1. เชลล์ไฟฟ้า
เคมี
นภาจิตร ดุสดี

2. กระบวนการทางเคมีไฟฟ้า
(electrochemical process) หมายถึง
ปฏิกิริยาเคมีที่ทำาให้เกิดการ
เปลี่ยนแปลงระหว่างพลังงานไฟฟ้าและ
พลังงานเคมี ซึ่งมี 2 ประเภท คือ
• spontaneous process เป็นกระบวน
การที่เกิดขึ้นได้เอง และ มีการปลด
ปล่อยพลังงานไฟฟ้าออกมาจาก
ปฏิกิริยา
เคมีไฟฟ้า

3. 2Mg (s) + O2 (g) 2MgO (s)
ปฏิกิริยาเคมีที่ทำาให้มีการเปลี่ยนแปลงพลังงาน
ไฟฟ้าและเคมีจะเกี่ยวข้องกับการถ่ายเท
อิเล็กตรอนของสารเคมีที่เรียกว่า ปฏิกิริยารี
ดอกซ์ (redox reaction) โดยสารที่รับ
อิเล็กตรอนในปฏิกิริยา เรียกว่าตัวออกซิไดซ์
(oxidizing agent) และ สารให้อิเล็กตรอน
เรียกว่า ตัวรีดิวซ์ (reducing agent)
0 0 2+2-
oxidantreductant
ขออกซิเดชันเพิ่มขึ้นเลขออกซิเดชันลดลง
2Mg 2Mg2+
+ 4e-
O2 + 4e-
2O2-
ation half-reaction (lose e-
)
uction half-reaction (gain e-
)

4. เลขออกซิเดชัน
ประจุสมมุติบนอะตอมของธาติในสารประกอบหรือไอออน
เมื่อคิดว่าสารประกอบหรือไอออนนั้นเป็นไอออนิก คือ มีการ
ถ่ายเทอิเล็กตรอนระหว่างธาตุอย่างสมบูรณ์
1.ธาตุอิสระมีเลขออกซิเดชันเป็น
ศูนย์Na, Be, K, Pb, H2, O2, P4 = 0
2.ไอออนของธาตุอะตอมเดียวมีเลข
ออกซิเดชันเท่ากับประจุ
Li+
, Li = +1; Fe3+
, Fe = +3; O2-
, O = -2
3.โดยปกติออกซิเจนอะตอมมีเลข
ออกซิเดชันเป็น –2 แต่ออกซิเจน
ใน H2O2 และ O2
2-
เป็น –1

5. 4.ไฮโดรเจนมีเลขออกซิเดชันเป็น +1
ยกเว้น เมื่อเป็นสารประกอบไฮได
รด์ของโลหะซึ่งมีเลขออกซิเดชัน
เป็น –1.
• ผลรวมของเลขออกซิเดชันของ
ธาตุทุกตัวในโมเลกุลเป็นศูนย์ หรือ
เท่ากับประจุของไอออน
5.โลหะหมู่ IA มีเลขออกซิเดชันเป็น
+1, โลหะหมู่ IIA มีเลขออกซิเดชัน
เป็น +2 และฟรูออรีนเป็น –1 เสมอ
HCO3
-
O = -2 H = +1
3x(-2) + 1 + ? = -1
C = +4
เลขออกซิเดชัน
ของ C ใน
HCO3
-
เป็น

6. 1.เขียนปฏิกิริยาที่ยังไม่ดุล
ดุลปฏิกิริยาออกซิเดชันของ Fe2+
เป็น
Fe3+
โดย Cr2O7
2-
ในสารละลายกรด
Fe2+
+ Cr2O7
2-
Fe3+
+ Cr3+
2.แยกเขียนครึ่งปฏิกิริยา
Oxidation:
Cr2O7
2-
Cr3+
+6 +3
Reduction:
Fe2+
Fe3+
+2 +3
3.ดุลอะตอมของธาตุที่ไม่ใช่ O และ H ใน
แต่ละครึ่งปฏิกิริยาCr2O7
2-
2Cr3+
การดุลปฏิกิริยารีดอกซ์

7. 4.ในกรดเติม H2O และ H+
เพื่อดุล O และ
H อะตอมตามลำาดับCr2O7
2-
2Cr3+
+ 7H2O
14H+
+ Cr2O7
2-
2Cr3+
+ 7H2O
5.เติม e-
เพื่อดุลประจุ
Fe2+
Fe3+
+ 1e-
+ 14H+
+ Cr2O7
2-
2Cr3+
+ 7H2O
6.ดุลจำานวนของอิเล็กตรอนที่ให้และรับ
ให้เท่ากัน6Fe2+
6Fe3+
+ 6e-
+ 14H+
+ Cr2O7
2-
2Cr3+
+ 7H2O
การดุลปฏิกิริยารีดอกซ์

8. 7.รวมครึ่งปฏิกิริยาทั้งสองเข้าด้วยกัน
โดยจำานวน e-
ต้องหักล้างกันหมดพอดี
6e-
+ 14H+
+ Cr2O7
2-
2Cr3+
+ 7H2
6Fe2+
6Fe3+
+ 6e-
Oxidation:
Reduction:
H+
+ Cr2O7
2-
+ 6Fe2+
6Fe3+
+ 2Cr3+
+ 7H
8.ตรวจสอบจำานวนอะตอมและประจุทั้งสอง
ข้างต้องดุลH: 14 = 7 x 2
Cr: 2 = 2
O: 7 = 7
Fe: 6 = 6
Charge: 14x1 – 2 + 6x2 = 24 =
การดุลปฏิกิริยารีดอกซ์

9. 9.สำาหรับปฏิกิริยาในเบสให้เติม OH-
ลง
บนทั้งสองข้างของปฏิกิริยา ให้เท่ากับ
จำานวน H+
ที่เหลืออยู่4H+
+ Cr2O7
2-
+ 6Fe2+
6Fe3+
+ 2Cr3+
+ 7H2O
14H2O + Cr2O7
2-
+ 6Fe2+
6Fe3+
+
2Cr3+
+ 7H2O + 14 OH-
7H2O + Cr2O7
2-
+ 6Fe2+
6Fe3+
+ 2Cr3+
+ 14 OH-
H: 7 x 2 = 14
Cr: 2 = 2
O: 7 + 7 = 14
Fe: 6 = 6
Charge: – 2 + 6 x 2 = 10 =
การดุลปฏิกิริยารีดอกซ์

10. การดุลสมการรีดอกซ์
4.8
-1 +6 +3
3CH3CH2OH + Cr2O7
2-
CH3COOH + Cr3+
+3
-3
+4
32 4
3CH2OH + 2Cr2O7
2-
+ 16H+
3CH3COOH + 4Cr3+
+ 11
3CH2OH + 2Cr2O7
2-
+ 5H2O3CH3COOH + 4Cr3+
+ 16
ประจุ: -4 + 16 = +12
+12
H: 3x6 + 16 = 34 3x4 +
11x2 = 34
O: 3 + 2x7 = 17 3x2
+ 11 = 17
ประจุ: -4 +12 -
16 = -4
H: 3x6 + 5x2 = 28 3x4 +
16 = 28
O: 3 + 2x7 + 5 = 22 3x2 +

11. spontaneous
redox reaction
anode
oxidation
cathode
reduction
เซลล์ไฟฟ้าเคมี

12. ความต่างศักย์ระหว่าง
แอโนดและแคโทด
เรียกว่า
• cell voltage
• electromotive
แผนภาพ
เซลล์
) + Cu2+
(aq) Cu (s) + Zn2+
(aq)
[Cu2+
] = 1 M & [Zn2+
] = 1 M
) | Zn2+
(1 M) || Cu2+
(1 M) | Cu (s)
anode cathode
เซลล์ไฟฟ้าเคมี

13. (s) | Zn2+
(1 M) || H+
(1 M) | H2 (1 atm) | Pt
2e-
+ 2H+
(1 M) H2 (1 atm)
Zn (s) Zn2+
(1 M) + 2node (oxidation):
thode (reduction):
Zn (s) + 2H+
(1 M) Zn2+
+ H2 (1 atm)
ความต่างศักย์ของเซลล์ไฟฟ้าเคมี

14. Standard reduction potential (E0
)
เป็นศักย์ไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยา
รีดักชันที่ขั้วอิเล็กโทรด ณ ความเข้ม
ข้นสารเป็น 1 M และความดันแก๊สเป็น
1 atm
E 0
= 0 V
ard Hydrogen Electrode (SHE)
2e-
+ 2H+
(1 M) H2 (1 atm
ปฏิกิริยารีดักชันของโปรตอน
ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน

15. E 0
= 0.76 Vcell
Standard
emf (E0
)
cel
l
.76 V = 0 - Ezn /Zn
02+
Zn /Zn = -0.76 V02+ Zn2+
(1 M) + 2e-
Zn E0
= -0
E0
= EH /H - EZn /Zncell 0 0+ 2+
2
E 0
= Ecathode - Eanodecell
0 0
Zn (s) | Zn2+
(1 M) || H+
(1 M) | H2 (1 atm)
ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน

16. Pt (s) | H2 (1 atm) | H+
(1 M) || Cu2+
(1 M) | Cu (s)
2e-
+ Cu2+
(1 M) Cu (s)
H2 (1 atm) 2H+
(1 M) + 2e-
Anode (oxidation):
Cathode (reduction):
H2 (1 atm) + Cu2+
(1 M) Cu (s) + 2H+
(1 M)
E0
= Ecathode - Eanodecell
0 0
E0
= 0.34 Vcell
Ecell = ECu /Cu – EH /H
2+ +
2
0 0 0
0.34 = ECu /Cu - 00 2+
ECu /Cu = 0.34 V2+0
ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน

17. • E0
เป็นค่าเฉพาะ
ปฏิกิริยาตามที่เขียน
• ค่า E0
เป็นเป็นบวก
มากแสดงว่าปฏิกิริยา
รีดักชันนั้นเกิดได้ง่าย
• ครึ่งปฏิกิริยาเหล่านี้
ผันกลับได้
• สำาหรับปฏิกิริยาย้อน
กลับ ให้ กลับ
เครื่องหมายหน้าค่า
ศักย์ไฟฟ้า
มาตรฐาน

18. เซลล์ไฟฟ้าเคมีที่ประกอบด้วย Cd
electrode ในสารละลาย 1.0 M Cd(NO3)2
และ Cr electrode ในสารละลาย 1.0 M
Cr(NO3)3 มีค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานเป็น
เท่าไร?
aq) + 2e-
Cd (s) E0
= -0.40 V
aq) + 3e-
Cr (s) E0
= -0.74 V
Cd is the
stronger
oxidizer
Cd will oxidize
Cr2e-
+ Cd2+
(1 M) Cd (s)
Cr (s) Cr3+
(1 M) + 3e-
ode (oxidation):
hode (reduction):
r (s) + 3Cd2+
(1 M) 3Cd (s) + 2Cr3+
(
x 2
x 3
E0
= Ecathode - Eanodecell 0 0
E0
= -0.40 – (-0.74)cell
E0
= 0.34 Vcell

19. G = -nFEcell
G0
= -nFEcell
0
n = จำำนวนโมลของอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องในป
F = 96,500J
V • mol= 96,500 C/mol
G0
= -RT ln K= -nFEcell
0
Ecell
0 =RT
nFln K
(8.314 J/K•mol)(298 K)
n (96,500 J/V•mol)ln K=
=0.0257 V
n ln KEcell
0
=0.0592 V
n log KEcell
0
กำรเกิดขึ้นได้เองของ
ปฏิกิริยำรีดอกซ์

20. กำรเกิดขึ้นได้เองของ
ปฏิกิริยำรีดอกซ์

21. 2e-
+ Fe2+
Fe
2Ag 2Ag+
+ 2e-
Oxidation:
Reduction:
หำค่ำคงที่สมดุลของปฏิกิริยำต่อไปนี้ที่
25 0
C
Fe2+
(aq) + 2Ag (s) Fe (s) +
2Ag+
(aq)=0.0257 V
n ln KEcell
0
0
= -0.44 – (0.80)
E0
= -1.24 V
0.0257 V
x nE0
cellexpK =
n = 2
0.0257 V
x 2-1.24 V= exp
K = 1.23 x 10-42
0
= EFe /Fe – EAg /Ag
0 0
2+ +

22. G = ∆G0
+ RT ln Q∆G = -nFE∆G0
= -nFE0
-nFE = -nFE0
+ RT ln Q
E = E0
- ln QRT
nF
Nernst equatio
ที่อุณหภูมิ 298
-0.0257 V
n ln QE0E = -0.0592 V
n log QE0E =
ผลของควำมเข้มข้นต่อค่ำควำมต่ำงศักย์
ของเซลล์ไฟฟ้ำ

23. ปฏิกิริยำต่อไปนี้เกิดขึ้นเองได้หรือไม่ที่
อุณหภูมิ 25 0
C เมื่อ [Fe2+
] = 0.60 M
และ [Cd2+
] = 0.010 M?
Fe2+
(aq) + Cd (s) Fe (s) +
Cd2+
(aq)2e-
+ Fe2+
2Fe
Cd Cd2+
+ 2e-
Oxidation:
Reduction:
n = 2
= -0.44 – (-0.40)
E0
= -0.04 V
0
= EFe /Fe – ECd /Cd
0 02+ 2+
-0.0257 V
n ln QE0E =
-0.0257 V
2 ln-0.04 VE = 0.010
0.60
E = 0.013
E > 0Spontaneous

24. Leclanché cell
Dry cell
Zn (s) Zn2+
(aq) + 2e-
Anode:
Cathode:NH4 (aq) + 2MnO2 (s) + 2e-
Mn2O3 (s) + 2NH3 (aq)+
2NH4 (aq) + 2MnO2 (s)
Zn2+
(aq) + 2NH3 (aq) + H2O (l) +
แบทเทอรี่

25. Zn(Hg) + 2OH-
(aq) ZnO (s) + H2O (l) + 2e-
Anode:
Cathode: HgO (s) + H2O (l) + 2e-
Hg (l) + 2OH-
(aq)
Zn(Hg) + HgO (s) ZnO (s) + Hg (l)
Mercury Battery
แบทเทอรี่

26. Anode:
Cathode:
Lead storage
battery
PbO2 (s) + 4H+
(aq) + SO2-
(aq) + 2e-
PbSO4 (s) + 2H2O (l)4
Pb (s) + SO2-
(aq) PbSO4 (s) + 2e-
4
Pb (s) + PbO2 (s) + 4H+
(aq) + 2SO2-
(aq) 2PbSO4 (s) + 2H2O (l)4
แบทเทอรี่

27. Solid State Lithium Battery
แบทเทอรี่

28. fuel cell เป็น
เซลล์ไฟฟ้าเคมี
ของปฏิกิริยาการ
เผาไหม้ ซึ่งมีการ
เติมรีเอเจนต์ตลอด
เวลาเพื่อให้เซลล์
ทำางาน
Anode:
Cathode: O2 (g) + 2H2O (l) + 4e-
4OH-
(aq)
2H2 (g) + 4OH-
(aq) 4H2O (l) + 4e-
2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (l)
แบทเทอรี่

29. การผุกร่อน

30. การป้องกันการผุกร่อนของถังเหล็ก
โดยใช้ขั้ว MG

31. Electrolysis เป็นกระบวนการทางเคมีที่
ใช้พลังงานไฟฟ้าเพื่อทำาให้เกิดปฏิกิริยา
เคมีที่ไม่สามารถเกิดขึ้นได้เอง

32. อิเลกโทรไลซิสของนำ้า

33. charge (C) = current (A) x time (s)
1 mole e-
= 96,500 C
ปริมาณสารสัมพันธ์ในปฏิกิริยาอิเล็ก
โทรไลซิส

34. เมื่อผ่านกระแสไฟฟ้า 0.452 A เป็น
เวลา 1.5 ชั่วโมง ลงในปฏิกิริยาอิเล็ก
โทรไลซิสของ CaCl2 จะสำาให้เกิด Ca
กี่กรัม?
Anode:
Cathode:Ca2+
(l) + 2e-
Ca (s)
2Cl-
(l) Cl2 (g) + 2e-
Ca2+
(l) + 2Cl-
(l) Ca (s) + Cl2 (g)
2 mole e-
= 1 mole Ca
mol Ca = 0.452C
sx 1.5 hr x 3600s
hr96,500 C
1 mol e-
x 2 mol e-
1 mol Cax
= 0.0126 mol Ca
= 0.50 g Ca