Applications des Réactions Redox
Les réactions d'oxydoréduction ont de nombreuses applications pratiques dans notre vie quotidienne et dans l'industrie.
1. Piles Électrochimiques
Conversion d'énergie chimique en énergie électrique.
- Pile Leclanché (pile saline): Zn/MnO₂
- Pile alcaline: Zn/MnO₂ en milieu basique
- Pile au lithium: haute densité énergétique
- Accumulateurs (batteries rechargeables)
2. Électrolyse
Utilisation d'énergie électrique pour provoquer une réaction redox non spontanée.
| Application | Exemple |
|---|---|
| Production d'aluminium | Électrolyse de l'alumine |
| Chlor-alkali | Production de Cl₂, NaOH, H₂ |
| Électroraffinage | Purification du cuivre |
| Électroplacage | Dépôt de chrome, nickel, or |
3. Corrosion des Métaux
Oxydation spontanée des métaux exposés à l'air et à l'eau.
- Corrosion du fer: formation de rouille (Fe₂O₃·nH₂O)
- Protection cathodique: utilisation d'un métal sacrificiel (Zn, Mg)
- Revêtements protecteurs: peinture, galvanisation
Exercice: Écrivez les demi-équations redox pour la pile Zn/Cu²⁺.
Réduction à la cathode: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu
Réaction globale: Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu
Exercice: Calculez la masse d'aluminium produite en 2h par un courant de 10A (F=96500 C/mol, M(Al)=27 g/mol).
Al³⁺ + 3e⁻ → Al donc n(e⁻) = 3n(Al)
n(e⁻) = Q/F = 72000/96500 = 0,746 mol
n(Al) = n(e⁻)/3 = 0,249 mol
m(Al) = n×M = 0,249 × 27 = 6,72 g
Applications of Redox Reactions
Redox reactions have numerous practical applications in our daily lives and industry.
1. Electrochemical Cells
Conversion of chemical energy into electrical energy.
- Leclanché cell (dry cell): Zn/MnO₂
- Alkaline battery: Zn/MnO₂ in basic medium
- Lithium battery: high energy density
- Accumulators (rechargeable batteries)
2. Electrolysis
Use of electrical energy to drive a non-spontaneous redox reaction.
| Application | Example |
|---|---|
| Aluminum production | Electrolysis of alumina |
| Chlor-alkali industry | Production of Cl₂, NaOH, H₂ |
| Electrorefining | Copper purification |
| Electroplating | Deposition of chrome, nickel, gold |
3. Metal Corrosion
Spontaneous oxidation of metals exposed to air and water.
- Iron corrosion: rust formation (Fe₂O₃·nH₂O)
- Cathodic protection: use of sacrificial metal (Zn, Mg)
- Protective coatings: paint, galvanization
Exercise: Write the redox half-equations for the Zn/Cu²⁺ cell.
Reduction at cathode: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu
Overall reaction: Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu
Exercise: Calculate the mass of aluminum produced in 2h by a current of 10A (F=96500 C/mol, M(Al)=27 g/mol).
Al³⁺ + 3e⁻ → Al so n(e⁻) = 3n(Al)
n(e⁻) = Q/F = 72000/96500 = 0.746 mol
n(Al) = n(e⁻)/3 = 0.249 mol
m(Al) = n×M = 0.249 × 27 = 6.72 g
氧化还原反应的应用
氧化还原反应在我们的日常生活和工业中有许多实际应用。
1. 电化学电池
将化学能转化为电能。
- 勒克朗谢电池（干电池）: Zn/MnO₂
- 碱性电池: 碱性介质中的Zn/MnO₂
- 锂电池: 高能量密度
- 蓄电池（可充电电池）
2. 电解
利用电能驱动非自发的氧化还原反应。
| 应用 | 示例 |
|---|---|
| 铝生产 | 氧化铝电解 |
| 氯碱工业 | 生产Cl₂、NaOH、H₂ |
| 电解精炼 | 铜的纯化 |
| 电镀 | 镀铬、镍、金 |
3. 金属腐蚀
暴露在空气和水中的金属的自发氧化。
- 铁腐蚀: 形成铁锈（Fe₂O₃·nH₂O）
- 阴极保护: 使用牺牲金属（Zn、Mg）
- 保护涂层: 油漆、镀锌
练习： 写出Zn/Cu²⁺电池的氧化还原半反应。
阴极还原: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu
总反应: Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu
练习： 计算10A电流在2小时内产生的铝的质量（F=96500 C/mol，M(Al)=27 g/mol）。
Al³⁺ + 3e⁻ → Al 所以 n(e⁻) = 3n(Al)
n(e⁻) = Q/F = 72000/96500 = 0.746 mol
n(Al) = n(e⁻)/3 = 0.249 mol
m(Al) = n×M = 0.249 × 27 = 6.72 g
ការអនុវត្តនៃប្រតិកម្មអុកស៊ីតកម្មនិងការកាត់បន្ថយ
ប្រតិកម្មអុកស៊ីតកម្មនិងការកាត់បន្ថយមានការអនុវត្តជាក់ស្តែងជាច្រើននៅក្នុងជីវិតប្រចាំថ្ងៃ និងឧស្សាហកម្មរបស់យើង។
១. កុងដែលអេឡិកត្រូកីមី
ការបំលែងថាមពលគីមីទៅជាថាមពលអគ្គីសនី។
- ថ្ម Leclanché (ថ្មស្ងួត): Zn/MnO₂
- ថ្មអាល់កាឡាំង: Zn/MnO₂ ក្នុងមជ្ឈដ្ឋានបាស
- ថ្មលីទីអ៊ីយ៉ុម: ដង់ស៊ីតេថាមពលខ្ពស់
- អាគ់ម៉ុយឡាទ័រ (ថ្មអាចសាកឡើងវិញ)
២. អេឡិកត្រូលីស
ការប្រើប្រាស់ថាមពលអគ្គីសនីដើម្បីបង្កើតប្រតិកម្មអុកស៊ីតកម្មដែលមិនកើតឡើងដោយខ្លួនឯង។
| ការអនុវត្ត | ឧទាហរណ៍ |
|---|---|
| ផលិតអាលុយមីញ៉ូម | អេឡិកត្រូលីសអាលុយមីណា |
| ឧស្សាហកម្មក្លរ-អាល់កាឡាំង | ផលិត Cl₂, NaOH, H₂ |
| ការកែច្នៃដោយអេឡិកត្រូលីស | ការសំអាតទង់ដែង |
| ការបន្តក់ដោយអេឡិកត្រូលីស | ការដាក់ស្រទាប់ក្រូម្ម៉ាញ៉ូម, នីកើល, មាស |
៣. ការខ្វះរលួយរបស់លោហៈ
ការអុកស៊ីតកម្មដោយខ្លួនឯងនៃលោហៈដែលប៉ះទង្គិចនឹងខ្យល់ និងទឹក។
- ការខ្វះរលួយដែក: ការបង្កើតសំរាមដែក (Fe₂O₃·nH₂O)
- ការការពារកាតូត: ការប្រើលោហៈបូជា (Zn, Mg)
- ស្រទាប់ការពារ: ថ្នាំលាប, ការហ្គាល់វ៉ាន់
លំហាត់៖ សរសេរសមីការពាក់កណ្តាលអុកស៊ីតកម្មសម្រាប់កុងដែល Zn/Cu²⁺។
ការកាត់បន្ថយនៅកាតូត: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu
ប្រតិកម្មសរុប: Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu
លំហាត់៖ គណនាម៉ាសអាលុយមីញ៉ូមដែលផលិតក្នុងរយៈពេល ២ម៉ោងដោយចរន្ត ១០A (F=96500 C/mol, M(Al)=27 g/mol)។
Al³⁺ + 3e⁻ → Al ដូច្នេះ n(e⁻) = 3n(Al)
n(e⁻) = Q/F = 72000/96500 = 0.746 mol
n(Al) = n(e⁻)/3 = 0.249 mol
m(Al) = n×M = 0.249 × 27 = 6.72 g