนระหวางกรดกบเบส (กรด + เบส → เกลอ + น า)

เชน HCI(aq) + NaOH(aq) → NaCI(s) + H2O (l)3. ปฏกรยาระหวางสารละลายของสารประกอบไอออนก 2 ชนด แลวเกดตะกอน

เชน AgNO3 (aq) + KCl(aq) → AgCl(s) + KNO3 (aq)

แบบฝกหด 9.1 หนา 7

9.2 ดลสมการรดอกซ

การดลสมการรดอกซ

1.การดลสมการรดอกซโดยใชเลขออกซเดชน (The Oxidation Number Change Method)

2. การดลสมการรดอกซโดยครงปฏกรยา (Half reaction Method)

จ านวนอะตอมของแตละธาต และ ผลรวมประจไฟฟาของสาร เทากน

การดลสมการรดอกซอยางงาย เชน 2Ca (s) + O2(g) 2CaO(s)

แตปฏกรยาทมความซบซอน เชน Cl2(aq) + OH-(aq) Cl-(aq) + ClO3

-(aq) + H2O(l)ตองดลทงระบบ สามารถดลสมการได 2 วธ คอ

1.การดลสมการรดอกซโดยใชเลขออกซเดชน(The Oxidation Number Change Method)

การดลสมการของปฏกรยารดอกซ เปนการท าจ านวนอะตอมของแตละธาตและผลรวมประจไฟฟาของสารตงตนและผลตภณฑเทากน เลขออกซเดชนทเปลยนแปลงเทากน จ านวนอเลกตรอนทใหและรบเทากน แตถาเปนสมการไอออนกตองท าคาประจรวมทางซาย และทางขวาใหเทากนดวย

หลกการดลสมการรดอกซโดยใชเลขออกซเดชน

ขนท 1 เขยนสมการ หาเลขออกซเดชนของแตละอะตอมในปฏกรยา เพอระบตวรดวซและตวออกซไดส

ข นท 2 ดลจ านวนอะตอมของตวรดวซและตวออกซไดส และหาการเปลยนแปลงของเลขออกซเดชน

ขนท 3 ท าใหเลขออกซเดชนทเพมขนและลดลงใหเทากน ดวยการคณไขวสลบคาเลขออกซเดชนทเพมและลดนน

ขนท 4 ดลจ านวนอะตอมของธาตทไมมการเปลยนแปลงเลขออกซเดชน โดยเรมจากสารโมเลกลใหญ

ขนท 5 ตรวจสอบจ านวนอะตอมของแตละธาตและผลรวมประจไฟฟาของสารตงตนและผลตภณฑใหเทากน

- ขาด O เตม H2O - ขาด H เตม H+ - ขาดประจ เตม e-

ตวอยาง การดลสมการรดอกซโดยใชเลขออกซเดชน

Al(s) + Zn2+(aq) Al3+(aq) + Zn (s)


Al(s) + Zn2+(aq) Al3+(aq) + Zn (s)

เมอจมโลหะ Al ลงในสารละลายทม Zn2+ พบวาโลหะ Al สวนทจมอยในสารละลายกรอนไป จงเขยนสมการแสดงปฏกรยา และดลสมการ Al

Zn2+

เลขออกซเดชน 0 +2 +3 0

ตวรดวซ

ตวออกซไดส

ขนท 2 ดลจ านวนอะตอมของตวรดวซและตวออกซไดส และหาการเปลยนแปลงของเลขออกซเดชน

Al(s) + Zn2+(aq) Al3+(aq) + Zn (s)เลขออกซเดชน 0 +2 +3 0

ตวรดวซ เลขออกซเดชนเพมขน 3

ตวออกซไดส เลขออกซเดชนลดลง 2

2Al(s) + 3Zn2+(aq) 2Al3+(aq) + 3Zn (s)เลขออกซเดชน 0 +2 +3 0

เพมขน ( 2 ) x 3 = 6

ลดลง (3) x 2 = 6

ในทนเทากบ 6 โดยเตม 2 หนา Al และ Al3+ (Al จ านวน 1 อะตอม เลขออกซเดชนเพมขน 3 ) เตม 3 หนา Zn2+กบ Zn ( Zn2+ จ านวน 1 โมลไอออน เลขออกซเดชนลดลง 2 )




2 Al(s) + 3Zn2+(aq) 2Al3+(aq) + 3Zn (s)ประจไฟฟา 0 3(+2) 2(+3) 0

ผลรวมประจไฟฟา 6+ 6+

จ านวนอะตอมของแตละธาตและผลรวมประจไฟฟาของสารตงตนกบผลตภณฑเทากน

สมการรดอกซนดลแลว

EX.1 Cr2O72-(aq) + H+(aq) + H2S(aq) Cr3+(aq) + H2O (l) + S(s)

จงดลสมการรดอกซโดยใชเลขออกซเดชน


Cr2O72-(aq) + H+(aq) + H2S(aq) Cr3+(aq) + H2O (l) + S(s)

ขนท 2 ดลจ านวนอะตอมของตวรดวซและตวออกซไดส และหาการเปลยนแปลงของเลขออกซเดชน







EX.2 Zn(s) + KMnO4(aq) + H2SO4(aq) ZnSO4(aq) + MnSO4(aq) + K2SO4(aq) + H2O(l)

EX.3 MnO2(s) + KBr(aq) + H2SO4(aq) MnSO4(aq) + K2SO4(aq) + H2O(l) + Br2(l)

EX.4 Cr2O3 + Na2CO3 + KNO3 Na2CrO4 + CO2 + KNO2

EX.5 Cr3+ + CIO3- + OH- CrO4

2- + CI- + H2O

2. การดลสมการรดอกซโดยครงปฏกรยา (Half reaction Method)

การดลสมการรดอกซโดยครงปฏกรยา หรอวธการไอออน-อเลกตรอน (Ion-Electron Method) มหลกการส าคญ คอ

แยกสมการออกเปนครงปฏกรยาออกซเดชนและครงปฏกรยารดกชน แลวดลจ านวนอะตอมและประจไฟฟาของสารในแตละครงปฏกรยาใหเทากน แลวรวมสองครงปฏกรยาเขาดวยกนและตดสารทเหมอนกนออกทงสองดาน

**พจารณาวาปฏกรยาทก าหนดใหเกดขนในสารละลายกรดหรอสารละลายเบส

หลกการดลสมการรดอกซโดยใชเลขออกซเดชน

ขนท 1 เขยนสมการ หาเลขออกซเดชนของแตละอะตอมในปฏกรยา

ขนท 2 แยกสมการออกเปนครงปฏกรยาออกซเดชนและครงปฏกรยารดกชน

ขนท 3 ดลจ านวนอะตอมของแตละธาตและผลรวมประจไฟฟาในแตละครงปฏกรยา

- ดลจ านวนอะตอม O โดยการเตม H2O

- ดลจ านวนอะตอมของแตละธาต ยกเวน O และ H

- ดลจ านวนอะตอม H โดยการเตม H+

- ดลจ านวนประจไฟฟา โดยการเตม อเลกตรอน

ขนท 5 ในสารละลายเบส เตม OH- ทง 2 ขางของสมการ เพอใหเกดเปนน า

ขนท 4 ท าจ านวนอเลกตรอนในครงปฏกรยาออกซเดชนและรดกชนใหเทากน แลวรวมครงปฏกรยาทง 2

ขนท 6 ตรวจสอบจ านวนอะตอมของแตละธาตและผลรวมประจไฟฟาใหเทากน

Cr2O72-(aq) + I-(aq) Cr3+(aq) + I2 (s)

ตวอยาง การดลสมการรดอกซโดยใชครงปฏกรยา


Cr2O72-(aq) + I-(aq) Cr3+(aq) + I2 (s)

เลขออกซเดชน +6 -1 +3 0

O.N. ลดลง 3

O.N. เพมขน 1


Oxidation Reaction

Reduction Reaction Cr2O72-(aq) Cr3+(aq)

I-(aq) I2 (s)


ดลจ านวนอะตอม O โดยการเตม H2O

ดลจ านวนอะตอม H โดยการเตม H+

ดลจ านวนประจไฟฟา โดยการเตมอเลกตรอน

Oxidation Reaction

2I-(aq) I2 (s)ดลจ านวนอะตอมของธาต ยกเวน O และ H

I-(aq) I2 (s)

2I-(aq) I2 (s)2I-(aq) I2 (s)

2I-(aq) I2 (s) + 2e-

Reduction Reaction Cr2O72-(aq) Cr3+(aq)

ดลจ านวนอะตอมของธาต ยกเวน O และ H




Cr2O72-(aq) 2Cr3+(aq)

Cr2O72-(aq) 2Cr3+(aq) +7H2O

Cr2O72-(aq)+14H+ 2Cr3+(aq) +7H2O

Cr2O72-(aq)+14H+ +6e- 2Cr3+(aq) +7H2O


2I-(aq) I2 (s) + 2e-Oxidation Reaction

Reduction Reaction Cr2O72-(aq)+14H+ +6e- 2Cr3+(aq) +7H2O

Oxidation Reaction x3 6I-(aq) 3I2 (s) + 6e-

Reduction Reaction Cr2O72-(aq)+14H+ +6e- 2Cr3+(aq) +7H2O

Redox Reaction 6I-(aq) +Cr2O72-(aq)+14H+ 3I2 (s) +2Cr3+(aq) +7H2O


ข นท 6 ตรวจสอบจ านวนอะตอมของแตละธาตและผลรวมประจไฟฟาใหเทากน

MnO4-(aq) + I-(aq) MnO2(s) + I2(aq) + OH-(aq)

ตวอยาง การดลสมการรดอกซโดยใชครงปฏกรยา


MnO4-(aq) + I-(aq) MnO2(s) + I2(aq) + OH-(aq)

เลขออกซเดชน +7 -1 +4 0

O.N. ลดลง 3

O.N. เพมขน 1


Oxidation Reaction

Reduction Reaction





Oxidation Reaction

2I-(aq) I2 (s)ดลจ านวนอะตอมของธาต ยกเวน O และ H

I-(aq) I2 (s)

2I-(aq) I2 (s)2I-(aq) I2 (s)

2I-(aq) I2 (s) + 2e-

I-(aq) I2(aq)

MnO4-(aq) MnO2(s)

MnO4-(aq) +4H+ +3e- MnO2(s) +2H2O

Reduction Reaction

ดลจ านวนอะตอมของธาต ยกเวน O และ H




MnO4-(aq) MnO2(s)

MnO4-(aq) MnO2(s)

MnO4-(aq) MnO2(s) +2H2O

MnO4-(aq) + 4H+ MnO2(s) +2H2O

6I-(aq) + 2MnO4-(aq) +8H+ 3I2 (s) + 2MnO2(s) +4H2O +OH-(aq)

2MnO4-(aq) +8H+ +6e- 2MnO2(s) +4H2O

MnO4-(aq) +4H+ +3e- MnO2(s) +2H2O


2I-(aq) I2 (s) + 2e-Oxidation Reaction

Reduction Reaction

Oxidation Reaction x3 6I-(aq) 3I2 (s) + 6e-

Reduction Reaction

Redox Reaction

x2


6I-(aq) + 2MnO4-(aq) +8H+ +8OH- 3I2 (s) + 2MnO2(s) +4H2O +8OH-(aq)

6I-(aq) + 2MnO4-(aq) +8H2O 3I2 (s) + 2MnO2(s) +4H2O +8OH-(aq)

6I-(aq) + 2MnO4-(aq) +4H2O 3I2 (s) + 2MnO2(s) +8OH-(aq)

ขนท 6 ตรวจสอบจ านวนอะตอมของแตละธาตและผลรวมประจไฟฟาใหเทากน

6I-(aq) + 2MnO4-(aq) +4H2O 3I2 (s) + 2MnO2(s) +8OH-(aq)

จงดลสมการรดอกซโดยใชครงปฏกรยา

EX.1 Fe2+(aq) + MnO4-(aq) + H+ Fe3+(aq) + Mn2+(aq) +H2O(l)

EX.2 H+(aq) + MnO4-(aq) + C2O4

2- Mn2+(aq) +H2O(l) + CO2(g)

EX.3 AI + NO2- + H2O +OH- NH3 + Al(OH)4-


In spontaneous

oxidation-reduction (redox)

reactions, electrons are

transferred and energy is

released.

9.3 เซลลไฟฟาเคม (Electrochemical Cell)

Cell with liquid junctionCell without

liquid junction

เซลลไฟฟาเคม(Electrochemical Cell)


ขวไฟฟา (Electrode) อเลกโทรไลต (Electrolyte)

มอยางนอย 2 ขว – ขวจาย e- (Anode)- ขวรบ e- (Cathode)

ท าจากวสดทยอมใหe-/กระแสไฟฟาผานได

สารทน าไฟฟาได โดยอาศยการเคลอนทของ ion

สวนใหญเปนสารละลายไอออนกทละลายน า

สะพานเกลอ (Sali Bridge)

สะพานไอออน มหนาท รกษาสมดลไอออนบวกและไอออนลบ

Anode : ไอออนบวกจะละลายลงในสารละลายเพมมากขน

Cathode : ไอออนบวกจากสารละลายรบ e- เกาะทขว ไอออนลบเพมขน

ความไมสมดลของไอออนมมากขน ท าให e- ไมสามารถเคลอนทได อาศย สะพานเกลอ ชวยรกษาสมดลไดโดย- ไอออนบวกจากสะพานเกลอจะเคลอนทไปยงครงเซลลทมไอออนลบมาก- ไอออนลบจากสะพานเกลอจะเคลอนทไปยงครงเซลลทมไอออนบวกมาก


เครองมออปกรณทางเคมทเกดจากการเปลยนแปลงพลงงานเคมเปนไฟฟา หรอไฟฟาเปนเคม

พลงงานเคม

(ปฏกรยาเคม)

พลงงานไฟฟา

(กระแสไฟฟา)

Galvanic cell

Electrolytic cell


เซลลกลวานก (Galvanic cell)

เซลลอเลกโทรไลต (Electrolytic cell)

การทดลอง 9.2 การถายโอนอเลกตรอนในเซลลกลวานก

จดประสงคการทดลอง1.เพอศกษาการถายโอนอเลกตรอน

ในเซลลกลวานกได2.เพออธบายทศทางการถายโอน

อเลกตรอนในเซลลกลวานกได3.เพออธบายไดวาครงเซลลใด

เกดปฏกรยาออกซเดชนหรอรดกชน4.เพออธบายหนาทของสะพานเกลอได


อปกรณ1.บกเกอร ขนาด 50 cm3

2.กระบอกตวง ขนาด 25 cm3

3.กระดาษกรอง ขนาด 1 cm x 8 cm4.โวลตมเตอร 5.หลลอดไฟ

สารเคม1.สารละลาย CuSO4 1.0 mol/dm3

2.สารละลาย ZnSO4 1.0 mol/dm3

3.สารละลาย KNO3

4.Zn ขนาด 0.5 cm x 0.5 cm5.Cu ขนาด 0.5 cm x 0.5 cm

วธการทดลอง

1.จมแผน Cu ลงในสารละลายCuSO4 1.0 mol/dm3 ปรมาตร 20 cm3

จมแผน Zn ลงในสารละลายZnSO4 1.0 mol/dm3 ปรมาตร 20 cm3

2.น าบกเกอรทมโลหะจมอยในสารละลายมาวางชดกน ใชสะพานเกลอ วางพาดบกเกอรทงสองให

ปลายกระดาษจมในสารละลายของแตละบกเกอร

3.ตอแผน Cu และ แผน Zn เขากบโวลตมเตอร

*สงเกตทศทางการเบนเขมโวลตมเตอร อานคาความตางศกย

4.สลบขวโวลตมเตอร*สงเกตทศทางการเบนเขมโวลตมเตอร

อานคาความตางศกย

5.ใชหลอดไฟขนาด 1.0 V มาตอกบขวทองแดงและขวสงกะสแทนโวลตมเตอร สงเกตการเปลยนแปลง

6.ท าการทดลองเชนเดยวกน แตใชครงเซลลใหม

และเปลยนสะพานเกลอทกครง

กระดาษกรองชบสารละลายอมตว KNO3

Cu(s)ICu2+(aq) กบ Mg(s)IMg2+(aq)

Zn(s)IZn2+(aq) กบ Mg(s)IMg2+(aq)

Cu(s)ICu2+(aq) กบ Fe(s)IFe2+(aq)

Zn(s)IZn2+(aq) กบ Fe(s)IFe2+(aq)

Fe(s)IFe2+(aq) กบ Mg(s)IMg2+(aq)

1.00 M ZnSO4(aq) 1.00 M CuSO4(aq)

ครงเซลลทน ามาตอกน ขวโลหะทเขมของ

โวลตมเตอรเบนเขาหา

ความตางศกย(V)

Cu(s)ICu2+(aq) กบ Zn(s)IZn2+(aq)



Cu(s)ICu2+(aq) กบ Fe(s)IFe2+(aq)Zn(s)IZn2+(aq) กบ Fe(s)IFe2+(aq)Fe(s)IFe2+(aq) กบ Mg(s)IMg2+(aq)

ตารางบนทกผลการทดลอง

ครงเซลลทน ามาตอกน ขวโลหะทเขมของ

โวลตมเตอรเบนเขาหา

ความตางศกย(V)

Cu(s)ICu2+(aq) กบ Zn(s)IZn2+(aq)



Cu(s)ICu2+(aq) กบ Fe(s)IFe2+(aq)Zn(s)IZn2+(aq) กบ Fe(s)IFe2+(aq)Fe(s)IFe2+(aq) กบ Mg(s)IMg2+(aq)

บนทกผลการทดลอง

Salt bridge

Zn2+ + SO42- Cu2+ + SO4

2-

Zn(s)

Anode (-)

Cu(s)

Cathode (+)

2e-

Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)

Net: Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s)

1. เมอตอเซลลกลวานกครบวงจรแลวเขมของโวลตมเตอรเบนไปจากขดศนยแสดงวาเกดการถายโอนอเลกตรอนและมกระแสไฟฟาเกดขน

2. เมอตอครงเซลล Cu(s)ICu2+(aq) กบ ครงเซลล Zn(s)IZn2+(aq) ใหครบวงจร พบวาเขมของโวลตมเตอรเบนเขาหาขวทองแดงแสดงวา

ขวสงกะสใหอเลกตรอนแก Cu2+(aq) ทอยรอบๆขวทองแดง มการถายโอนอเลกตรอนระหวางสงกะสกบ Cu2+(aq)

3. เมอสงกะสใหอเลกตรอนเกดเปน Zn2+(aq) ผวสงกะสจะกรอนไป อเลกตรอนจากขวสงกะสจงเคลอนทผานลวดตวน าไปยงขวทองแดง สวน Cu2+(aq) ในสารละลาย CuSO4 จะรบอเลกตรอนเกดเปนทองแดงเกาะทขวทองแดง ท าใหสารละลายสฟาจางลง

4. ครงเซลล Zn (s)IZn2+(aq) เกดปฏกรยออกซเดชน : Zn(s) Zn2+(aq) + 2e-

ครงเซลล Cu(s)ICu2+(aq) เกดปฏกรยารดกชน : Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)


4. ครงเซลลรดกชนไอออนบวกในสารละลายลดลง ไอออนบวกจากสะพานเกลอจงเคลอนลงไปแทนท

5. ครงเซลลออกซเดชนไอออนบวกในสารละลายเพมขนไอออนลบจากสะพานเกลอจงเคลอนลงมาในสารละลาย

6.สะพานเกลอจงท าหนาทรกษาดลระหวางไอออนบวกกบ ไอออนลบในเซลล


In the cell, then, electrons leave the anode and flow through the wire to the cathode.As the electrons leave the anode, the cations formed dissolve into the solution in the anode compartment

As the electrons reach the cathode, cations in the cathode are attracted to the now negative cathode.

The electrons are taken by the cation, and the neutral metal is deposited on the cathode.

เคมไฟฟา ผสอน อ.ศราวทธ แสงอไร

92

Zn (s) Zn2+ + 2e- Cu2+ + 2e- Cu (s)

Oxidation Reduction

Zn (s) + Cu2+ Zn2+ + Cu (s)

Anode Cathode


เซลลกลวานก (Galvanic cell) หรอ เซลลโวลตาอก (Voltaic cell)คอ เซลลไฟฟาเคมเปลยนจาก พลงงานเคม พลงงานไฟฟ

1.สวนประกอบเซลลกลวานก

1.1 ขวไฟฟา (Electrode) - แทงโลหะจมในสารละลายไอออนของโลหะนนๆ

ขวAnode : ขวทเกดปฏกรยาออกซเดชน (จาย e-)

ขวCathode : ขวทเกดปฏกรยารดกชน (รบ e-)

- โลหะเฉอย


I:/powerpoint/sci40123_chem3/Chem_004 Galvanic.swf



1.2 สารละลายอเลกโทรไลต (Electrolyte)

สารละลายทน าไฟฟาได เพราะสามารถแตกตวเปนไอออนได





1.3 สะพานเกลอ (Salt bridge)

หนาทสะพานเกลอ1.ท าใหครบวงจรไฟฟา2.ตวกนไมใหสารละลายในครงเซลลทงสองผสมกน3.รกษาสมดลระหวางไอออนบวกและไอออนลบในสารละลายอเลกโทรไลตแตละครงเซลล

สมบตของสารทใชท าสะพานเกลอ1.เปนสารประกอบไอออนก2.ไอออนไมท าปฏกรยากบสารใดๆในครงเซลล3.ไอออนตองมความสามารถในการเคลอนทเรวใกลเคยงกน4.สารละลายอมตว มไอออนปรมาณมาก





1.4 โวลตมเตอร เครองมอวดคาศกยไฟฟาของเซลล




เซลลกลวานก (Galvanic cell)2.ปฏกรยาเซลลกลวานก

เซลลกลวานก (Galvanic cell)3.แผนภาพเซลลกลวานกและสมการไอออนก

แผนภาพเซลลกลวานก คอ กลมสญลกษณ แสดงเซลลกลวานกหนงๆ เพอบอกใหทราบถงชนดของครงเซลล Anode และ Cathode


หลกการเขยนแผนภาพเซลลกลวานก

1. ใชเครองหมาย || แทนสะพานเกลอ คนกลางทง 2 ครงเซลล

2. เขยนครงเซลล Oxidation Anode ทางซายของสะพานเกลอเขยนครงเซลล Reduction Cathode ทางขวาของสะพานเกลอ

3. กรณครงเซลลธาตเดยวกน สถานะตางกน ใหคนดวย | กรณครงเซลลธาตเดยวกน สถานะเดยวกน ใหคนดวย ,

ใหสารละลายอยตดกบสะพานเกลอ และระบสถานะของสารโดยใช (s) , (l) , (g) , (aq)

Cu(s) | Cu2+(aq) || Ag+(aq)| Ag(s)

Zn(s) | Zn2+(aq) || Fe2+ , Fe3+ (aq)| Fe(s)


หลกการเขยนแผนภาพเซลลกลวานก

4.กรณครงเซลลทมแกสมาเกยวของ จะใชขวไฟฟาเฉอย เชน ขว Pt , ขว C

5.ระบความเขมขน หรอความดน ไวในวงเลบและใชเครองหมาย , คนระหวางสถานะกบความดน

Pt(s) | H2 (g , 1 atm) | H+ (aq) || Cu2+(aq) | Cu(s)

Sn(s) | Sn2+(aq ,1 M) || Zn2+(aq , 1M) | Zn(s)

สรป

ขว | ไอออนในสารละลาย || ไอออนในสารละลาย | ขว

ครงเซลล Oxidation ครงเซลล Reduction

ขว Anode ขว Cathode


EX.1 ก าหนดแผนภาพเซลลกลวานกเปน A(s) | A+ (aq) || B2+(aq) | B (s)จงตอบค าถามตอไปน

1.1 ขว Anode : ……………………………………………………………….1.2 ขว Cathode : ……………………………………………………………..1.3 สารทเปนตวรดวซ : ……………………………………………………1.4 สารทเปนตวออกซไดส : ……………………………………………….1.5 สมการแสดงปฏกรยาทเกดขนในแตละครงเซลล

1.5.1 Oxidation Reaction: …………………………………………………………….1.5.2 Reducation Reaction : ………………………………………………………….

1.6 สมการแสดงปฏกรยารดอกซทเกดขน …………………………………………………………


EX.2 ปฏกรยาทเกดขน ในเซลลกลวานกเปนดงน 3Mg(s) + 2Cr3+ (aq) 3Mg2+(aq) + 2Cr(s)

จงตอบค าถามตอไปน 2.1 แผนภาพเซลลกลวานก : ……………………………………………………………….2.2 ขว Anode : ……………………………………………………………..2.3 ขว Cathode : ……………………………………………………2.4 Oxidation Reaction : ……………………………………………….2.5 Reducation Reaction : ………………………………………………………….


เซลลกลวานก (Galvanic cell)4.ศกยไฟฟาของเซลลและศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล(Standard Reaction Potential)

ם ความตางศกยระหวางขวไฟฟาทงสองของเซลลกลวานกท าใหเกดแรงขบเคลอนอเลกตรอนไปยงวงจรภายนอก เรยกความตางศกยนวา แรงเคลอนไฟฟา (electromotive force หรอ emf) = Ecell

ם ความแตกตางของพลงงานศกยตอประจไฟฟา (ความตางศกย) ระหวางขวไฟฟาทงสอง วดหนวยเปนโวลต โดยทหนงโวลต (1 V) คอ ความตางศกยทตองใชพลงงาน 1 จล (J) ตอประจ 1คลอมบ (C) 1

V = 1 J/C

ם Ecell เรยกวา ศกยไฟฟาของเซลล (cell potential)

ם ภาวะมาตรฐาน : ท 25๐C ความเขมขนของสารละลาย 1 M และความดนของแกสเปน 1 atm

เรยกวา ศกยไฟฟาของเซลลมาตรฐาน (Eocell)

0

cellE0cellE


การหาคาศกยไฟฟาของครงเซลลใดๆ ใชวธเปรยบเทยบ นกเคมจงก าหนดใหครงเซลลไฮโดรเจนมาตรฐาน (Standard Hydrogen Electrode) ยอวา SHE

หรอเรยกอกชอวา ขวไฟฟาไฮโดรเจนมาตรฐาน เปนครงเซลลมาตรฐานสากลทใชเปรยบเทยบหาคาศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลลชนดตางๆ

ครงเซลลไฮโดรเจนมาตรฐาน (Standard Hydrogen Electrode)

ครงเซลลไฮโดรเจนมาตรฐาน (Standard Hydrogen Electrode)


ประกอบดวย1. ขวไฟฟา : ขว Pt (Platinum black)2. สารละลายอเลกโทรไลต : กรด HCI 1 M3. แกสมความดน 1 atm ท 25 0c

Pt(s)|H2(g,1 atm)|H+(aq,1 M)

2e- + 2H+ (1 M) H2 (g,1 atm)บนแพลทนมแบลก

แพลตนมแบลก เปนขวทท าใหมพนทผวมาก มรพรนเพอท าหนาทคลายเปนตวเรงปฏกรยา และรกษาสมดลระหวางแกส H2 และ H+ ในสารละลาย

ครงเซลลไฮโดรเจนมาตรฐาน ก าหนดคา EO = 0.00 V


การหาคาศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล

2e- + 2H+ (1 M) H2 (g,1 atm)บนแพลทนมแบลก

น ามาตอกบครงเซลลไฮโดรเจนมาตรฐาน

ถาครงเซลลมาตรฐานไฮโดรเจนใหอเลกตรอนไดดกวา

Oxidation Reaction H2 ( g ,1 atm) 2H+ (1 M) + 2e-

ถาครงเซลลมาตรฐานไฮโดรเจนรบอเลกตรอนไดดกวา

Reduction Reaction 2H+ (1 M) + 2e- H2 ( g ,1 atm)

EO = 0.00 V

EO = 0.00 V

เซลลกลวานก (Galvanic cell)การหาคาศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล

น ามาตอกบครงเซลลไฮโดรเจนมาตรฐาน- ศกยไฟฟาของเซลลทวดได : ศกยไฟฟาของครงเซลล (Half-cell potential) E- ศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล (Standard potential) , (E0)

การหาคาศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล 1.น าครงเซลลมาตรฐานทตองการหาคา Eo มาตอเปนเซลลกลวานกกบครงเซลลไฮโดรเจนมาตรฐานใหครบวงจร โดยมโวลตมเตอรตออยดวย แลวอานศกยไฟฟามาตรฐานของเซลล2.สงเกตการเบนเขมโวลตมเตอร ขวทเขมเบนออกเปนขวAnode และขวทเขมเบนเขาเปนขว Cathode3.ก าหนดใหคาครงเซลลไฮโดรเจนมาตรฐาน ม Eo = 0.00 V4.การค านวณหาคาศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล

Eocell = Eo

Cathode – EoAnode

Eocell = ศกยไฟฟามาตรฐานของเซลล

EoCathode =ศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลลแบบรดกชนทขวCathode (ขวบวก)

EoAnode = ศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลลแบบรดกชนทขวAnode (ขวลบ)


Eocell = Eo

Cathode – EoAnode

0.34 V = EoCathode – 0.00 V

EoCathode = +0.34 V

น าครงเซลล Cu(s)ICu2+(aq , 1 M) ตอกบครงเซลล Pt(s)IH2 (g , 1 atm)IH+(aq , 1 M)

สมการแสดงคาศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล Cu(s)ICu2+(aq)Cu2+ (aq, 1M) +2e- Cu(s) Eo

Cathode = +0.34 V

Pt(s)IH2 (g , 1 atm)IH+(aq , 1 M)IICu2+(aq , 1 M)ICu(s)


น าครงเซลล Zn(s)IZn2+(aq , 1 M) ตอกบครงเซลล Pt(s)IH2 (g , 1 atm)IH+(aq , 1 M)

Eocell = Eo

Cathode – EoAnode

EoAnode = -0.76 V

0.76 = 0.00 V - EoAnode

Zn(s)IZn2+(aq , 1 M) II H+(aq , 1 M)IH2 (g , 1 atm)IPt(s)

สมการแสดงคาศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล Zn(s)IZn2+(aq)Zn2+ (aq, 1M) +2e- Zn(s) Eo

Anode = -0.76 V


ศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลลทง 3 ชนด น ามาจดล าดบความสามารถในการรบอเลกตรอนCu2+ (aq, 1M) +2e- Cu(s) E0 = +0.34 V2H+ (aq,1 M) + 2e- H2(g) E0 = 0.00 VZn2+ (aq, 1M) +2e- Zn(s) E0 = -0.76 V

ศกยไฟฟามาตรฐานของแตละครงเซลลเปนคาคงทเฉพาะส าหรบครงเซลลนนๆดงนน การก าหนดคาศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล ตองระบวาเปนศกยไฟฟาของปฏกรยารดกชน หรอปฏกรยาออกซเดชน แตตามระบบ IUPAC ก าหนดใหใชคาศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลลรดกชนเปนครงเซลลมาตรฐาน (standard reduction potential ( Eo ))


ศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลลรดกชน

- คา E0 เปนคาศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลลรดกชน แสดงความสามารถในการ e-

-สารทมครงปฏกรยาทมคา EO สงจะเปนตวออกซไดสทดกวาสารทมครงปฏกรยาทมคา EO ต า

-สารทมคา EO ต า จะเปนตวรดวซทดกวา

-ครงปฏกรยาเหลานผนกลบไดปฏกรยายอนกลบ ใหกลบเครองหมายหนา คา EO

ประโยชนของคาศกยไฟฟารดกชนมาตรฐานเซลลกลวานก (Galvanic cell)

1.ใชเปรยบเทยบความสามารถในการเปนตวออกซไดสหรอตวรดวซEo มาก รบ e- ไดดกวา Eo นอย

ตวออกซไดสทด ตวรดวซทด(ขวCathode) (ขวAnode)

พจารณาครงเซลลรดกชนมาตรฐานตอไปนAg+(aq) + e- Ag(s) Eo = +0.80Cl2(g) + 2e- 2Cl-(aq) Eo = +1.36Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) Eo = +0.34

เปรยบเทยบความสามารถในการรบอเลกตรอน : …………………………………ตวออกซไดสทดทสด : …………………………..

เปรยบเทยบความสามารถในการใหอเลกตรอน : …………………………………..ตวรดวซทดทสด : …………………………..

จงเรยงล าดบ oxidizing agent ตอไปน จากมากไปนอยCo3+, Ag+, Sn2+, Al3+, MnO4

-

Half reaction Eo (V)

Al3+(aq) + 3e- Al(s) -1.66

Sn2+(aq) + 2e- Sn (s) -0.14

Ag+(aq) + e- Ag(s) +0.80

MnO4-(aq) + 8H+(aq) + 5e- Mn2+(aq) + 4H2O +1.51

Co3+(aq) + e- Co2+(aq) +1.82



2.ใชค านวณหาคาศกยไฟฟามาตรฐานของเซลล (Eocell)

Eocell = Eo

Cathode – EoAnode

EX.จงค านวณหาคาศกยไฟฟามาตรฐานของเซลลกลวานกทประกอบดวยครงเซลลมาตรฐานZn(s)IZn2+(aq) ตอครงเซลลมาตรฐาน Ag(s)IAg+(aq)

ศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลลจากตารางขอมลZn2+(aq) + 2e- Zn(s) Eo = -0.76 VAg+(aq) + e- Ag(s) Eo = +0.80 V

-ถาสมการของปฏกรยาบวกกนคา EO ตองบวกกน

-ถาสมการของปฏกรยาลบกนคา EO ตองลบกน

EX.เซลลไฟฟาเคมทประกอบดวย Cd electrode ในสารละลาย 1.0 M Cd(NO3)2 และCr electrode ในสารละลาย 1.0 M Cr(NO3)3 จงค านวณหาคาศกยไฟฟามาตรฐาน

Cd2+ (aq) + 2e- Cd (s) E0 = -0.40 V

Cr3+ (aq) + 3e- Cr (s) E0 = -0.74 V


EX.จงค านวณหาคา Eocell เมอเซลไฟฟามMg electrode ใน 1.0 M Mg(NO3)2 , Ag electrode ใน 1.0 M AgNO3


Half reaction Eo (V)

Mg2+(aq) + 2e- Mg(s) -2.37

Ag+(aq) + e- Ag(s) +0.80


3.ใชท านายทศทางของปฏกรยารดอกซ

1.ถา Eocell มคาเปน บวก : ปฏกรยารดอกซเกดตามสมการทเขยน : ปฏกรยาเกดขนเองได

2. ถา Eocell มคาเปน ลบ : ปฏกรยารดอกซไมเกดตามสมการทเขยน : ไมเกดปฏกรยา

2. ถา Eocell = 0 : ปฏกรยารดอกซทเกดขนขณะนนเขาสภาวะสมดล

Cathode : Cu2+ (aq) + 2e- Cu(s) E0 = +0.34 V

Anode : H2 (g) 2H+ (aq) + 2e- E0 = 0.00 VRedox : H2 (g) + Cu2+ (aq) 2H+ (aq) + Cu(s)

Eocell = Eo

Cathode – EoAnode

= 0.34 - 0.00= +0.34 V

ปฏกรยานเกดขนเองได

5.เซลลความเขมขน (Concentration Cells)เซลลกลวานก (Galvanic cell)

เซลลความเขมขน (Concentration Cells) เปนเซลลกลวานกชนดหนงทประกอบดวยครงเซลลทงสองเหมอนกน แตตางกนทความเขมขน อเลกตรอนจะไหลจากครงเซลลทมความเขมขนนอยไปยงครงเซลลทมความเขมขนมาก แตปฏกรยาจะเกดจากสารละลายทมความเขมขนมากไปยงสารละลายทมความเขมขนนอย


เมอน าครงเซลล Cu(s)ICu2+(aq,1M) ตอกบครงเซลล Cu(s)ICu2+(aq,0.01M)ใหครบวงจร

Cathode : Cu2+(aq,1M) + 2e- Cu(s) Eo = 0.34 V

Anode : Cu(s) Cu2+(aq,0.01M) + 2e- Eo = -0.31V-------------------------------------------------------------------------------------------Redox : Cu(s) + Cu2+(aq,1M) Cu2+(aq,0.01M) + Cu(s)

Cu(s)ICu2+(aq,0.01M)IICu2+(aq,1M)ICu(s)

สรปเซลลความเขมขน (Concentration Cells)เซลลกลวานก (Galvanic cell)

1.อเลกตรอนจะไหลจากครงเซลลทมความเขมขนนอยไปสครงเซลลทมความเขมขนมาก

2.ขวในครงเซลลทมความเขมขนนอย : ขว Anode : Oxidation Reactionขวในครงเซลลทมความเขมขนมาก : ขว Cathode : Reduction Reaction

3.เซลลความเขมขนทสารละลายในครงเซลลมความเขมขนตางกนมาก ศกยไฟฟาของเซลลยงมคามาก


เซลลกลวานก (Galvanic cell)6.ประเภทของเซลลกลวานก


เซลลปฐมภม (Primary cell) เซลลทตยภม(Secondary cell)

-ปฏกรยาเคมภายในเซลลเกดขนอยางสมบรณ

-ปฏกรยาผนกลบไมได

-ปฏกรยาเคมภายในเซลลสามารถยอนกลบได

เซลลถานไฟฉาย

เซลลแอลคาไลน

เซลลเชอเพลง

เซลลกลวานก (Galvanic cell)6.ประเภทของเซลลกลวานก


เซลลปฐมภม (Primary cell) เซลลทตยภม(Secondary cell)

-ปฏกรยาเคมภายในเซลลเกดขนอยางสมบรณ

-ปฏกรยาผนกลบไมได

-ปฏกรยาเคมภายในเซลลสามารถยอนกลบได

-ใชแลวหมดไป น ามาชารตใหมไมได

-ใชแลวหมดไป น ามาชารตใหมได

เซลลปฐมภม (Primary cell) เซลลกลวานก (Galvanic cell)

1.เซลลถานไฟฉาย หรอเซลลแหง (Dry Cell Battery)

เซลลเลอคลงเซ (Leclanche Cell) : ภายในไมมของเหลว มศกยไฟฟา 1.5 VขวAnode : ปลอกสงกะส (Zn)ขวCathode : แทงแกรไฟต (C)Eletrolyte : ของผสมขนชน : แปงเปยก,ผงคารบอน,MnO2,

NH4CI และ ZnCI2

ปฏกรยารวม : Zn(s) + 2MnO2(s) + 2NH+4(aq)Zn2+(aq) + Mn2O3(s) + 2NH3(g)+H2O(l)

Anode : Zn(s) Zn2+(aq) + 2e-

Cathode : 2MnO2(s) + 2NH+4(aq) + e-

Mn2O3(s) + 2NH3(g)+H2O(l)

น าไปใช : ไฟฉาย วทย อปกรณอเลกทรอนกสทวไป

NH3 ทเกดปองกนไมใหเกดสารประกอบเชงซอนของ[Zn(NH3)4]2+ และ [Zn(NH3)2(H2O)2]2+

ซงจะท าใหศกยไฟฟาของเซลลเปลยนแปลง


2.เซลลแอลคาไลน (Alkaline Cell)

ขวAnode : ปลอกสงกะส (Zn)ขวCathode : แทงแกรไฟต (C)Eletrolyte : ของผสมขนชน : แปงเปยก,ผงคารบอน,MnO2,

KOH

น าไปใช : อปกรณอเลกทรอนกส กลองถายรป เครองคดเลข

Anode : Zn(s) + 2OH-(aq) ZnO(s) +H2O (l)+ 2e-

Cathode : 2MnO2(s) + H2O (l) + 2e- Mn2O3(s) + 2OH-(aq)

ปฏกรยารวม : Zn(s) + 2MnO2(s)ZnO(s) + Mn2O3(s)

คลายเซลลถานไฟฉาย ตางกนทสารละลาย (NaOH หรอ KOH) มศกยไฟฟา 1.5 V

เซลลแอลคาไลนใหกระแสไฟฟานานกวาเซลลถานไฟฉาย เพราะอเลกโทรไลตมความเขมขนคงท OH- และ H2O ทเกดขนในปฏกรยาสามารถหมนเวยนกลบไปเปนสารตงตนของปฏกรยาไดอก

เซลลปฐมภม (Primary cell)3.เซลลปรอท (Mercury cell)


หลกการเดยวกบเซลลแอลคาไลน แตสารละลายใช HgO แทน MnO2 ศกยไฟฟา 1.3 V

ขวAnode : ตลบสงกะส (Zn)ขวCathode : แผนเหลกกลาสมผสกบ HgO Eletrolyte : ของผสมเหนยวชนของ HgO , KOH และ Zn(OH)2

น าไปใช : เครองคดเลข เครองคมการเตนของหวใจ เครองชวยฟงนาฬกา กลองถายรป

Anode : Zn(s) + 2OH-(aq) ZnO(s) + H2O(l) + 2e-

Cathode : HgO(s) + H2O(l) + 2e- Hg(l) + 2OH- (aq)

ปฏกรยารวม : Zn(s) + HgO(s) ZnO(s) + Hg(l)

เซลลปรอทเปนเซลลทมขนาดเลก ขอด : สามารถใหศกยไฟฟาเกอบคงทตลอดอายการใชงานขอเสย : เมอเซลลเสอมสภาพ ปรอทก าจดทงไดยากและเปนพษตอสงแวดลอม

เซลลปฐมภม (Primary cell)4.เซลลเงน (Zinc-silver oxide cell)


หลกการเดยวกบเซลลแอลคาไลน แตสารละลายใช Ag2O แทน MnO2 ศกยไฟฟา 1.5 V

ขวAnode : ตลบสงกะส (Zn)ขวCathode : แผนเหลกกลาสมผสกบ Ag2O Eletrolyte : ของผสมเหนยวชนของ Ag2O, KOH และ Zn(OH)2

น าไปใช : เครองคมการเตนของหวใจ เครองชวยฟง นาฬกาขอมอ

Anode : Zn(s) + 2OH-(aq) ZnO(s) + H2O(l) + 2e-

Cathode : Ag2O(s) + H2O(l) + 2e- 2Ag(s) + 2OH- (aq)

ปฏกรยารวม : Zn(s) + Ag2O(s) ZnO(s) + 2Ag(s)

เซลลเงนมอายการใชงานยาวกวาเซลลปฐมภมชนดอนๆ แตราคาแพงกวา เพราะประกอบดวยเงน เซลลเงนสามารถเปนแหลงใหพลงงานไฟฟา

เซลลปฐมภม (Primary cell)5.เซลลเชอเพลง (Fuel cell)


เซลลเชอเพลง เปนเซลลปฐมภมทตองผานสารตงตนซงเปนเชอเพลงเขาไปทขวไฟฟาตลอดเวลา เกดการสนดาปภายในเซลลและใหพลงงานออกมา แตไมเกดการลกไหม เนองจาก ปฏกรยาออกซเดชนและรดกชนทเกดขวตางกน โดยอเลกตรอนจะเคลอนจากขวแอโนดไปแคโทด

เซลลเชอเพลงไมใชแหลงตนพลงงาน แตเปนเซลลไฟฟาเคมทใชในการเปลยนรปพลงงานจากพลงงานเคมทสะสมอยในพนธะของสารเชอเพลงไปเปนพลงงานไฟฟาในรปแบบการเคลอนทอเลกตรอน

เซลลปฐมภม (Primary cell)5.1 เซลลเชอเพลงไฮโดรเจน-ออกซเจน (Hydrogen-Oxygen Fuel cell)


Anode : 2H2(g) + 4OH-(aq) 4H2O(l) + 4e-

Cathode : O2 (g) + 2H2O (l) + 4e- 4OH-(aq)

ปฏกรยารวม : O2(g) + 2H2(g) 2H2O(l)

ขวAnode : แทงคารบอนทมรพรนผสมผงแพลทนม(Pt)หรอแพลเลเดยม (Pd) , แกสไฮโดรเจน (H2)

ขวCathode : แทงคารบอนทมรพรนผสมผงแพลทนม(Pt)หรอแพลเลเดยม (Pd) , แกสออกซเจน (O2)

Eletrolyte : KOH หรอ NaOH

น าไปใช : โครงการอวกาศ

เซลลเชอเพลงแบบเบส (Alkaline Fuel cells, AFC)

ปฏกรยาทเกดขนมการรบและการใหอเลกตรอน จงท าใหมกระแสไฟฟาเกดขนดวย เซลลประเภทนถกน าไปใชในยานอวกาศ เพราะนอกจากจะไดพลงงานไฟฟาแลวยงไดน าเปนน าดม ส าหรบนกบนอวกาศดวย เซลลนมศกยไฟฟาประมาณ 1.2 โวลต ท างานท 100 oc



Anode : 2H2(g) 4H+(aq) + 4e-

Cathode : O2 (g) + 4H+(aq) + 4e- 2H2O (g)

ปฏกรยารวม : 2H2(g) + O2(g) 2H2O(g)

ขวAnode : แทงคารบอนทมรพรนผสมผงแพลทน(Pt)หรอแพลเลเดยม (Pd) , แกสไฮโดรเจน (H2)ขวCathode : แทงคารบอนทมรพรนผสมผงแพลทนม(Pt)หรอแพลเลเดยม (Pd) , แกสออกซเจน (O2)Eletrolyte : แผนเมมเบรนพอลเมอร

เซลลเชอเพลงแบบเมมเบรนแลกเปลยนโปรตอน (Proton Exchange Membrane Fuel cell,PEMFC)

ขอด : มขนาดเลก ไมเกดการกดกรอน และน าหนกเบา

ปฏกรยารวม : 2H2(g) + O2(g) 2H2O(g)



Anode : H2(g) + CO2-3(l) H2O(g) + CO2(g) +2e-

Cathode : 1/2O2(g) + CO2(g) + 2e- CO2-3(l)

ปฏกรยารวม : H2(g) + 1/2O2(g) H2O(g)

ขวAnode : แทงคารบอนทมรพรนผสมนกเกล, แกสไฮโดรเจน (H2)ขวCathode : แทงคารบอนทมรพรนผสมนกเกล,NiO แกสออกซเจน (O2)Eletrolyte : Li2CO3 หรอ Na2CO3 หรอ K2CO3

เซลลเชอเพลงแบบเกลอคารบอเนตหลอมเหลว (Molten Carbonate Fuel cell, MCFC)

ขอเสย : อายการใชงานนอย เนองจากมการกดกรอนจากอเลกโทรไลต

เซลลปฐมภม (Primary cell)5.2 เซลลเชอเพลงโพรเพน-ออกซเจน (Propen-Oxygen Fuel cell)


Anode : C3H8(g) + 6H2O(l) 3CO2(g) + 20H+ (aq)+ 20e-

Cathode : 5O2 (g) + 20H+ (aq) + 20e- 10H2O(g)

ขวAnode : แกสโพรเพร (C3H8)ขวCathode : แกสออกซเจน (O2)Eletrolyte : H2SO4

น าไปใช : ใชกบเรอด าน ายานพาหนะทใชทางการทหารและกระสวยอวกาศ

ปฏกรยารวม : 5O2(g) + C3H8(g) 3CO2(g) + 4H2O(g)

ปฏกรยาสนดาปของแกสโพรเพนในเครองยนตใหประสทธภาพการท างานสงประมาณ 2 เทาของเครองยนตชนดสนดาปภายใน


Anode : CH3OH(l) + H2O(l) CO2(g) +6H+ (aq) +6e-

Cathode : 3/2O2(g) +6H+(aq) +6e- 3H2O(g)

ขวAnode : แทงคารบอนทมรพรนผสมผงแพลทนม (Pt), เมทานอล (CH3OH)ขวCathode : แทงคารบอนทมรพรนผสมผงแพลทน(Pt) , แกสออกซเจน (O2)Eletrolyte : แผนเมมเบรนพอลเมอร

เซลลเชอเพลงแบบใชเมทานอลโดยตรง (Direct Methanol Fuel cell, DMFC)

5.2 เซลลเชอเพลงโพรเพน-ออกซเจน (Propen-Oxygen Fuel cell)

ปฏกรยารวม : CH3OH(l) + 3/2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g)

น าไปใช :โทรศพทมอถอ กลองถายรป Notebook

ชนดเซลล สารทใชเปนสวนประกอบ ปฏกรยารวม

Anode Cathode Electrolyteถานไฟฉาย Zn แกรไฟต

และ MnO2

แปงเปยก+ผงคารบอน+H2ONH4CI + ZnCI2

Zn(s) + 2MnO2(s) + 2NH+4(aq)

Zn2+(aq) + Mn2O3(s) + 2NH3(g)+H2O(l)

แอลคาไลน Zn แกรไฟตและ MnO2

แปงเปยก+ผงคารบอน+MnO2+KOH

Zn(s) + 2MnO2(s)ZnO(s) + Mn2O3(s)

ปรอท Zn แผนเหลกและ HgO

HgO+ KOH +Zn(OH)2

Zn(s) + HgO(s) ZnO(s) + Hg(l)

เงน Zn แผนเหลกและ HgO

Ag2O+KOH+ Zn(OH)2

Zn(s) + Ag2O(s) ZnO(s) + 2Ag(s)

เชอเพลงH2/O2 H2 O2 NaOHหรอNa2CO3

2H2(g) + O2(g) 2H2O(g)

เชอเพลงC3H8/O2 C3H8 O2 H2SO4 5O2(g) + C3H8(g) 3CO2(g) + 4H2O(g)

สรป

เซลลทตยภม(Secondary cell) เซลลกลวานก (Galvanic cell)

1.เซลลสะสมไฟฟาแบบตะกว (Lead Storage Cell)

เซลลชนดนใชเปนแหลงพลงงานไฟฟา

ในรถยนตหรอจกรยานยนต

เรยกชอทวไปวา “ แบตเตอร ”

ขว Anode : แผนตะกว (Pb)ขว Cathode : PbO2 เคลอบบนผวตะกวElectrolyte : H2SO4



ขว Anode : แผนตะกว (Pb)ขว Cathode : PbO2 เคลอบบนผวตะกวElectrolyte : H2SO4

น าไปใช : รถยนต รถจกรยานยนต

มศกยไฟฟา 2 โวลตสามารถตอเปนอนกรมศกยไฟฟาเพมขน เชน แบตตอรรถยนตมเซลลอนกรมตอกน 6 เซลล เรยกทวไปวา แบตเตอร ถงแมจะอดไฟใหมได แต PbSO4 ทเกดขนทขวทงสองอยทกนภาชนะ ท าใหขวสกกรอนและเสอมสภาพในทสด

ปฏกรยาของเซลลเปนดงน

Pb(s) + PbO2(s) + 4H+(aq) + 2SO42- (aq) 2PbSO4(s) + 2H2O(l)

จายไฟ

อดไฟ



ปฏกรยาภายในเซลล การประจไฟครงแรก

ขว Cathhode : 2H+(aq) + e- H2(g)

ข ว Anode : 2H2O(l) + Pb(s) PbO2(s) + 4H+(aq) + 4e-

ปฏกรยาภายในเซลล การจายไฟ

ขว Anode : Pb(s) + SO42-(aq) PbSO4(s) + 2e-

ขว Cathode : PbO2(s) + 4H+(aq) + SO42-(aq) + 2e-

PbSO4(s) + 2H2O(l)



ปฏกรยาภายในเซลล การอดไฟครงตอๆไป

ขว Cathode : PbSO4(s) + 2e- Pb(s) + SO4

2-(aq)

ขว Anode : PbSO4(s) +2H2O(l) PbO2(s) + SO42-(aq) +4H+(aq) + 2e-

ปฏกรยาของเซลลเปนดงน

Pb(s) + PbO2(s) + 4H+(aq) + 2SO42- (aq) 2PbSO4(s) + 2H2O(l)

จายไฟ

อดไฟ

2.เซลลนกเกล-แคดเมยม (Nickel-Cadmium Cell)


ขว Anode : โลหะแคดเมยม (Cd)ขว Cathode : NiO(OH) ฉาบบนโลหะนกเกลElectrolyte : KOH

Anode : Cd(s) + 2OH-(aq) Cd(OH)2(s) + 2e-

Cathode : NiO(OH) (s) + 2H2O(l) + 2e- Ni(OH)2(s) + 2OH-(aq)

ปฏกรยารวม : Cd(s) + 2NiO(OH) (s) + 2H2O(l) Cd(OH)2(s) + Ni(OH)2(s)

น าไปใช : เครองคดเลข กลองถายรป เครองเลเซอรไรสาย

เรยกทวไป “เซลลนแคด” ใหศกยไฟฟา 1.4V สามารถประจไฟใชใหมได การประจไฟจะเกดยอนกลบกบปฏกรยาการจายไฟ

ขอด : อายการใชงานนาน ขอเสย : ก าจดยาก เพราะ Cd เปนโลหะมพษ

3.เซลลลเทยม-ไอออนพอลเมอร (Litium-ion Polymer Cell)


ขว Anode : แทงแกรไฟตขว Cathode : LiMnO4 หรอ LiCoO2

Electrolyte : พอลเอทลนออกไซด (PEO)

น าไปใช : โทรศพทเคลอนท Notebook

เปนเซลลทเกบพลงงานไดยาวนาน และความหนาแนนของพลงงานสง

Anode : 6C(s) + xLi+(aq) + xe- LiXC6

Cathode: LiCoO2 (s) Li1-xCoO2 + xLi+ + xe-

ปฏกรยารวม : 6C(s) + LiCoO2 (s) Li1-x + LiXC6+ CoO

ปฏกรยารวม 2Na(l) + n/8S8(l) Na2Sn(l)

4.เซลลโซเดยม-ซลเฟอร (Sodium-Sulfur Cell)


ขว Anode : โซเดยมเหลวขว Cathode : ก ามะถนเหลวผสมผงแกรไฟตElectrolyte : บตาอะลมนา

น าไปใช : รถยนตไฟฟา รถไฟฟา เครองจกร

ใหศกยไฟฟาประมาณ 2.1V สามารถประจไฟ มอายการใชงานนานกวาเซลลสะสมไฟฟาแบบตะกว แตตองควบคมอณหภมใหได ประมาณ350 oc เพอใหสารอยในสภาพหลอมเหลว

Anode : 2Na(l) 2Na+(l) + 2e-

Cathode: n/8S8(l) + 2e- nS2- (l)

แบบฝกหด 9.5 หนา 58-59


เซลลอเลกโทรไลต หรอ เซลลอเลกโทรไลตก (Electrolytic cell)คอ เซลลไฟฟาเคมเปลยนจาก พลงงานไฟฟา พลงงานเคม

เซลลไฟฟาเคมทตองผานกระแสไฟฟาภายนอกเขาไปในสารเพอใหเกดปฏกรยาเคม

สวนประกอบของเซลลอเลกโทรไลตก1.แหลงพลงงานไฟฟาจากภายนอก2.ขวไฟฟา3.สารละลายอเลกโทรไลต

1.สวนประกอบเซลลอเลกโทรไลต

1.1 ขวไฟฟา (Electrode) - แทงโลหะจมในสารละลายไอออนของโลหะนนๆ

ขวAnode : ขวทเกดปฏกรยาออกซเดชน (จาย e-)

ขวCathode : ขวทเกดปฏกรยารดกชน (รบ e-)

- โลหะเฉอย



1.2 แหลงพลงงานไฟฟาจากภายนอก


เปนแหลงใหพลงงานของเซลล เพอใหปฏกรยาทเกดขนเองไมไดสามารถเกดปฏกรยาได


1.3 สารละลายอเลกโทรไลต


เปนสารทตองการแยกสลายดวยไฟฟา

2.ความแตกตางระหวางเซลลกลวานกและเซลลอเลกโทรไลต


ขอแตกตาง กลวานก อเลกโทรไลตก

ปฏกรยา

การเปลยนแปลง

ขวไฟฟา

การน าไปใช

Spontaneous

เคม ไฟฟาCathode (+)

Anode (-)

เปนแหลงพลงงาน

Nonspontaneous

ไฟฟาเคมCathode (-)

Anode (+)

ชบโลหะ การท าโลหะใหบรสทธ

อเลกโทรไลซสของน าเซลลอเลกโทรไลต (Electrolytic cell)

ปฏกรยารวม : H2O(l) H2(g) + 1/2O2(g)

3.การแยกสารไอออนกทหลอมเหลวดวยกระแสไฟฟา


E๐cell = -2.71 - (+1.36) = -4.07 V

ปฏกรยาทเกดขนเปนดงนAnode ; 2Cl- (l) Cl2(g) + 2e- E0 = -1.36 VCathode ; 2Na+ (l) + 2e- 2Na (s) E0 = -2.71 Vปฏกรยารดอกซ ; 2Na+ + 2Cl- (l) 2Na (s) + Cl2 (g)

0

cellE= -4.07 V

NaCI

3.การแยกสารไอออนกทหลอมเหลวดวยกระแสไฟฟา


ปฏกรยาทเกดขนเปนดงนAnode ; 2Cl–( l ) Cl2 ( g ) + 2e–

Cathode ; Ca2+( l ) + 2e– Ca ( s )

ปฏกรยารดอกซ ; Ca2+( l ) + 2Cl–( l ) Ca( s ) + Cl2( g )

= -4.07 V

CaCI2

4.การแยกสารละลายดวยกระแสไฟฟาเซลลอเลกโทรไลต (Electrolytic cell)

ปฏกรยาทเกดขนเปนดงนAnode ; S2O8

2-(aq) + 2e- SO42- EO = +2.01 V

O2(g) + 2H+(aq) + 2e- H2O(l) EO = +1.23 V จากคา EO H2O(l) เกดปฏกรยาออกซเดชนCathode ; Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) EO = +0.34 V

2H2O(l) + 2e- H2(g) + 2OH- (aq) EO = -0.83 Vจากคา EO Cu2+ เกดปฏกรยารดกชน

= -4.07 V

การแยกสารละลาย CuSO4 ดวยกระแสไฟฟา

E0 cell = E0cathode - E0

anode

= (+0.34) - (+1.23)= - 0.89 V

5.ประโยชนเซลลอเลกโทรไลตเซลลอเลกโทรไลต (Electrolytic cell)

= -4.07 V

หลกการของเซลลอเลกโทรไลตสามารถน าไปใชในการท าโลหะชนดหนงเคลอบอยบนผวของโลหะอกชนดหนงได เรยกวา การชบดวยไฟฟา (Electroplating)

5.1 การชบโลหะ

หลกการของการชบโลหะดวยไฟฟา ใหโลหะชนดหนงมาเคลอบบนโลหะอกชนดหนงทอย

เปนแคโทดโดยจดเซลลดงน

Cathode : โลหะทตองการชบ

Anode : โลหะทใชชบ

สารละลายอเลกโทรไลต: ไอออนของโลหะชนดเดยวกบโลหะทเปนแอโนด หรอโลหะทใชชบ


= -4.07 V

การชบโลหะ

Anode : Ag: Ag(s) Ag+(aq) + e-

วตถทตองการชบตอกบขวลบของแบตเตอร หรอแคโทดโลหะทใชชบตอกบ

ขวบวกของแบตเตอรหรอเปนแอโนด

สารละลายอเลกโทรไลตมไอออนของโลหะชนดเดยวกบโลหะทเปนแอโนดหรอโลหะทใชชบ

Cathode : ชอน: Ag+(aq) + e- Ag(s)


= -4.07 V

การชบโลหะ

1. จดสงทตองการชบเปนแคโทด2. ตองการชบดวยโลหะใด ตองใชโลหะนนเปน

แอโนด3. สารละลายอเลกโทรไลตตองมไอออนของโลหะท

เปนแอโนด4. ตองใชไฟฟากระแสตรงเพอใหอเลกตรอนไหลไป

ทางเดยวกนตลอด5. ขณะชบโลหะ ความเขมขนของสารละลายอเลก

โทรไลตไมเปลยนแปลงตราบใดทขวแอโนดยงไมกรอนหมด


= -4.07 V

5.2 การท าโลหะใหบรสทธโดยใชเซลลอเลกโทรไลตก

การท าทองแดงใหบรสทธ โดยใชโลหะทไมบรสทธเปนแอโนด และ โลหะทบรสทธเปนแคโทด

Anode : Cu(s) Cu2++ 2e- Cathode : Cu2++ 2e-Cu(s)


= -4.07 V

การท าทองแดงใหบรสทธ จากโลหะทประกอบดวย Cu, Fe, Zn, Ag, Au, Pt

Anode : Cu(s) Cu2+aq) + 2e-

Fe(s) Fe2+(aq) + 2e-

Zn(s) Zn2+(aq) + 2e-

Cathode: Cu2+aq) + 2e- Cu(s)



= -4.07 V

การผลต Al จาก Al2O3

Anode : 3O2-(l) 3/2 O2+ 6e-

Cathode : 2Al3+(l) + 6e- 2Al(l) ปฏกรยารวม 2Al3+(l) + 3O2-(l) 2Al(l) +3/2 O2


Mg2+

น ำทะเล

Ca(OH)2 Mg(OH)

2(s)

HClMgCl

2(aq)

ระเหยน ำ

MgCl2(s)MgCl

2(l)

( Mg2+ ,Cl2)

ควำมรอน

Anode : 2Cl-(l) Cl2 (g) + 2e-

Cathode : Mg2+ (l) + 2e- Mg(l) ปฏกรยารวม 2Cl-(l) + Mg2+ (l) Cl2 (g) + Mg(l)

การผลตแมกนเซยม




การผกรอนของโลหะ


= -4.07 V

Redox: 2Fe(s) + O2(g) + 2H2O(l) 2Fe2+(aq) + 4OH-(aq)

Fe(OH)2(s)

4Fe(OH)2(s) + O2(g) + 2H2O(l) 4Fe(OH)3(s)

Fe(OH)3(s) เปลยนเปน Fe2O3.nH2O (สนมเหลก)

6.การกดกรอนของโลหะและการปองกน

การผกรอนของโลหะ เซลลอเลกโทรไลต (Electrolytic cell)

= -4.07 V

•การเกดสนมเหลก

บรเวณทถกกดกรอนจะเกดปฏกรยาออกซเดชนหรอเปนแอโนด โลหะเหลก (Fe(s)) เปลยนไปเปน Fe2+

อเลกตรอนสมผสกบอากาศและความชน เกดรดกชน

การผกรอนของโลหะ เซลลอเลกโทรไลต (Electrolytic cell)

= -4.07 V

•การเกดสนมเหลกเนองจาก CO2

CO2 ละลายน าแลวเกด H2CO3 ซงแตกตวให H+

Anode : Fe(s) Fe2+(aq) + 2e-

Cathode : O2(g) + 4H+(aq) + 4e- 2H2O(l)

ปฏกรยารวม : 4Fe2+(aq) + O2(g) + (4+2n)H2O(l) 2Fe2O3.nH2O(s) + 8H+(aq)

เซลลอเลกโทรไลต (Electrolytic cell)การปองกนการผกรอน

ปองกนไมใหพนผวของโลหะสมผสกบออกซเจน ความชน หรอสารละลายอเลกโทรไลต

1.การทาส ทาน ามน การรมด า และการเคลอบพลาสตก เปนการปองกนการถกกบ O2

และความชน

2.การชบเคลอบผวโลหะดวยโลหะ โดยใชหลกการชบโลหะ

3.การเคลอบพนผวโลหะดวยโลหะทมความวองไวมากกวา (หรอเปนโลหะทเกดปฏกรยาออกซเดชนไดดกวา)


4. วธแคโทดก (Cathodic) โดยพนโลหะทไมตองการใหเกดสนมดวยโลหะทมศกยไฟฟาต ากวา

หรอตอเขากบขวลบของแหลงก าเนดไฟฟากระแสตรง•การฝงถง Mg ตามทอ หรอการผก Mg ตามโครงเรอ จะท าให Fe ผชาลง เนองจาก Mg เสย e- งายกวา Fe จะเสย e- แทน Fe

Mg2+(aq) + 2e- Mg(s) EO = -2.36VFe2+(aq) + 2e- Fe(s) EO = -0.44V

5.การทาผวดวยสารยบยงการสกกรอน


6. ท าการชบดวยโลหะ ดวยวธอะโนไดซ (Anodize) -โลหะบางชนด เชน อะลมเนยม ดบก และสงกะส เมอท าปฏกรยากบออกซเจนจะเกดเปนออกไซดของโลหะเคลอบอยบนผวของโลหะนนและไมเกดการผกรอนอกตอไป

- การชบ หรอเคลอบโดยโลหะท Oxide ของโลหะนนคงตว สลายตวยาก จะเปนผวบางๆ คลมผวโลหะอกท ไดแก Cr และ Al เปนตน ดงนน Cr2O3.Al2O3สลายตวยาก เรยกชอวาวธอะโนไดซ (Anodize)

7. การรมด า เปนปฏกรยารดอกซ เพอเปลยนผวเหลกไปเปน สารประกอบFeO(OH) ทมสน าตาลด า เรยกวา Cepidiocrocite

8. การปองกนการผกรอนของโลหะในระบบหลอเยนแบบปด ปองกนสนมส าหรบเครองยนตหรอเครองผลตกระแสไฟฟา

การปองกนการผกรอนของถงเหลกโดยใชขวMg


7.ความกาวหนาทางเทคโนโลยเกยวของกบเซลลไฟฟาเคม

ปฏกรยาทเกดขน ทแอโนด Li (s) Li+(s) + e-ทแคโทด TiS2(s) + e- TiS2

-(s) ปฏกรยารวม Li(s) + TiS2(s) Li+(s) + TiS2

-(s)

- ศกยไฟฟาของเซลลนมคาประมาณ 2 โวลต - TiS2

- จะรวมตวกบ Li+ เกดเปน LiTiS2 อเลกโทรไลตแขงท าหนาทเปนฉนวนตออเลกตรอน จงท าใหเซลลไฟฟานสามารถใชงานไดโดยไมเกดการลดวงจร แบตเตอรชนดนไมตองเตมน ากลน



แบตเตอรอากาศ

ใชออกซเจนในอากาศเปนตวออกซไดส โดยมโลหะ (Zn , Al) เปนตวรดวส และใชสารละลาย NaOH เขมขนเปนสารอเลกโทรไลต เชน แบตเตอรสงกะส - อากาศ

สงกะส (Anode) : Zn(s) Zn2+(aq) + 2e-

อากาศ (Cathode) : O2(g) + 2H2O(l) + 4e- 4OH-(aq)

ปฏกรยารวม : O2(g) + 2H2O(l) + 2Zn(s) 2Zn(OH) 2(aq)




การท าอเลกโทรไดอะลซสน าทะเล

ประโยชน ใชแยกไอออนออกจากสารละลาย โดยใหไอออนผานเยอบางๆ ไปยงขวไฟฟา ทมประจตรงกนขาม ท าใหสารละลายทอยระหวางขวไฟฟาทงสอง มจ านวนไอออนลดนอยลง

หลกการนสามารถน าไปใชแยกโซเดยมไอออนและคลอไรด

ไอออนออกจากน าทะเลได ท าใหน าทะเลกลายเปนน าจด

Cl-

SO42-Na+

Mg2+

A B C

น ำทะเล

ข วบวกข วลบ

น ำเคม น ำเคมน ำจด

เยอแลกเปลยนไอออนบวก เยอแลกเปลยนไอออนลบ



Documents

Electrochemistry - km.nssc.ac.th · 2.2คะแนนสมุดบันทึกระหว่างเรียน + แบบฝึกหัด จ ... 13.อธิบายหลักการท