Electrochemistry: Chemical Change a

Electrochemistry: Chemical Change and Electrical Work


I.
I.REDOX REACTIONS AND ELECTROCHEMICAL CELLS
Whether an electrochemical process releases or absorb free energy .It always involves the moment of electrons from one chemical species to another through an oxidation-reduction reaction. In this section,we review the redox process and describe the half reaction method of balancing redox reactions. Then we see how such reactions are used in the two types of electrochemical cells
A. Quick Review of Oxidation-Reduction Concepts
In electrochemical reactions,as in any redox process ,oxidation is a loss of electron and reduction is the gain of electron .An oxidizing agent is the species that does the oxidizing ,taking electrons from the substance being reduced.after the reaction ,the oxidized substance has a higher(more positive or less negative)oxidation number,and the reduced substance has a lower(less positive or more negative) one.
Keep in mind three key points:
+Oxidation:accompanies reduction(electron gain)
+The oxidizing agent is reduced,and the reducing agent oxidized
+The total number of electrons gained by the atoms /ions of the oxidizing agent always equals the total number lost by the atoms/ions of the reducing agent.

Figure 21.1A summary of redox terminology, as applied to the reaction of zinc with hydrogen ion.
PROCESS 0 +1 +2 0
| | | |
Zn(s) + 2H+(aq)  Zn2+(aq) + H2(g)
OXIDATION
One reactant loses electrons.
Reducing agent is oxidized.
Oxidation number increases.
Zinc loses electrons.
Zinc is the reducing agent and becomes oxidized.
The oxidation number of Zn increases from 0 to +2.


REDUCTION
Other reactant gains electrons.
Oxidizing agent is reduced.

Oxidation number decreases.
Hydrogen ion gains electrons.
Hydrogen ion is the oxidizing agent and becomes reduced.
The oxidation number of H decreases from +1 to 0.



Half-Reaction Method for Balancing Redox Reactions
-It drivides the overall redox reaction into oxidation and reduction half-reactions.Each half –Reactions is balanced for atoms and charge.Then,one or both are multiplied by some interger to make electron gained equal electron lost,and the half –reactions are recom-bined to give the balanced redox equation.The half –reaction method is commononly used for studying electrochemistry because:
It separates the oxidation and reduction steps,which reflects their actual physical separation in electrochemical cells.
It is readily applied to redox reactions that take place in acidic or basic solution,which is common in these cells
It(usually )does not require assigning O.N.s(In cases where the half-reactions are not obvious,we assign O.N.s to determine which atoms undergo a change and write half-reactions with the species that contain those atoms).
Steps in the Half-Reaction Method The balancing process begins with a “skeleton” ionic reaction that consists of only species that are oxidized and reduced. Here are the steps in the half-reaction method:
Step 1. Divide the skeleton reaction into two half-reactions. Each half-reaction contains the oxidized and reduced forms of one of the species: if the oxidized form of a species is on the left side, the reduced form must be on the right, and vice versa.
Step 2. Balance the atoms and charges in each half-reaction.
Atoms are balanced in this order: atoms other than O and H, then O, then H.
Charge is balanced by adding electrons (e–) to the left side in the reduction half-reaction because the reactant gains them and to the right side in the oxidation half-reaction because the reactant loses them.
Step 3. If necessary, multiply one or both half-reactions by an integer so that
number of e– gained in reduction = number of e– lost in oxidation
Step 4. Add the balanced half-reactions, and include states of matter.
Step 5. Check that the atoms and charges are balanced.

Ficgure 21.2.The redox reaction between dichromate ion and iodide.


Balancing Redox Reactions in Acidic Solution For a reaction in acidic solution, H2O molecules and H+ ions are present for the balancing. We’ve usually used H3O+to indicate the proton in water, but we use H+ in this chapter because it makes the balancing simpler. To make that point, we’ll also balance this first reaction with H3O+to show that the only difference is in the number of water molecules.
The reaction between dichromate ion and iodide ion to form chromium(III) ion and solid iodine occurs in acidic solution (see photo). The skeleton ionic reaction is
Cr2O72–(aq)+ I-(aq) Cr3+(aq)+ I2(s) [ acidic solution ]

Step 1. Divide the reaction into half-reactions. Each half-reaction contains the oxidized and reduced forms of one species:
Cr2O72–Cr3+
I-I2
Step 2. Balance atoms and charges in each half-reaction. We use H2O to balance O, H+ to balance H, and e- t

Kết quả (Việt) 1:

Điện hóa học: Hóa chất thay đổi và điện làm việcTôi. PHẢN ỨNG CỦA I.REDOX VÀ TẾ BÀO ELECTROCHEMICALCho dù một quá trình điện hóa phát hành hoặc hấp thụ năng lượng miễn phí. Nó luôn luôn liên quan đến thời điểm điện tử từ một hóa chất loài khác thông qua một phản ứng oxidation-reduction. Trong phần này, chúng tôi xem xét lại quá trình ôxi và mô tả phương pháp phản ứng nửa cân bằng phản ứng redox. Sau đó chúng tôi xem như thế nào phản ứng như vậy được sử dụng trong hai loại tế bào electrochemicalA. nhanh chóng xem lại các khái niệm Oxidation-Reduction Trong phản ứng điện hóa, cũng như ở bất kỳ quá trình ôxi, quá trình oxy hóa là một mất mát của điện tử và giảm là đạt được của điện tử. Một tác nhân ôxi hóa là loài có oxy hóa, tham gia các điện tử từ các chất là reduced.after phản ứng, các chất oxy hóa cao hơn có số ôxi hóa (tích cực hoặc tiêu cực ít), và giảm chất có thấp hơn (ít tích cực hay tiêu cực hơn). Hãy ghi nhớ 3 điểm chính:+ Quá trình oxy hóa: đi kèm với giảm (điện tử đạt được)+ Tác nhân ôxi hóa được giảm và chất khử bị ôxi hóa+ Tổng số electron được bằng /ions nguyên tử của tác nhân ôxi hóa luôn luôn bằng với tổng số mất của các nguyên tử/ion của chất khử. Hình 21.1A bản tóm tắt của thuật ngữ redox, như được áp dụng cho các phản ứng của kẽm với hydrogen ion.QUÁ TRÌNH 0 + 1 + 2 0 | | | |Zn(s) + 2H+(aq)  Zn2+(aq) + H2(g)QUÁ TRÌNH OXY HÓA Một trong những chất mất electron. Chất khử bị ôxi hóa. Quá trình oxy hóa số tăng lên. Kẽm mất electron.Kẽm là chất khử và trở nên bị ôxi hóa.Số ôxi hóa của Zn tăng từ 0 đến + 2. GIẢM Chất lợi nhuận điện tử. Tác nhân ôxi hóa được giảm. Số ôxi hóa giảm. Hydrogen ion thu electron. Hydrogen ion là tác nhân ôxi hóa và trở thành giảm. Số ôxi hóa h giảm từ + 1-0. Phương pháp phản ứng nửa cân bằng phản ứng Redox-Nó drivides các phản ứng redox tổng thể vào quá trình oxy hóa và giảm một nửa-phản ứng. Mỗi phản ứng nửa-được cân bằng cho các nguyên tử và phí. Sau đó, một hoặc cả hai là nhân của một số interger để thực hiện điện tử thu được bằng điện tử bị mất, và một nửa-phản ứng được bined recom để cung cấp cho các phương trình cân bằng redox. Phản ứng nửa-phương pháp là commononly được sử dụng cho nghiên cứu điện hóa học bởi vì: Nó chia tách các bước quá trình oxy hóa và giảm, mà phản ánh thực tế ly thân thể chất trong tế bào electrochemical. Nó dễ dàng áp dụng cho các phản ứng redox diễn ra trong dung dịch axít hoặc rất cơ bản, mà là phổ biến trong các tế bào (Thường) không cần giao việc O.N.s (trong trường hợp các phản ứng nửa đâu không rõ ràng, chúng tôi chỉ định O.N.s để xác định nguyên tử đó trải qua một sự thay đổi và viết một nửa-phản ứng với các loài có chứa những nguyên tử).Bước trong phương pháp phản ứng nửa cân bằng quá trình bắt đầu với một phản ứng ion "bộ xương" này chỉ chứa loài đang bị ôxi hóa và giảm. Dưới đây là các bước phương pháp nửa phản ứng:Bước 1. Chia bộ xương phản ứng thành hai nửa, phản ứng. Mỗi phản ứng nửa chứa oxy hóa và giảm các hình thức của một trong những loài: Nếu mẫu oxy hóa của một loài là bên trái, các hình thức giảm phải ở bên phải, và ngược lại. Bước 2. Cân bằng các nguyên tử và các chi phí trong mỗi nửa phản ứng. Nguyên tử được cân bằng theo thứ tự này: nguyên tử khác so với O và H, O, sau đó H. Phí được cân bằng bằng cách thêm các điện tử (e-) bên trái trong việc giảm nửa phản ứng bởi vì chất tăng chúng và bên phải trong quá trình oxy hóa phản ứng nửa vì chất mất chúng.Bước 3. Nếu cần thiết, nhân một hoặc cả hai nửa-phản ứng của một số nguyên do đósố e-đã đạt được trong giảm = số e-bị mất trong quá trình oxy hóaBước 4. Thêm nửa cân bằng phản ứng, và bao gồm các tiểu bang của vấn đề.Bước 5. Kiểm tra cân bằng các nguyên tử và các chi phí.Ficgure 21.2.The redox phản ứng giữa dicromat ion và iođua. Cân bằng phản ứng Redox trong axít giải pháp cho một phản ứng trong dung dịch axít, H2O phân tử và ion H + có mặt cho sự cân bằng. Chúng tôi thường sử dụng H3O + để biểu thị proton trong nước, nhưng chúng tôi sử dụng H + trong chương này bởi vì nó làm cho cân bằng sự đơn giản. Để làm cho thời điểm đó, chúng tôi cũng sẽ cân bằng phản ứng đầu tiên này với H3O + để hiển thị sự khác biệt duy nhất là số lượng các phân tử nước.Phản ứng giữa dicromat ion và iodua ion mẫu chromium(III) ion và i-ốt rắn xảy ra trong dung dịch axít (xem ảnh). Phản ứng ion bộ xương Cr2O72–(AQ) + I- (aq) Cr3+(aq) + I2(s) [axít giải pháp]Bước 1. Chia phản ứng thành nửa-phản ứng. Mỗi phản ứng nửa chứa oxy hóa và giảm các hình thức của một loài:Cr2O72-Cr3 +TÔI-I2Bước 2. Cân bằng các nguyên tử và các chi phí trong mỗi nửa phản ứng. Chúng tôi sử dụng H2O để cân bằng O, H + để cân bằng H và e-t

Kết quả (Việt) 2:

Điện hóa: Hóa học Thay đổi và làm việc Điện


I.
I.REDOX PHẢN ỨNG VÀ pin điện
dù một phiên bản quá trình điện hóa hoặc hấp thụ năng lượng miễn phí Nó luôn luôn liên quan đến thời điểm của các electron từ một loài hóa học khác thông qua một phản ứng oxy hóa khử. Trong phần này, chúng tôi xem xét các quá trình oxi hóa khử và mô tả các phương pháp phản ứng một nửa số cân bằng phản ứng oxi hóa khử. Sau đó, chúng ta thấy cách phản ứng như vậy được sử dụng trong hai loại tế bào điện hóa
A. Xem nhanh các khái niệm oxy hóa-Giảm
Trong các phản ứng điện hóa, như trong bất kỳ quá trình oxi hóa khử, quá trình oxy hóa là một sự mất mát của các electron và giảm là đạt được của electron .An tác nhân oxy hóa là những loài mà không được oxy hóa, lấy điện tử từ các chất bị giảm. sau khi phản ứng, các chất oxy hóa có một số quá trình oxy hóa (tích cực nhiều hơn hoặc ít tiêu cực) cao hơn, và các chất giảm có thấp hơn (ít tích cực hay tiêu cực hơn) một.
Hãy ghi nhớ ba điểm chính:
+ Quá trình oxy hóa: đi kèm với giảm (electron tăng)
+ các tác nhân oxy hóa giảm, và các chất khử oxy hóa
+ tổng số electron thu được bởi các nguyên tử / ion của các tác nhân oxy hóa luôn luôn bằng tổng số bị mất do các nguyên tử / ion của chất khử.

Hình 21.1A tóm tắt các thuật ngữ oxi hóa khử, như áp dụng cho các phản ứng của kẽm với ion hydro.
QUY TRÌNH 0 1 2 0
| | | |
Zn (s) + 2H + (aq)  Zn 2 + (aq) + H2 (g)
OXY HÓA
Một chất phản ứng mất electron.
Đại lý Giảm bị oxy hóa.
Số oxy hóa tăng.
Kẽm mất electron.
Kẽm là chất khử và bị oxy hóa.
Các quá trình oxy hóa số lượng Zn tăng 0-2.


gIẢM
khác tăng chất phản ứng electron.
oxy hóa chất là giảm.

số oxy hóa giảm.
tăng Hydrogen ion electron.
Hydrogen ion là chất oxi hóa, họ giảm.
số oxi hóa của H giảm từ 1 đến 0.



Phương pháp Half-Reaction phản ứng oxi hóa khử Balancing
-Nó drivides phản ứng oxi hóa khử toàn vào quá trình oxy hóa và giảm nửa reactions.Each nửa -Reactions được cân bằng cho các nguyên tử và charge.Then, một hoặc cả hai đều được nhân với một số interger để làm cho electron thu được electron bằng bị mất, và -reactions nửa đang được khuyến cáo-bined để cung cấp cho các oxi hóa khử cân bằng equation.The phương pháp nửa -reaction được commononly sử dụng để nghiên cứu điện hóa học vì:
Nó chia các quá trình oxy hóa và các bước giảm, phản ánh tách vật lý thực tế của họ trong các tế bào điện hóa .
Nó là dễ dàng áp dụng để khử các phản ứng xảy ra trong dung dịch axit hoặc cơ bản, đó là phổ biến trong các tế bào
này (thường) không yêu cầu giao oNS (trong trường hợp các nửa phản ứng này là không rõ ràng, chúng ta gán ons để xác định nguyên tử trải qua một sự thay đổi và viết nửa phản ứng với các loài có chứa những nguyên tử).
các bước trong Phương pháp Half-Reaction quá trình cân bằng bắt đầu với một "bộ xương" phản ứng ion mà bao gồm các loài duy nhất mà bị oxy hóa và giảm. Dưới đây là các bước trong phương pháp bán phản ứng:
Bước 1. Chia phản ứng xương thành hai nửa phản ứng. Mỗi nửa phản ứng chứa các dạng oxy hóa và giảm của một trong những loài: nếu các hình thức oxy hóa của một loài là ở phía bên trái, dưới hình thức giảm phải ở bên phải, và ngược lại.
Bước 2. Cân bằng các nguyên tử và phí . trong mỗi nửa phản ứng
nguyên tử được cân bằng theo thứ tự: các nguyên tử khác hơn O và H, sau đó O, sau đó H.
Charge được sự cân bằng cách thêm các điện tử (điện tử) về phía bên trái trong việc giảm nửa phản ứng vì tăng chất phản ứng họ và về phía bên phải trong quá trình oxy hóa bán phản ứng vì các chất phản ứng sẽ mất họ.
Bước 3. Nếu cần thiết, nhân một hoặc cả hai nửa phản ứng của một số nguyên để
số điện tử đã đạt được trong công tác giảm = số điện tử bị mất trong quá trình oxy hóa
Bước 4. Thêm các cân bằng nửa phản ứng, và bao gồm các trạng thái vật chất.
Bước 5. Kiểm tra các nguyên tử và các khoản phí được cân bằng.

phản ứng oxi hóa khử Ficgure 21.2.The giữa ion dicromat và iốt.


các phản ứng cân bằng oxi hóa khử trong axít giải pháp Đối với một phản ứng trong dung dịch axit, phân tử H2O và ion H + tồn tại cho cân bằng. Chúng tôi thường sử dụng H3O + để chỉ ra các proton trong nước, nhưng chúng tôi sử dụng H + trong chương này vì nó làm cho các cân đối đơn giản. Để làm cho thời điểm đó, chúng tôi cũng sẽ cân bằng phản ứng đầu tiên này với H3O + để cho thấy rằng sự khác biệt duy nhất là trong số các phân tử nước.
Phản ứng giữa ion dicromat và ion iođua và hình crom (III) ion và iốt rắn xảy ra trong dung dịch axit (xem ảnh). Các phản ứng ion xương là
Cr2O72- (aq) + I- (aq)  Cr3 + (aq) + I2 (s) [dung dịch axit]

Bước 1. Chia phản ứng vào nửa phản ứng. Mỗi nửa phản ứng chứa các dạng oxy hóa và giảm số lượng của loài:
Cr2O72-Cr3 +
I-I2
Bước 2. nguyên tử và các chi phí trong mỗi nửa phản ứng cân bằng. Chúng tôi sử dụng H2O để cân bằng O, H + để cân bằng H, và e- t

Kết quả (Việt) 3:

Việc thay đổi điện hóa học và điện hóa:I.Phản ứng i.redox và pin điện hóaDù là một quá trình giải phóng hay hấp thụ năng lượng điện hóa. Nó cũng liên quan đến thời khắc của điện tử, thông qua quá trình oxy hóa trong phản ứng hóa học tới một nơi khác.Trong lễ hội này, chúng tôi đã xem lại quá trình oxy hóa và mô tả quá trình cân bằng phân nửa của phản ứng oxy hóa khử.Sau đó, chúng ta thấy thế nào ở đó hai loại pin điện hóa được sử dụng trong phản ứng như thếA. Khái niệm hóa phục hồi nhanh chóng ReviewTrong phản ứng điện hóa, ở bất cứ quá trình oxy hóa quá trình oxy hóa mất điện tử cho điện tử phục hồi tăng. Chất oxy hóa do không bị oxy hóa, không reduced.after phản ứng với chất oxy hóa bằng điện tử, vật chất cao hơn (chính hay phụ) của vật chất có số oxy hóa, và giảm xuống thấp (không chính xác hoặc phụ).Ghi nhớ ba quan trọng:+ oxit: đi kèm phục hồi (khuếch đại điện tử)Giảm chất oxy hóa, hóa chất khử+ Chất oxy hóa của nguyên tử / ion đã được số điện tử luôn là chất khử ion nguyên tử / tổng số nguyên tử.Quá trình oxy hóa thuật ngữ đồ 21.1a Summary, áp dụng với hiđrô ion kẽm phản ứng.Quá trình 0 + 1 + 0| | | |Zn (s) + 2H + (AQ)  Zn2+ (AQ) + H2 (g)OxitMột phản ứng vật mất điện.Chất khử bị oxy hóa.Trạng thái ôxy hóa tăng.Kẽm mất điện.Kẽm là chất khử, và đã bị oxy hóa.Kẽm oxit của của số từ 0 lên đến 2.Phục hồiPhản ứng khác vật nhận điện tử.Chất oxy hóa giảm.Trạng thái ôxy hóa giảm.Ion hydro khuếch đại điện tử.Ion hydro là một chất oxy hóa, và giảm.H số oxy hóa giảm từ 1 đến 10.Cân bằng phân nửa của phản ứng oxy hóa khử.Đây drivides the overall oxy hóa khử và oxy hóa khử half-reactions.each cân bằng nửa – nguyên tử và tấn công. Sau đó, một hoặc hai lần một số nguyên cho điện đạt đẳng điện bị mất, và nửa – phản ứng liên hợp giới thiệu cho cân bằng phương trình phản ứng quá trình oxy hóa. Nửa – Pháp là commononly được sử dụng vì nghiên cứu điện hóa:Nó tách các oxit và phục hồi các bước, điều này phản ánh thực tế của họ trong pin điện hóa tách vật lý.Nó rất dễ dàng để áp dụng trong dung dịch axit hay Kiềm Trung, đây là phổ biến ở những tế bào này xảy ra trong quá trình oxy hóa của phản ứngNó (thường) không cần cho O.N.s (ở nửa phản ứng không rõ ràng, vụ án sẽ O.N.s chắc chắn xảy ra và chứa những nguyên tử thay đổi kiểu nguyên tử viết nửa phản ứng).Ở nửa bước phản ứng trong quá trình cân bằng phương pháp bắt đầu với "bộ xương" phản ứng ion, bởi chỉ có trong họ Cerambycidae, bị oxy hóa và giảm.Đây là phương pháp phản ứng trong nửa bước:Bước 1.Sẽ phản ứng Xương chia làm hai nửa của phản ứng.Mỗi nửa của phản ứng là một loài chứa oxy hóa và phục hồi dưới hình thức: nếu một loài dạng ôxít là ở bên trái, giảm form phải ở bên phải, và ngược lại.Bước 2.Cân bằng nửa trong phản ứng của nguyên tử và tấn công.Trong thứ tự này là cân bằng trong nguyên tử của nguyên tử: ngoại trừ O và H, và O, sau đó.Thông qua phản ứng trong phục hồi nửa trong tham gia electron (E) để cân bằng, bởi vì phản ứng oxy hóa vật ở nửa trong phản ứng được chúng, và phản ứng oxy hóa trong nửa bên phải, bởi vì phản ứng vật mất chúng.Bước thứ 3.Nếu cần thiết, nhân một hay hai nửa của phản ứng nguyên, khiếnGiảm số lượng trong giảm = E - mất trạng thái ôxy hóaBước 4.Thêm cân bằng nửa của phản ứng, bao gồm cả trạng thái của vật chất.Bước 5.Kiểm tra và có cân bằng điện tích nguyên tử.Ficgure 21.2.the nặng crôm và gốc A - xít Ion iốt giữa ion oxy hóa khử.Trong dung dịch axit trong dung dịch axit phản ứng ở trong cân bằng oxy hóa khử, H và H + 2 phân tử ion là tồn tại ở thế cân bằng.Chúng tôi thường dùng có nghĩa là nước H3O+ proton, nhưng chúng ta sử dụng h + trong chương này, vì nó làm cho cân bằng đơn giản hơn.Để cho nó một chút, chúng ta cũng sẽ cân bằng với H3O+ phản ứng này cho thấy sự khác biệt duy nhất là nước số phân tử.Gốc A - xít Ion nặng crôm và phản ứng tạo thành ion iốt giữa của crom (III) ion iốt trong dung dịch có tính axit và xảy ra trong ().Bộ Xương phản ứng ionĐúng – (- AQ) + I (- AQ)  Cr3 + (AQ) + I2 (s) [acid]Bước 1.Sẽ cho phản ứng phân nửa của phản ứng.Mỗi nửa của phản ứng là một loài chứa oxy hóa và phục hồi dưới hình thức:Đúng –  Cr3+Tôi  I2Bước 2.Cứ mỗi nửa cân bằng phản ứng của các nguyên tử và tấn công.Chúng ta sử dụng nước cân bằng cán cân của H + O, H, và E - T