ไฟฟ้าเคมี1 ppt
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
ไ ฟ ฟ า เ ค ม ค อ อ ะ ไ ร มความสมพนธกบปฏกรยารดอกซอยางไร??
‘’ไฟฟาเคม’’ เปนความสมพนธระหวางปฏกรยาเคมและพลงงานไฟฟา ซงกระบวนการทางไฟฟาเคมจะเกดจากการถายโอนอเลกตรอนจากสารหนงไปยงสารหนง และเมอมการถายโอนอเลกตรอน ปฏกรยาเคมกจะสามารถท าใหเกดพลงงานไฟฟาได ในท านองกลบกนพลงงานไฟฟากสามารถท าใหเกดปฏกรยาเคมไดเชนกน ปฏกรยาทมการถายโอนอ เ ล ก ต ร อ นน เ ร ย ก ว า ป ฏ ก ร ย า ร ด อ ก ซ (Redox
Reaction)
ยงจ าการหาเลขออกซเดชนกนไดหรอปาว
เอย???
เลขออกซเดชน คอ ตวเลขทแสดงคา ประจไฟฟา หรอประจไฟฟาสมมตของธาต ซงอาจเปนเลขจ านวนเตมบวก ลบ หรอศนย หรอเศษสวนกได
สงทตองทราบเกยวกบเลขออกซเดชน
ธาตอสระทกชนดมเลขออกซเดชนเทากบศนย เชน K, Cu, Zn, Cl2, P4, S8 และอนๆ
ธาต H ในสารประกอบ(อโลหะ)สวนใหญมคาเทากบ +1 เชน HCl, H2O, HNO3 แตในสารประกอบทประกอบดวยโลหะ เชน LiH, NaH, CaH มคาเทากบ -1
ออกซเจนในสารประกอบสวนใหญมคาเทากบ -2 เชน CO2, CaO, H2SO4, H2O
เลขออกซเดชนของไอออนจะมคาเทากบประจของไอออนนนเชน Na+ = +1, S2- = -2, Al3+ = +3
SO32- = -2 (S = +4, O = (-2×3) )
NH4+ = +1 ( N = -3, H = 4×(+1) )
ในสารประกอบใดๆผลรวมเลขออกซเดชนเทากบศนย เชน H2SO4 (+1×2)+(+6)+(-2×4)=0
ธาตหม 1, 2 ,3 ในสารประกอบตางๆมเลขออกซเดชนเทากบ +1, +2 และ +3 ตามล าดบ ธาตอโลหะ (หม 4, 5, 6, 7) ในสารประกอบตางๆสวนใหญมเลขออกซเดชนไดหลายคา เชน Clใน HCl, HClO, HClO2, HClO3, FeCl2 มเลขออกซเดชนเทากบ -1, +1, +3, +5, +2
ธาตทรานซ ชนสวนใหญม เลขออกซ เดชนไดมากกวาหนงคา เชน Fe ใน FeO และ Fe2O3เทากบ +2, +3
ตวอยาง
1. หาเลขออกซเดชนของ Cr ใน K2CrO4 และ Na2Cr2O7
K2CrO4 2(+1) + Cr + 4(-2) = 0
Cr + (-6) = 0
Cr = +6
Na2Cr2O7 2(+1) + 2a + 7(-2) = 0
2 + 2a + (-14) = 0
a = 14-2/2 = 6
Cr = +6
2. Mn ใน MnO42-
Mn + 4(-2) = -2
Mn = +6
3. Cu ใน Cu(NH3)2Cl3-
Cu + 2(0) + 3(-1) = -1
Cu = +2
ทนใหนกเรยนลองคดเองซวาจะท าไดรปาว??????
จงหาเลขออกซเดชนของธาตทขดเสนใต
[Co(CN)4]4- [Ni(CN)5]3- Na2FeO4
Na2ZnO2 CuSO4 Mg(OH)2
H4IO6- KIO2 S2O3
2-
S2O82- K2MnO4 K2CrO4
K2Cr2O7 KMnO4 HClO3
H3PO4 CrO42- HClO4
Na2SnO3 H2C2O4 K4[Co(CN)6]
Co(NO3)2
[Co(CN)4]4- [Ni(CN)5]3- Na2FeO4
Na2ZnO-2 CuSO4 Mg(OH)2
H4IO6- KIO2 S2O3
2-
S2O82- K2MnO4 K2CrO4
0 -4
-4+1+2
-8+6+2-5+2
+1-12+7+4
-2+2-2+2
-16+7
-6+2-4+3
-8+6+2 -8+6+2
K2Cr2O7 KMnO4 HClO3
H3PO4 CrO42- HClO4
Na2SnO3 H2C2O4 K4[Co(CN)6]
Co(NO3)2
+2
-6+2+4-8+3+2-6+4+2
-2+2
+3 +5 -8 +6 -8 +1 +7 -8
-14+6 +1 +5 -6+1 +7 -8
• ปฏกรยารดอกซ (Redox reaction) เปนปฏกรยาทประกอบดวย 2 ปฏกรยายอย คอ ปฏกรยารดกชนกบออกซเดชน
• ปฏกรยาออกซเดชน หมายถง ปฏกรยาทมสารหนงให (เสย)อเลกตรอนแลวมเลขออกซเดชนเพมขน เชน
Mg(s) Mg2+ (aq) + 2e-
0 +2
O.N. เพมขน 2
• ปฏกรยารดกชน หมายถง ปฏกรยาทสารรบอเลกตรอนแลวมเลขออกซเดชนลดลง เชน
MnO4-(aq) + 8H+(aq) + 5e- Mn2+ (aq) + 4H2O
O.N. ลดลง 5
+7 +2
การทดลองท 9.1 ปฏกรยาระหวางโลหะกบสารละลายของโลหะไอออน
จดประสงคการทดลอง
1.ท าการทดลองเพอศกษาปฏกรยาระหวางโลหะกบ โลหะไอออนได
2.ระบไดวาสารใดเสยอเลกตรอนและสารใดรบอเลกตรอน พรอมทงเขยนสมการแสดงปฏกรยาทเกดขนได
ขนตอนการทดลอง
1. ใสสารละลาย CuSO4 1 mol/dm3 ลงในบเกอร 2 ใบ ใบละ 25 cm3 สงเกตสของสารละลาย
2. จมโลหะสงกะสขนาด 0.5 cm × 7 cm และ โลหะทองแดงขนาดเดยวกน ลงในบกเกอรใบท 1 และ 2 ตงไวสกคร สงเกตการณเปลยนแปลงทเกดขนทงในสารละลายและแผนโลหะ ถามสารมาเกาะบนแผนโลหะใหใชแทงแกวเขยออก และสงเกตผวของโลหะอกครง
3. ท าการทดลองเชนเดยวกบขอ 1 และ 2 แตใชสารละลาย ZnSO4 1 mol/dm3 แทนสารละลาย CuSO4
4. สงเกตและบนทกผลการทดลอง
ตารางบนทกผลการทดลอง
ระบบททดสอบ การเปลยนแปลงทสงเกตได
ชนโลหะ สารละลาย
Zn ใน CuSO4มสน าตาลแดงเกาะบนสงกะสสวนทจมอยในสารละลาย เมอเขยออก ผวสงกะสจะมลกษณะขรขระ
สลล.สฟาจางลง เมอตงไวนานขน สลล.จะมสจางลงมาก จนไมมส
Cu ใน CuSO4 ไมเหนการเปลยนแปลง ไมเหนการเปลยนแปลง
Zn ใน ZnSO4 ไมเหนการเปลยนแปลง ไมเหนการเปลยนแปลง
Cu ใน ZnSO4 ไมเหนการเปลยนแปลง ไมเหนการเปลยนแปลง
ค าถามชวนคด
1. กอนจมแผนโลหะ ในสารละลายมไอออนของโลหะชนดใดละลายอย
2. โลหะกบไอออนของโลหะในสารละลายคใดทมปฏกรยาเคมเกดขน ทราบไดอยางไร
3. โลหะกบไอออนของโลหะคทเกดขนปฏกรยา เลขออกซเดชนของสารมการเปลยนแปลงอยางไร
สารละลาย CuSO4 มสฟาและในสารละลายม Cu2+ สวนสารละลาย ZnSO4 ไมมส ในสารละลายม Zn2+
CuSO4 แตกตวได Cu กบ SO42-
ZnSO4 แตกตวได Zn กบ SO42-
อภปรายหลงการทดลอง
• ระบบทเกดปฏกรยาไดแก จมโลหะ Zn ลงในสารละลายสฟาของ CuSO4 จะเกดสารสน าตาลแดงเกาะรอบ ๆ แผน Zn ซงสารสน าตาลแดงกคอโลหะ Cu นนเอง ซงเกดไดโดย Zn เปนฝายใหอเลกตรอนเปลยนไปเปน Zn2+ และ Cu2+ รบอเลกตรอนเปลยนไปเปนโลหะ Cu เกาะทแผน Zn เมอปลอยใหปฏกรยาด าเนนไปเรอย ๆ จะมโลหะ Cu เกาะทแผน Zn มากขนเรอย ๆ และแผน Zn จะผกรอนลงเนองจากเปลยนไปเปน Zn2+ ซงละลายน าได สฟาของสารละลายจะจางลงเรอย ๆ ปฏกรยารวมทเกดขนเปนดงน
Zn(s) + Cu2+ (aq) Zn2+(s) + Cu(s)
• ปฏก ร ยายอยท เ กดข น หรอท เ ร ยกว าคร งปฏก ร ย า (half-reaction) คอ ปฏกรยาออกซเดชน เปนปฏกรยาทมการใหอเลกตรอน โดย Zn ใหอเลกตรอนแลวกลายเปน Zn2+
Zn(s) Zn2+ (aq) +2e-
ถาพจารณาเลขออกซเดชนของ Zn เมอใหอเลกตรอนแลวมเลขออกซเดชนเพมขนจาก 0 เปน +2
ปฏกรยาออกซเดชนจงเปนปฏกรยาทมการเพมขนของเลขออกซเดชน และอาจกลาววา สารทสญเสยอเลกตรอนและเลขออกซเดชนเพมขน (Zn) นถกออกซไดซ
• ปฏกรยารดกชน เปนปฏกรยาทมการรบอเลกตรอน โดย Cu2+ รบอเลกตรอนแลวกลายเปนอะตอมของ Cu
Cu2+ (aq) + 2e- Cu(s)
Cu2+ เมอรบอเลกตรอนแลวมเลขออกซเดชนลดลงจาก +2 เปน 0 ปฏกรยารดกชนจง
เปนปฏกรยาทมการลดลงของเลขออกซเดชน และอาจกลาววา สารทรบอเลกตรอนและมเลขออกซเดชนลดลง (Cu2+) นถกรดวซ
จากการทดลองท 9.1 จะพบวาในระบบทจมโลหะทองแดงลงในสารละลาย ZnSO4 พบวาไมมการเปลยนแปลงเกดขน แสดงวาโลหะทองแดงไมใหอเลกตรอนแก Zn2+ หรออาจกลาววา Zn2+ ไมสามารถรบอเลกตรอนจากโลหะทองแดงได
ท าใหทราบวาความสามารถในการใหอเลกตรอนของโลหะทงสองชนดไมเทากน โดยโลหะสงกะสใหอเลกตรอนไดดกวาโลหะทองแดง และไอออนของโลหะกมความสามารถในการรบอเลกตรอนแตกตางกน โดย Cu2+ รบอเลกตรอนไดดกวา Zn2+ ล าดบความสามารถในการใหและรบอเลกตรอนของสารแสดงไดดงน
• ความสามารถในการรบอเลกตรอน Ag+ > Cu2+ > Zn2+
• ความสามารถในการใหอเลกตรอน Zn > Cu > Ag
“โลหะใดเสยอเลกตรอนไดงาย ไอออนของโลหะนนจะรบอเลกตรอนไดยาก"
ปฏกรยาทสารใหอเลกตรอน เรยกวา ปฏกรยาออกซเดชน สวนปฏกรยาทสารรบอเลกตรอนเรยกวา ปฏกรยารดกชน
ปฏกรยาออกซเดชนและรดกชนจดเปนครงปฏกรยา รวมเรยกวา ปฏกรยารดอกซ
สารทใหอเลกตรอน เรยกวา ตวรดวซ
สารทรบอเลกตรอน เรยกวา ตวออกซไดซ
สารทเสยอเลกตรอนไป เรยกวา ถกออกซไดซ
สารทไดอเลกตรอนมา เรยกวา ตวรดวซ
จงพจารณาวาปฏกรยาใดเปนปฏกรยารดอกซ?
• 2MnO4-(aq) + 5H2S(aq) +6H+(aq) 2Mn2+ (aq) +8H2O (l)+ 5S(s)
• Cd(s) + NiO2(aq) + 2H2O(l) Cd(OH)2 + Ni(OH)2
• FeS + HCl FeCl2 + H2S
• 5BiO3- + 2Mn2+ + 14H+ 2MnO4
- + 5Bi3+ + 7H2O
• Zn + MnO4- + H2O Zn2++ MnO2 + OH-
• 6Fe2+ + Cr2O72- + 14H+ 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O
การดลสมการรดอกซ
การดลสมการรดอกซ
• การเขยนสมการแสดงปฏกรยาทถกตองจะตองเปนสมการทดลแลว นนคอจ านวนอะตอมของแตละธาตและผลรวมประจไฟฟาของสารตงตนและผลตภณฑตองเทากน
2Ca(s) + O2(g) 2CaO(s)
P4(s) + 5O2(g) P4O10(s)
2Fe3+ (aq) + 2I-(aq) 2Fe2+
การดลสมการโดยใชเลขออกซเดชน
• หลกการส าคญ คอ ท าใหเลขออกซเดชนของธาตหรอไอออนทเพมขนใหเทากบเลขออกซเดชนของธาตทลดลง จากนนดลอะตอมอนทเลขออกซเดชนไมเปลยนแปลง
• ตรวจความถกตองโดย นบจ านวนอะตอมของธาตและประจไฟฟาทงสารตงตนและผลตภณฑจะตองเทากน
ตวอยางการดลสมการโดยใชเลขออกซเดชน
ตวอยางท 1
• เมอจมโลหะอะลมเนยมลงในสารละลายทม Zn2+ พบวาโลหะอะลมเนยมสวนทจมอยในสารละลายกรอนไป จงเขยนสมการแสดงปฏกรยาทเกดขนและดลสมการ
• สารต งตนในปฏกรยาน ไดแก โลหะอะลม เนยม (Al) และสารละลายZn2+ สวนผลตภณฑทเกดอะลมเนยมกรอนไปแสดงวา โลหะอะลมเนยมใหอเลกตรอนเกดเปน Al3+ สวนในสารละลายซงม Zn2+ ละลายอยจงรบอเลกตรอนเกดเปนโลหะสงกะส(Zn) เขยนสมการไดดงน
Al(s) + Zn2+ (aq) Al3+ + Zn(s)
• ขนท 1 หาเลขออกซเดชนของธาตหรอไอออนในปฏกรยาเพอใหทราบตวรดวซและตวออกซไดซ
Al(s) + Zn2+ (aq) Al3+ + Zn(s)
• ขนท 2 หาเลขออกซเดชนทเพมขนของตวรดวซและเลขออกซเดชนทลดลงของตวออกซไดซ ดงน
Al(s) + Zn2+ (aq) Al3+ + Zn(s)
0 +2 +3 0
ตวออกซไดซ O.N. ลดลง 2
ตวรดวซ O.N. เพมขน 3
• ขนท 3 ท าเลขออกซเดชนของตวรดวซและตวออกซไดซใหเทากน โดยเตม 2 หนา Al(s) กบ Al3+ (aq) และเตม 3 หนา Zn2+ (aq) กบ Zn(s)
2Al(s) + 3Zn2+ (aq) 2Al3+ + 3Zn(s)
ตวรดวซ เพมขน (2)×3 = 6
ตวออกซไดซ ลดลง (3)×2 = 6
• ขนท 4 ตรวจสอบจ านวนอะตอมของแตละธาตและผลรวมประจไฟฟาของสารตงตนกบผลตภณฑใหเทากน
2Al(s) + 3Zn2+ (aq) 2Al3+ + 3Zn(s)
0 3(+2) 2(+3) 0
6+ 6+
ประจไฟฟา
ผลรวมประจไฟฟา
• ในกรณนมจ านวนอะตอมของแตละธาตและผลรวมประจไฟฟาของสารตงตนเทากบผลตภณฑ แสดงวาสมการรดอกซนดลแลว
ใหนกเรยนดลสมการรดอกซตอไปนSn(s) + Cr3+ (aq) Sn2+ (aq) + Cr(s)
Ca(s) + Li+ (aq) Ca2+ (aq) + Li(s)
Fe3+ (aq)+ I-(aq) Fe2+ (aq) + I2(aq)FeCl3 + SnCl2 FeCl2 + SnCl4
เฉลย
3Sn(s) + 2Cr3+ (aq) 3Sn2+ (aq) + 2Cr(s)
Ca(s) + 2Li+ (aq) Ca2+ (aq) + 2Li(s)
2Fe3+ (aq)+ 2I-(aq) 2Fe2+ (aq) + I2(aq)
2FeCl3 + SnCl2 2FeCl2 + SnCl4
ตวอยางท 2 จงดลสมการZn(s)+KMnO4(aq)+H2SO4(aq) ZnSO4(aq)+MnSO4(aq)+K2SO4(aq)+H2O(l)
ขนท 1 หาเลขออกซเดชนของธาตหรอไอออนในปฏกรยาเพอใหทราบตวรดวซและตวออกซไดซ
Zn(s)+KMnO4(aq)+H2SO4(aq) ZnSO4(aq)+MnSO4(aq)+K2SO4(aq)+H2O(l)
ขนท 2 หาเลขออกซเดชนทเพมขนของตวรดวซและเลขออกซเดชนทลดลงของตวออกซไดซ และท าเลขออกซเดชนของตวรดวซและตวออกซไดซใหเทากน
0 +1 +7 -8 +2 +6 -8 +2 +6 -8 +2 +6 -8 +1 +6 -2 +2 -2
5Zn(s)+2KMnO4(aq)+H2SO4(aq) 5ZnSO4(aq)+2MnSO4(aq)+K2SO4(aq)+H2O(l)
0 +7 +2+2
ตวรดวซ O.N. เพมขน (5) × 2 = 10
ตวออกซไดซ O.N. ลดลง (2) × 5 = 10
• ขนท 3 ดลจ านวนอะตอมทเลขออกซเดชนไมเปลยน ในทนคอ H O และ S เพอความสะดวกใหดลเปนกลม ดงน
1. ดลหม SO42- โดยเตม 8 หนา H2SO4
2. ดลจ านวนอะตอมของ O และ H โดยเตม 8 หนา H2O
5Zn(s)+2KMnO4(aq)+8H2SO4(aq) 5ZnSO4(aq)+2MnSO4(aq)+K2SO4(aq)+8H2O(l)
• ขนท 4 ตรวจสอบจ านวนอะตอมของแตละธาตและผลรวมประจไฟฟาของสารตงตนกบผลตภณฑใหเทากน
ตวอยางท 3 จงดลสมการตอไปน
Sb2O3 + HNO3 + H+ Sb + H2O + NO2
สรปวธดลสมการโดยใชเลขออกซเดชน
• ขนท 1 หาเลขออกซเดชนของธาตหรอไอออนในปฏกรยาเพอใหทราบตวรดวซและตวออกซไดซ
• ขนท 2 ดลจ านวนอะตอมทมเลขออกซเดชนเปลยนแปลง
• ขนท 3 ท าผลรวมของเลขออกซเดชนทเพมขนและลดลงใหเทากน
• ขนท 4 ดลจ านวนอะตอมของธาตทเลขออกซเดชนไมเปลยนแปลงทงสารตงตนและผลตภณฑใหเทากน โดยเรมจากโมเลกลใหญกอน
• ขนท 5 ตรวจสอบความถกตอง
ไมยากเลยใชมยคะ งนพวกเราลองท าบางซ????
• ใหนกเรยนแบงกลมออกเปน 5 กลม กลมละ 8 คน
- หวหนากลมจบฉลากเลอกขอ
- เขยนลงในกระดาษบรพ
- น าเสนอหนาชนเรยน
- ทกคนในกลมตองเขาใจและท าไดในหวขอทไดรบในกลม
- จบฉลากโดยการสมคนในกลมออกมาน าเสนอ
- ใหแตละกลมท าฉลาก เขยนเลขทลงในฉลาก
4
23
11
4
2
3
55
ค าถาม
1. KMnO4 + H2C2O4 + HCl MnCl2 + KCl + CO2 + H2O
2. KMnO4+FeSO4+H2SO4 K2SO4+MnSO4+Fe2(SO4)3+H2O
3. CrO42- + SO3
2- + H2O Cr(OH)4- + SO4
2- + OH-
4. MnO4- + NO2
- + H2O NO3- + MnO2 + OH-
5. KMnO4+ KNO2 + H2SO4 MnSO4 + H2O + KNO3 +K2SO4