2.1-氧化還原反應(yīng)ppt課件

1、1 12022-2-142022-2-142 22022-2-142022-2-14本章要求本章要求 熟練掌握氧化還原的概念及氧熟練掌握氧化還原的概念及氧化還原反應(yīng)式的配平方法；熟練化還原反應(yīng)式的配平方法；熟練掌握奈斯特方程及其應(yīng)用，電極掌握奈斯特方程及其應(yīng)用，電極電勢及元素電勢圖的應(yīng)用電勢及元素電勢圖的應(yīng)用 重點：電極電勢及元素電勢圖的應(yīng)重點：電極電勢及元素電勢圖的應(yīng)用用第七章第七章 氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng) 電化學(xué)基礎(chǔ)電化學(xué)基礎(chǔ)3 32022-2-142022-2-14v7-1 7-1 氧化還原反應(yīng)的基本概念氧化還原反應(yīng)的基本概念v7-2 7-2 電化學(xué)電池電化學(xué)電池v7-3 7-3 電極

2、電勢電極電勢v7-4 7-4 電極電勢的應(yīng)用電極電勢的應(yīng)用第七章第七章 氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng) 電化學(xué)基礎(chǔ)電化學(xué)基礎(chǔ)4 42022-2-142022-2-147-1 7-1 氧化還原反應(yīng)的基本概念氧化還原反應(yīng)的基本概念 參加反應(yīng)的物質(zhì)之間有電子轉(zhuǎn)移或偏移的一類參加反應(yīng)的物質(zhì)之間有電子轉(zhuǎn)移或偏移的一類反應(yīng)稱氧化還原反應(yīng)。反應(yīng)稱氧化還原反應(yīng)。一、氧化值數(shù)）一、氧化值數(shù)） 氧化值數(shù)）氧化值數(shù)） 表示元素氧化態(tài)的代數(shù)值。即表示元素氧化態(tài)的代數(shù)值。即 化化合物中某元素所帶的形式電荷數(shù)。合物中某元素所帶的形式電荷數(shù)。5 52022-2-142022-2-14 確定氧化值的規(guī)則確定氧化值的規(guī)則 單質(zhì)中元素

3、的氧化值為零。如：單質(zhì)中元素的氧化值為零。如：H2H2，O2O2，S8S8。 氫的氧化值一般為氫的氧化值一般為+1+1，在活潑金屬氫化物，在活潑金屬氫化物中為中為-1-1。如：。如：NaH,CaH2 NaH,CaH2 。 氧的氧化值一般為氧的氧化值一般為-2-2，在過氧化物中為，在過氧化物中為-1-1。如如H2O2 H2O2 、Na2O2 Na2O2 ；在超氧化物中為；在超氧化物中為-1/2-1/2，如，如KO2 KO2 ；在氧的氟化物中為；在氧的氟化物中為+1+1或或+2+2，如：，如：OF2 OF2 、O2F2O2F2。 離子型化合物中，元素的氧化值等于該離離子型化合物中，元素的氧化值等于

4、該離子所帶的電荷數(shù)。如：子所帶的電荷數(shù)。如：NaCINaCI。6 62022-2-142022-2-14 共價型化合物中，共用電子對偏向于得電子能力共價型化合物中，共用電子對偏向于得電子能力強的原子，兩原子的形式電荷數(shù)即為它們的氧化值，強的原子，兩原子的形式電荷數(shù)即為它們的氧化值，如：如：HCIHCI。 中性分子中，各元素原子氧化值的代數(shù)和為零。中性分子中，各元素原子氧化值的代數(shù)和為零。復(fù)雜離子中，各元素原子氧化值的代數(shù)和復(fù)雜離子中，各元素原子氧化值的代數(shù)和= =離子的總離子的總電荷。電荷。 Fe3O4 3x+(-2)Fe3O4 3x+(-2)4=0 x=+8/34=0 x=+8/3S4O62

5、S4O62- -4x+(-2)4x+(-2)6=-2 x=2.56=-2 x=2.5H5IOH5IO6 6I:+7 ;I:+7 ; S2O32S2O32- -S:+2S:+2氧化值可為整數(shù)，也可是分?jǐn)?shù)或小數(shù)。練習(xí)：氧化值可為整數(shù)，也可是分?jǐn)?shù)或小數(shù)。練習(xí)：P214 P214 2.2.7 72022-2-142022-2-14二、氧化還原反應(yīng)的特征二、氧化還原反應(yīng)的特征Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+ Cu Cu氧化值：氧化值：+20,+20,得電子，氧化值降低得電子，氧化值降低, ,被還原被還原, , 還原過程。還原過程。Cu2+Cu2+做氧化

6、劑。做氧化劑。 ZnZn氧化值：氧化值：0+2,0+2,氧化值升高氧化值升高, ,失電子，被氧化失電子，被氧化, ,氧化過程。氧化過程。ZnZn做還原劑。做還原劑。整個氧化還原反應(yīng)可看成由整個氧化還原反應(yīng)可看成由2 2個半反應(yīng)構(gòu)成個半反應(yīng)構(gòu)成 還原半反應(yīng)：還原半反應(yīng)：Cu2+2-CuCu2+2-Cu 氧化半反應(yīng)：氧化半反應(yīng)：ZnZn2+2-ZnZn2+2-氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)總是同時發(fā)生，相輔相成。氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)總是同時發(fā)生，相輔相成。8 82022-2-142022-2-14 自氧化還原反應(yīng)：氧化值的升和降自氧化還原反應(yīng)：氧化值的升和降都發(fā)生在同一個化合物中的氧化還原反都發(fā)生在同一個化合物

7、中的氧化還原反應(yīng)。應(yīng)。 2KCIO3=2KCI+3O22KCIO3=2KCI+3O2 歧化反應(yīng)：同一物質(zhì)中，處于同一歧化反應(yīng)：同一物質(zhì)中，處于同一氧化態(tài)的同一元素三同），其氧化值氧化態(tài)的同一元素三同），其氧化值發(fā)生相反變化的自氧化還原反應(yīng)。發(fā)生相反變化的自氧化還原反應(yīng)。 CI2+H2O=HCIO+HCICI2+H2O=HCIO+HCI 4KCIO3=3KCIO4+KCI 4KCIO3=3KCIO4+KCI9 92022-2-142022-2-14三、氧化還原電對三、氧化還原電對 在氧化還原半反應(yīng)中在氧化還原半反應(yīng)中Cu2+2-Cu），同一元素的不），同一元素的不同氧化值的物種可構(gòu)成氧化還原電對

8、。電對中高氧化態(tài)物種稱氧同氧化值的物種可構(gòu)成氧化還原電對。電對中高氧化態(tài)物種稱氧化型，低氧化態(tài)物種稱還原型。化型，低氧化態(tài)物種稱還原型。 電對通式：氧化型電對通式：氧化型/還原型還原型 Cu2+/Cu ;Zn2+/Zn ;H+/H2 ; O2/OH- 說明說明: 電對不需配平電對不需配平 氧化型或還原型物種必須是能穩(wěn)定存在的。氧化型或還原型物種必須是能穩(wěn)定存在的。MnO4-/MnO2()MnO4-/MnO2()MnO4-/Mn4+(MnO4-/Mn4+() )Mn7+/MnO2(Mn7+/MnO2() )10102022-2-142022-2-14 一個氧化還原電對一個氧化還原電對 對應(yīng)一個半

9、反應(yīng)要配對應(yīng)一個半反應(yīng)要配平）平） H+/H2 2H+2- H2 Zn2+/Zn Zn2+2- Zn 一個氧化還原反應(yīng)是由兩個或兩個以上的氧一個氧化還原反應(yīng)是由兩個或兩個以上的氧化還原電對共同作用的結(jié)果。化還原電對共同作用的結(jié)果。 Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+ 一個電對中，氧化型的氧化能力越強，則其一個電對中，氧化型的氧化能力越強，則其共軛還原型的還原能力越弱；如還原型的還原共軛還原型的還原能力越弱；如還原型的還原能力越強，則其共軛氧化型的氧化能力越弱。能力越強，則其共軛氧化型的氧化能力越弱。11112022-2-142022-2-14寫出下列兩個電對在酸性介質(zhì)中的半反應(yīng)和總反應(yīng)

10、寫出下列兩個電對在酸性介質(zhì)中的半反應(yīng)和總反應(yīng)MnO4-/Mn2+ MnO4-/Mn2+ 和和SO42-/SO32- SO42-/SO32- MnO4-+8H+ +5- Mn2+4H2OMnO4-+8H+ +5- Mn2+4H2OSO42-+2H+ +2- SO32-+H2OSO42-+2H+ +2- SO32-+H2O2MnO4-+6H+ +5SO32-= 2Mn2+5SO42- +3H2O2MnO4-+6H+ +5SO32-= 2Mn2+5SO42- +3H2O12122022-2-142022-2-14四、四、 氧化還原反應(yīng)方程式的配平氧化還原反應(yīng)方程式的配平1 1、氧化值法、氧化值法 配

11、平原則：氧化值的升降值相等配平原則：氧化值的升降值相等 反應(yīng)前后各元素的原子總數(shù)相等。反應(yīng)前后各元素的原子總數(shù)相等。 配平步驟：配平步驟： 寫出基本反應(yīng)式寫出基本反應(yīng)式 找出元素原子氧化值的升降值找出元素原子氧化值的升降值 調(diào)整系數(shù)使氧化值變量相等調(diào)整系數(shù)使氧化值變量相等 用觀察法配平氧化值未改變的元素原子數(shù)目用觀察法配平氧化值未改變的元素原子數(shù)目13132022-2-142022-2-14 S + HNO3 SO2 + NO + H2O S + HNO3 SO2 + NO + H2O 3S + 4HNO3 = 3SO2 +4NO +2H2O 3S + 4HNO3 = 3SO2 +4NO +2

12、H2O S + HNO3 SO2 + NO + S + HNO3 SO2 + NO + H2OH2O升（升（+4+4）降（降（-3-3） 3S + 4HNO3 3SO2 +4NO + H2O 3S + 4HNO3 3SO2 +4NO + H2O升（升（+4+4）3 3降（降（-3-3）4 414142022-2-142022-2-14KCIO3+2FeSO4+H2SO4KCI+Fe2KCIO3+2FeSO4+H2SO4KCI+Fe2SO4SO43 3（NH4NH42Cr2O7N2+Cr2O3+H2O2Cr2O7N2+Cr2O3+H2O （NH4NH42Cr2O7=N2+Cr2O3+4H2O2C

13、r2O7=N2+Cr2O3+4H2O(+3)(+3)2 2(-3)(-3)2 2KCIO3+3KCIO3+32FeSO4+3H2SO4=KCI+3Fe22FeSO4+3H2SO4=KCI+3Fe2SO4SO43+3H2O3+3H2O （-6-6）（+1+1）2 2 3 315152022-2-142022-2-142 2、離子、離子- -電子法電子法配平原則配平原則(1)(1)電荷守恒：得失電子數(shù)相等。電荷守恒：得失電子數(shù)相等。(2)(2)質(zhì)量守恒：反應(yīng)前后各元素原子總數(shù)質(zhì)量守恒：反應(yīng)前后各元素原子總數(shù)相等。相等。配平步驟配平步驟（1 1用離子式寫出主要反應(yīng)物和產(chǎn)物用離子式寫出主要反應(yīng)物和產(chǎn)物

14、氣體、純液體、固體和弱電解質(zhì)寫分子氣體、純液體、固體和弱電解質(zhì)寫分子式）。式）。（2 2將反應(yīng)分解為兩個半反應(yīng)式，并配將反應(yīng)分解為兩個半反應(yīng)式，并配平兩個半反應(yīng)的電荷數(shù)和原子數(shù)。平兩個半反應(yīng)的電荷數(shù)和原子數(shù)。16162022-2-142022-2-14 （3 3根據(jù)電荷守恒，調(diào)整兩式系數(shù)使根據(jù)電荷守恒，調(diào)整兩式系數(shù)使得失電子數(shù)相等，然后兩式合并，整理，得失電子數(shù)相等，然后兩式合并，整理，即得配平的離子方程式；有時根據(jù)需要可即得配平的離子方程式；有時根據(jù)需要可將其改為分子方程式。將其改為分子方程式。17172022-2-142022-2-14(1) MnO4-+SO32-SO42-+Mn2+(1

15、) MnO4-+SO32-SO42-+Mn2+(2) MnO4-+8H+5-=Mn2+4H2O(2) MnO4-+8H+5-=Mn2+4H2O SO32-+H2O=SO42-+2H+2- SO32-+H2O=SO42-+2H+2-(3) 2MnO4-+16H+10-=2Mn2+8H2O(3) 2MnO4-+16H+10-=2Mn2+8H2O +) 5SO32-+5H2O=5SO42-+10H+10- +) 5SO32-+5H2O=5SO42-+10H+10-2MnO4-+5SO32-+6H+= 2Mn2+5SO42-2MnO4-+5SO32-+6H+= 2Mn2+5SO42-+3H2O+3H2

16、O2KMnO4+5K2SO3+3H2SO4= 2KMnO4+5K2SO3+3H2SO4= 2MnSO4+6K2SO4+3H2O2MnSO4+6K2SO4+3H2O例：例：KMnO4+K2SO3MnSO4+K2SO4(KMnO4+K2SO3MnSO4+K2SO4(酸性溶液酸性溶液中）中）18182022-2-142022-2-14 KMnO4+C6H12O6+H2SO4MnSO4+CO2+K2SO4 KMnO4+C6H12O6+H2SO4MnSO4+CO2+K2SO4 （練習(xí)）（練習(xí)） MnO4-+C6H12O6Mn2+CO2MnO4-+C6H12O6Mn2+CO2 (1) MnO4-+8H+5

17、-=Mn2+4H2O (1) MnO4-+8H+5-=Mn2+4H2O (2) C6H12O6+6H2O=6CO2+24H+24- (2) C6H12O6+6H2O=6CO2+24H+24- (1) (1)24+24+（2 2）5 5 24MnO4-+5C6H12O6+72H+=24Mn2+30CO2+66H2O 24MnO4-+5C6H12O6+72H+=24Mn2+30CO2+66H2O 24KMnO4+5C6H12O6+36H2SO4 24KMnO4+5C6H12O6+36H2SO4 =24MnSO4+30CO2+66H2O+12K2SO4=24MnSO4+30CO2+66H2O+12K

18、2SO419192022-2-142022-2-14 H H、O O配平規(guī)律配平規(guī)律 酸性介質(zhì)：酸性介質(zhì)： 一邊多一邊多n n個個O O，加，加2n2n個個H+H+，另一邊加，另一邊加n n個個H2OH2O 堿性介質(zhì)：堿性介質(zhì)： 一邊多一邊多n n個個O O，加，加n n個個H2OH2O，另一邊加，另一邊加2n2n個個OH-OH- 中性介質(zhì)：中性介質(zhì)： 左邊多左邊多n n個個O O，加，加n n個個H2O(H2O(反應(yīng)物反應(yīng)物),),右邊加右邊加2n2n個個OH-OH- 右邊多右邊多n n個個O O，加，加2n2n個個H+H+，左邊加，左邊加n n個個H2O(H2O(反反應(yīng)物應(yīng)物) ) 總之：

19、酸中加總之：酸中加H+H+和和H2OH2O；堿中加；堿中加OH-OH-和和H2OH2O；中性溶液，左加水，右加中性溶液，左加水，右加H+H+或或OH-OH-20202022-2-142022-2-14一、原電池的構(gòu)造一、原電池的構(gòu)造二、電解池與二、電解池與FaradayFaraday定律定律三、原電池電動勢的測定三、原電池電動勢的測定四、原電池的最大功與四、原電池的最大功與GibbsGibbs函數(shù)函數(shù)7.2 7.2 電化學(xué)電池電化學(xué)電池21212022-2-142022-2-14一、原電池的構(gòu)造一、原電池的構(gòu)造1.1.原電池原電池 (primary cell)(primary cell)222

20、22022-2-142022-2-1423232022-2-142022-2-14 Cu2+Zn=Cu+Zn2+ Cu2+Zn=Cu+Zn2+整個裝置接通后，可觀察到下列實驗現(xiàn)整個裝置接通后，可觀察到下列實驗現(xiàn)象象(1)(1)伏特表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)伏特表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) 導(dǎo)線上有電導(dǎo)線上有電流流 電子由電子由ZnZn片經(jīng)導(dǎo)線到片經(jīng)導(dǎo)線到CuCu片片(2)(2)取出鹽橋取出鹽橋, ,表針回零表針回零; ;放回放回, ,表針重又表針重又偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)。 鹽橋溝通整套裝置成通路鹽橋溝通整套裝置成通路(3)Zn(3)Zn片溶解，片溶解，CuCu片上有片上有CuCu沉積沉積 Zn Zn比比CuCu易失電子，易失電子

21、，Cu2+Cu2+比比Zn2+Zn2+易得易得電子電子規(guī)定規(guī)定電子流出的極為負(fù)極（電子流出的極為負(fù)極（- -）（陽極）（陽極）電子流入的極為正極（電子流入的極為正極（+ +）（陰極）（陰極）24242022-2-142022-2-14 鹽橋的主要成分是鹽橋的主要成分是KCIKCI飽和溶液，其作用飽和溶液，其作用就是消除兩個半電池中由于電極反應(yīng)發(fā)生的非就是消除兩個半電池中由于電極反應(yīng)發(fā)生的非電中性現(xiàn)象。電中性現(xiàn)象。 鹽橋中的鹽橋中的CI-CI-向向ZnZn半電池擴散和遷移，鹽半電池擴散和遷移，鹽橋中的橋中的K+K+向向CuCu半電池擴散和遷移。從而維持了半電池擴散和遷移。從而維持了溶液的電中性，

22、使反應(yīng)繼續(xù)進行。溶液的電中性，使反應(yīng)繼續(xù)進行。 這種使化學(xué)能變?yōu)殡娔艿难b置叫做原電池。這種使化學(xué)能變?yōu)殡娔艿难b置叫做原電池。 25252022-2-142022-2-14 一個原電池是由兩個一個原電池是由兩個“半電池半電池組成的。半電池組成的。半電池有時也被稱為電極。有時也被稱為電極。電極反應(yīng)半電池反應(yīng)）電極反應(yīng)半電池反應(yīng)） 負(fù)極負(fù)極Zn)Zn)：Zn=Zn2+ + 2- , Zn=Zn2+ + 2- , 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng) 正極正極Cu): Cu2+2- = Cu Cu): Cu2+2- = Cu ，還原反應(yīng)，還原反應(yīng)電池反應(yīng)：電池反應(yīng)： Cu2+Zn=Zn2+CuCu2+Zn=Zn2+Cu

23、一個實際原電池可用簡單符號表示，也稱電池符號一個實際原電池可用簡單符號表示，也稱電池符號包含了氧化還原物種、鹽橋、電極等）包含了氧化還原物種、鹽橋、電極等）26262022-2-142022-2-142.2.電極的類型與原電池的表示方法電極的類型與原電池的表示方法 (1)(1)金屬金屬- -金屬離子電極金屬離子電極 金屬置于含有同一金屬離子的鹽溶液中構(gòu)成金屬置于含有同一金屬離子的鹽溶液中構(gòu)成 Zn2+/Zn Zn2+/Zn 電極符號：電極符號：Zn(s)Zn2+(c)Zn(s)Zn2+(c) Cu2+/Cu Cu2+/Cu 電極符號：電極符號：Cu(s)Cu2+(c)Cu(s)Cu2+(c)

24、“” “”表示兩相界面表示兩相界面 Cu,ZnCu,Zn本身是導(dǎo)體，可做電極本身是導(dǎo)體，可做電極27272022-2-142022-2-14(2)(2)氣體氣體- -離子電極離子電極 2H+2-=H2 2H+2-=H2 電極反應(yīng)中無導(dǎo)體，需借助于惰性電電極反應(yīng)中無導(dǎo)體，需借助于惰性電極鉑或石墨來完成電對電子的轉(zhuǎn)移。極鉑或石墨來完成電對電子的轉(zhuǎn)移。 電極符號：電極符號：PtH2(g)H+ (c)PtH2(g)H+ (c)(3)(3)金屬金屬- -金屬難溶鹽或氧化物金屬難溶鹽或氧化物- -陰離子電極陰離子電極 金屬表面涂上該金屬的難溶鹽金屬表面涂上該金屬的難溶鹽( (或氧化物或氧化物) )，然后，

25、然后將它浸在與該鹽具有相同陰離子的溶液中。將它浸在與該鹽具有相同陰離子的溶液中。AgCI+-=Ag+CI- AgCI+-=Ag+CI- 電極符號電極符號: AgAgCI(s)CI- (c): AgAgCI(s)CI- (c)28282022-2-142022-2-14(4) “(4) “氧化還原氧化還原電極電極Fe3+-=Fe2+ PtFe3+ (c1),Fe2+ Fe3+-=Fe2+ PtFe3+ (c1),Fe2+ (c2)(c2) 兩種不同的電極組合起來即構(gòu)成原電池。兩種不同的電極組合起來即構(gòu)成原電池。每個電極叫半電池。原電池可用簡易的符號表每個電極叫半電池。原電池可用簡易的符號表示出來

26、。示出來。 Cu-ZnCu-Zn原電池符號原電池符號 (-)ZnZnSO4(c1)CuSO4(c2)Cu(+) (-)ZnZnSO4(c1)CuSO4(c2)Cu(+) (-)PtH2(-)PtH21.0131.01310-5Pa)H+(1moldm-10-5Pa)H+(1moldm-3)3) Cu2+(c)Cu(+) Cu2+(c)Cu(+)29292022-2-142022-2-14書寫原電池符號的規(guī)則書寫原電池符號的規(guī)則 負(fù)極負(fù)極“-”-”在左邊，正極在左邊，正極“+”+”在右邊，鹽在右邊，鹽橋用橋用“”表示。表示。 半電池中兩相界面用半電池中兩相界面用“”分開，同相不分開，同相不同物種

27、用同物種用“,”,”分開，溶液、氣體要注明分開，溶液、氣體要注明c c，P P。 純液體、固體和氣體寫在惰性電極一邊用純液體、固體和氣體寫在惰性電極一邊用“,”,”或或“”分開。鹽橋兩邊為溶液。分開。鹽橋兩邊為溶液。 組分物質(zhì)為參與電子轉(zhuǎn)移的氧化還原電對。組分物質(zhì)為參與電子轉(zhuǎn)移的氧化還原電對。不包含不包含H+H+和和OH-OH-離子等。離子等。30302022-2-142022-2-14將下列反應(yīng)設(shè)計成原電池并以原電池符號表示將下列反應(yīng)設(shè)計成原電池并以原電池符號表示 2Fe2+(1.0moldm-3)+ CI2(101325Pa)= 2Fe3+(0.1 0moldm-3)+2CI- (2.0m

28、oldm-3)正極正極:CI2+2-2CI-負(fù)極負(fù)極:Fe2+ Fe3+-電池符號電池符號:(-)PtFe2+(1.0moldm-3),Fe3+(0.10moldm-3) CI-(2.0moldm-3)CI2(101325Pa),Pt(+)31312022-2-142022-2-14練習(xí)：電池反應(yīng)如下練習(xí)：電池反應(yīng)如下Hg2CI2(s)+Zn=Zn2+2Hg(s)+2CI-Hg2CI2(s)+Zn=Zn2+2Hg(s)+2CI-寫出電極反應(yīng)式及原電池符號寫出電極反應(yīng)式及原電池符號電極反應(yīng)電極反應(yīng): :負(fù)極負(fù)極: :正極正極: :Z Zn nZ Zn n2 2+ + +2 2- -H Hg g2

29、 2C CI I2 2( (s s) )+ +2 2- -2 2H Hg g( (s s) )+ +2 2C CI I- -電池符號電池符號（- -）ZnZn2+(c1)CI-(c2)Hg2CI2Hg (+)ZnZn2+(c1)CI-(c2)Hg2CI2Hg (+)32322022-2-142022-2-14二、電解池與二、電解池與FaradayFaraday定律定律1.1.原電池和電解池原電池和電解池 原電池中的氧化還原反應(yīng)是通過電子原電池中的氧化還原反應(yīng)是通過電子自發(fā)地從負(fù)極流向正極來實現(xiàn)。而其逆反應(yīng)則自發(fā)地從負(fù)極流向正極來實現(xiàn)。而其逆反應(yīng)則不能自發(fā)進行。不能自發(fā)進行。電極反應(yīng)：電極反應(yīng)：

30、 負(fù)極負(fù)極Zn)Zn)：Zn=Zn2+ + 2- , Zn=Zn2+ + 2- , 氧化反應(yīng)氧化反應(yīng) 正極正極Cu): Cu2+2- = Cu Cu): Cu2+2- = Cu ，還原反應(yīng)，還原反應(yīng)電池反應(yīng)：電池反應(yīng)： Cu2+Zn=Zn2+CuCu2+Zn=Zn2+Cu33332022-2-142022-2-14 對一些不能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)，對一些不能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)，可利用外加電壓迫使其發(fā)生反應(yīng)，這樣電能可利用外加電壓迫使其發(fā)生反應(yīng)，這樣電能就能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。這種利用外加電壓迫使就能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。這種利用外加電壓迫使氧化還原反應(yīng)進行的過程稱為電解。實現(xiàn)電氧化還原反應(yīng)進行的過程稱

31、為電解。實現(xiàn)電解過程的裝置稱為電解池。解過程的裝置稱為電解池。34342022-2-142022-2-14IV陽陽極極陰陰極極NaOHNaOH溶液溶液-陽極是電子流出的電極，發(fā)生的是氧化反應(yīng)；陰陽極是電子流出的電極，發(fā)生的是氧化反應(yīng)；陰極是電子流入的電極，發(fā)生的是還原反應(yīng)。極是電子流入的電極，發(fā)生的是還原反應(yīng)。35352022-2-142022-2-142.Faraday2.Faraday定律定律 電解定律：電解過程中，電極上發(fā)生電電解定律：電解過程中，電極上發(fā)生電解的物質(zhì)的量解的物質(zhì)的量n n與通過電解池的電量與通過電解池的電量Q Q成正比。成正比。 Q=It=nFQ=It=nFF F為為F

32、aradayFaraday常量，常量，即即1 1摩爾電子的電量摩爾電子的電量96485C/mol96485C/mol36362022-2-142022-2-14v 原電池構(gòu)成通路后，有原電池構(gòu)成通路后，有電流通過，證明兩極間有電流通過，證明兩極間有電勢差存在。即構(gòu)成原電電勢差存在。即構(gòu)成原電池的兩個電極各自具有不池的兩個電極各自具有不同的電極電勢。同的電極電勢。v 當(dāng)通過原電池的電流當(dāng)通過原電池的電流趨于零時，兩極間的最大趨于零時，兩極間的最大電勢差稱為原電池的電動電勢差稱為原電池的電動勢，用勢，用EMFEMF表示。表示。 EMFEMF標(biāo)準(zhǔn)電動勢標(biāo)準(zhǔn)電動勢37372022-2-142022-2

33、-14 在可逆電池中，進行自發(fā)反應(yīng)產(chǎn)生的電在可逆電池中，進行自發(fā)反應(yīng)產(chǎn)生的電流可作非體積功電功。流可作非體積功電功。 Wmax=-zFEMF(z:配平反應(yīng)中的得或失電子配平反應(yīng)中的得或失電子數(shù)）數(shù)） rGm=Wmax=-zFEMF 原電池對外所做的最大功恰好等于體系原電池對外所做的最大功恰好等于體系吉布斯自由能的減少。吉布斯自由能的減少。 38382022-2-142022-2-14例：例： Ni+CI2=Ni2+2CI-Ni+CI2=Ni2+2CI- EMF=1.61V EMF=1.61V， rGm=-2rGm=-296485964851.61 1.61 3.13.110105J.mol-1

34、 5J.mol-1 電池中電子將自發(fā)地從鎳電極流向氯電池中電子將自發(fā)地從鎳電極流向氯電極，反之，上述逆反應(yīng)不可能自發(fā)進行。電極，反之，上述逆反應(yīng)不可能自發(fā)進行。 例例7 74 4作業(yè)：作業(yè)：P214-215 3P214-215 3、4 4做在書上做在書上39392022-2-142022-2-14* * 7.3 7.3 電極電勢電極電勢一、標(biāo)準(zhǔn)氫電極和甘汞電極一、標(biāo)準(zhǔn)氫電極和甘汞電極二、標(biāo)準(zhǔn)電極電勢二、標(biāo)準(zhǔn)電極電勢三、三、NernstNernst方程方程四、四、E-pHE-pH圖及其應(yīng)用圖及其應(yīng)用40402022-2-142022-2-14一、標(biāo)準(zhǔn)氫電極和甘汞電極一、標(biāo)準(zhǔn)氫電極和甘汞電極 原電

35、池的電動勢是構(gòu)成原電池的兩個原電池的電動勢是構(gòu)成原電池的兩個電極間的最大電勢差，即電極間的最大電勢差，即 EMF= E(+)- EMF= E(+)- E(-)E(-) 電極電勢的絕對值尚無法測得電極電勢的絕對值尚無法測得, ,通常選通常選標(biāo)準(zhǔn)氫電極作為比較的基準(zhǔn)，稱其為參比標(biāo)準(zhǔn)氫電極作為比較的基準(zhǔn)，稱其為參比電極。電極。41412022-2-142022-2-141.1.標(biāo)準(zhǔn)氫電極標(biāo)準(zhǔn)氫電極SHESHE） E (H+/H2)=0.00VPtH2(P)H+PtH2(P)H+（1.0molL-1)1.0molL-1)2 2H H+ +( (a aq q) )+ +2 2 H H2 2( (g g)

36、 )42422022-2-142022-2-14 在金屬在金屬HgHg的表面覆蓋一層的表面覆蓋一層氯化亞汞氯化亞汞Hg2CI2Hg2CI2），然后），然后注入氯化鉀溶液。注入氯化鉀溶液。電極符號：電極符號：Hg(l)Hg2CI2(s)CI- Hg(l)Hg2CI2(s)CI- (aq)(aq)電極反應(yīng)：電極反應(yīng)：Hg2CI2(s)+2-Hg2CI2(s)+2-=2Hg(l)+2CI-(aq) =2Hg(l)+2CI-(aq) E(Hg2CI2/Hg)=0.2415VE(Hg2CI2/Hg)=0.2415V 2.甘汞電極SCE）: 43432022-2-142022-2-14 二、標(biāo)準(zhǔn)電極電勢二

37、、標(biāo)準(zhǔn)電極電勢 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：組成電極的溶液中離子、分子標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：組成電極的溶液中離子、分子濃度為濃度為1molL-11molL-1，氣體分壓為，氣體分壓為100KPa100KPa，液體，液體或固體為純凈物。此時測得的電極電勢為標(biāo)或固體為純凈物。此時測得的電極電勢為標(biāo)準(zhǔn)電極電勢，用符號準(zhǔn)電極電勢，用符號E E 表示。表示。 用標(biāo)準(zhǔn)氫電極或甘汞電極與其它用標(biāo)準(zhǔn)氫電極或甘汞電極與其它各種標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的電極組成原電池，測得這各種標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的電極組成原電池，測得這些電池的電動勢些電池的電動勢EMFEMF），從而計算各種電），從而計算各種電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢。極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢。 EMF=E(+)- E(-) E

38、MF=E(+)- E(-) 44442022-2-142022-2-1445452022-2-142022-2-14(-) PtH2(P)H+(-) PtH2(P)H+（1.0moldm-3)1.0moldm-3) Cu2+(1.0moldm-3)Cu Cu2+(1.0moldm-3)Cu (+)(+) Cu2+H2=Cu+2H+ Cu2+H2=Cu+2H+ EMF=E(+) - E(-) EMF=E(+) - E(-) 0.34= E(Cu2+/Cu)- E0.34= E(Cu2+/Cu)- EH+/H2)H+/H2) E(Cu2+/Cu)=+0.34V E(Cu2+/Cu)=+0.34V“

39、+”“+”做正極做正極,Cu,Cu失電子的傾向小于失電子的傾向小于H2H2。46462022-2-142022-2-14Zn+2H+=Zn2+H2 Zn+2H+=Zn2+H2 EMF=0.0-E(Zn2+/Zn )=0.762VEMF=0.0-E(Zn2+/Zn )=0.762V；E(Zn2+/Zn)=-0.762VE(Zn2+/Zn)=-0.762V “-” “-” 做負(fù)極；做負(fù)極；ZnZn失電子的傾向大于失電子的傾向大于H2H2。47472022-2-142022-2-14用類似方法可測得一系列電對電極電勢。用類似方法可測得一系列電對電極電勢。見附表見附表( (六六) )。說明：說明：(1

40、) E(1) E無加和性。無加和性。 Zn2+2-=Zn Zn2+2-=Zn ， E(Zn2+/ZnE(Zn2+/Zn）=-0.7621V=-0.7621V 2Zn2+4-=2Zn 2Zn2+4-=2Zn ， E(Zn2+/ZnE(Zn2+/Zn）=-0.7621V=-0.7621V(2)(2)只適合于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的水溶液，在此條件下，只適合于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的水溶液，在此條件下，可直接根據(jù)可直接根據(jù)EE值判斷物質(zhì)氧化還原能力的大小。值判斷物質(zhì)氧化還原能力的大小。非水溶液、非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)不適用。如：非水溶液、非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)不適用。如：C+O2CO2C+O2CO2，Cu+Cu+濃濃H2SO4H2SO4。4848

41、2022-2-142022-2-14三、三、NernstNernst方程方程 影響電極電勢的因素主要有：影響電極電勢的因素主要有：(1)電極的本性，它決定了電極的本性，它決定了E的大??；的大小；(2)溶液中離子的濃度、氣體壓強溶液中離子的濃度、氣體壓強;(3)溫度常溫下影響較?。?。溫度常溫下影響較小）。Z Zn nZ Zn n2 2+ + +2 2- -F Fe e2 2+ +F Fe e3 3+ + +- -；E=-0.7621V E=+0.769V E=-0.7621V E=+0.769V 49492022-2-142022-2-14電極反應(yīng)電極反應(yīng): :氧化型氧化型+z-=+z-=還原型

42、還原型 )(c)(clgz0592.0)MM(E)(c)(clg96485z298314.8303.2)MM(E)(c)(clnzFRT)MM(E)MM(Ezzzz氧氧化化型型還還原原型型氧氧化化型型還還原原型型氧氧化化型型還還原原型型 上式為電極電勢的奈斯特方程式上式為電極電勢的奈斯特方程式 E :某濃度下的電極電勢，某濃度下的電極電勢，E:標(biāo)準(zhǔn)電極電標(biāo)準(zhǔn)電極電勢勢 z是電極反應(yīng)中得到或失去的電子數(shù)。是電極反應(yīng)中得到或失去的電子數(shù)。50502022-2-142022-2-14c(c(氧化型氧化型)電極反應(yīng)中電極反應(yīng)中, ,氧化型一邊所有物種相對濃氧化型一邊所有物種相對濃度度c/c)c/c)或

43、相對壓力或相對壓力(p/p)(p/p)冪次的乘積；冪次的乘積；c(c(還原型還原型)電極反應(yīng)中電極反應(yīng)中, ,還原型一邊所有物種相對濃還原型一邊所有物種相對濃度度c/c)c/c)或相對壓力或相對壓力(p/p)(p/p)冪次的乘積；冪次的乘積；注意：濃度單位：注意：濃度單位：molL-1 molL-1 ；壓力單位：；壓力單位：PaPa 固體或純液體或水的濃度視為固體或純液體或水的濃度視為1 1練習(xí)：寫出下列各電極反應(yīng)的奈斯特方程表達式練習(xí)：寫出下列各電極反應(yīng)的奈斯特方程表達式)Zn(c1lg20592. 0)Zn/ZnE)Zn/Zn(E222 （ Z Zn n2 2+ + +2 2- -Z Zn

44、 n（1 1）51512022-2-142022-2-14222)Br(clg20592. 0)Br/BrE)Br/BrE（ )pp()CI(clg20592. 0)CI/CIE)CI/CIE2CI222 （ ( (4 4) ) M Mn nO O2 2( (s s) )+ +4 4H H+ + +2 2- -M Mn n2 2+ + +2 2H H2 2O OC CI I2 2( (g g) )+ +2 2- -（3 3）2 2C CI I- -422222)H(c)Mn(clg20592. 0)Mn/MnOE)Mn/MnOE （ B Br r2 2( (l l) )+ +2 2- -（2

45、2）2 2B Br r- -52522022-2-142022-2-14( (5 5) ) O O2 2+ +4 4H H+ + + 4 4- -2 2H H2 2O O142722332723272)H( c)OCr( c)Cr( clg60592. 0Cr/OCrECr/OCrE ）（）（ C Cr r2 2O O7 72 2- -+ +1 14 4H H+ + +6 6 - -（6 6）2 2C Cr r3 3+ + +7 7H H2 2O O4O2222)H( cp/p1lg40592. 0OH/OEOH/OE2 ）（）（）（ 53532022-2-142022-2-141.1.氧化型

46、、還原型離子濃度對氧化型、還原型離子濃度對E E的影響的影響例例1.1.知知 Fe3+(aq)+-=Fe2+(aq), E=0.769VFe3+(aq)+-=Fe2+(aq), E=0.769V 求：求：c(Fe2+)/c(Fe3+)c(Fe2+)/c(Fe3+)取不同值時的取不同值時的E E值值解：解：E=EE=E0.0592lgc(Fe2+)/c(Fe3+)0.0592lgc(Fe2+)/c(Fe3+) 比值比值 100 10 1 10-1 10-2100 10 1 10-1 10-2 E(V) 0.65 0.71 0.77 0.83 0.88 E(V) 0.65 0.71 0.77 0.

47、83 0.88 結(jié)論：增大氧化型物質(zhì)的濃度或降低還原結(jié)論：增大氧化型物質(zhì)的濃度或降低還原型物質(zhì)的濃度，型物質(zhì)的濃度，E E值增大。氧化型物質(zhì)的氧化值增大。氧化型物質(zhì)的氧化能力增強，穩(wěn)定性減弱；還原型物質(zhì)的還原能能力增強，穩(wěn)定性減弱；還原型物質(zhì)的還原能力減弱，穩(wěn)定性增強。力減弱，穩(wěn)定性增強。54542022-2-142022-2-142.2.酸度對酸度對E E的影響的影響例例2 :Cr2O72-+14H+6-=2Cr3+7H2O 2 :Cr2O72-+14H+6-=2Cr3+7H2O E=1.33VE=1.33V 求求: :當(dāng)當(dāng)c(Cr2O72-)=c(Cr3+)=1.0 molL-1c(Cr2

48、O72-)=c(Cr3+)=1.0 molL-1，c(H+)c(H+)取不同值時的取不同值時的E E值。值。含氧酸鹽的氧化能力隨溶液酸性的增強而增強含氧酸鹽的氧化能力隨溶液酸性的增強而增強解解:c(H+)=10-3 molL-1 E(Cr2O72-:c(H+)=10-3 molL-1 E(Cr2O72-/Cr3+)=0.92V/Cr3+)=0.92V c(H+)=10 molL-1 E(Cr2O72- c(H+)=10 molL-1 E(Cr2O72-/Cr3+)=1.47V/Cr3+)=1.47V142722332723272)H(c)OCr(c)Cr(clg60592. 0Cr/OCrEC

49、r/OCrE ）（）（ 55552022-2-142022-2-14 KMnO4 ,K2Cr2O7 ,KCIO3 ,KIO3 等在強酸性介質(zhì)中均等在強酸性介質(zhì)中均為強氧化劑。為強氧化劑。K2Cr2O7+濃濃HCICI2 +NaCI(稀稀HCI）不反應(yīng)不反應(yīng)KIO3+KI+H2O不反應(yīng)不反應(yīng) +H2SO4I2大量棕黑色沉淀）大量棕黑色沉淀）實驗室制實驗室制CI2 : KMnO4 K2Cr2O7 MnO2 HCI 反應(yīng)進行所需的反應(yīng)進行所需的HCI濃度各不相同濃度各不相同56562022-2-142022-2-14例例3 3：知：知 2H+2-=H2 2H+2-=H2 ，E= 0.00 VE= 0

50、.00 V； 求算求算c(HAc)=0.1molL-1,p(H2)=100kPac(HAc)=0.1molL-1,p(H2)=100kPa時氫時氫的電極電勢的電極電勢E EH+/H2H+/H2）)v(17. 01034. 1lg0592. 00)H(clg0592. 00)H(c)p/p(lg20592. 0)H/H(EH/H(ELmol1034. 1108 . 11 . 0cK)OH(c;500108 . 11 . 0Kc;)x1 . 0(x x)HAc(c)Ac(c )OH(cKxxx1 . 0Lmol)aq(Acaq(OH)aq(HAc)l(OH32H22135350131322）（平平

51、衡衡濃濃度度）解解： 57572022-2-142022-2-143.3.沉淀生成對沉淀生成對E E的影響的影響例例4.4.已知已知E(Ag+/Ag)=0.7991V,E(Ag+/Ag)=0.7991V,在在Ag-Ag+Ag-Ag+半半電池中，加入電池中，加入NaCINaCI至平衡時至平衡時c(CI-)=1.0 c(CI-)=1.0 molL-1.molL-1.求：求：E(Ag+/Ag)E(Ag+/Ag)解：解：Ag+CI-=AgCI (Ag+-=Ag)Ag+CI-=AgCI (Ag+-=Ag) c(Ag+)=KSP/c(CI-)=1.8 c(Ag+)=KSP/c(CI-)=1.810-10-

52、10molL-110molL-1E(Ag+/Ag)= E(Ag+/Ag)-E(Ag+/Ag)= E(Ag+/Ag)-0.0592lg1/c(Ag+)0.0592lg1/c(Ag+) =0.7991+0.0592lLg1.8 =0.7991+0.0592lLg1.810-1010-10 =0.222(V) =0.222(V)58582022-2-142022-2-14 上反應(yīng)轉(zhuǎn)換為電極反應(yīng)：上反應(yīng)轉(zhuǎn)換為電極反應(yīng)：AgCI+-=Ag + CI-C(CI-)=1.0 molL-1，為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的電極，為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的電極反應(yīng)反應(yīng) EAgCI/Ag)=EAg+/Ag) = 0.222(V) EAgBr/

53、Ag)= 0.073(V) EAgI/Ag) =-0.1515(V) P196 例例:7-659592022-2-142022-2-14 結(jié)論：氧化型物質(zhì)生成沉淀，則沉結(jié)論：氧化型物質(zhì)生成沉淀，則沉淀物的淀物的KSPKSP越小，它的越小，它的EE就越小，氧化就越小，氧化型物質(zhì)越穩(wěn)定；相反，如還原型物質(zhì)生成型物質(zhì)越穩(wěn)定；相反，如還原型物質(zhì)生成沉淀，則沉淀物的沉淀，則沉淀物的KSPKSP越小，電對的越小，電對的EE就越大，還原型物質(zhì)越穩(wěn)定。就越大，還原型物質(zhì)越穩(wěn)定。60602022-2-142022-2-144.4.配合物的形成對電極電勢的影響配合物的形成對電極電勢的影響P197 P197 例例7

54、-77-7Fe3+-=Fe2+Fe3+-=Fe2+Fe(CN)63- +- =Fe(CN)64-Fe(CN)63- +- =Fe(CN)64-EEFe3+/Fe2+)=0.769VFe3+/Fe2+)=0.769VFe3+(aq)+6CN-(aq)Fe(CN)63-(aq)Fe3+(aq)+6CN-(aq)Fe(CN)63-(aq)Fe2+(aq)+6CN-(aq) Fe(CN)64-(aq)Fe2+(aq)+6CN-(aq) Fe(CN)64-(aq)E EFe3+/Fe2+)Fe3+/Fe2+) =E =E（Fe(CN)63-/Fe(CN)64-Fe(CN)63-/Fe(CN)64-）=

55、0.36V= 0.36V61612022-2-142022-2-14 例例5 5 知知:E(Au+/Au)=1.68V, Au(CN)2-:E(Au+/Au)=1.68V, Au(CN)2-的的Kf =1.0Kf =1.01039 ; 1039 ; 求算求算:EAu(CN)2-/Au:EAu(CN)2-/Au的值。的值。解：解：Au(CN)2-+-=Au+2CN- Au(CN)2-+-=Au+2CN- c(Au(CN)2-)=c(CN-)=1.0 molL-1 c(Au(CN)2-)=c(CN-)=1.0 molL-1 Au(CN)2-=Au+2CN- c(Au+)=1/Kf=10- Au(C

56、N)2-=Au+2CN- c(Au+)=1/Kf=10-39 molL-139 molL-1EAu(CN)2-/Au= E(Au+/Au) Au+-EAu(CN)2-/Au= E(Au+/Au) Au+-=Au =Au =E(Au+/Au)-0.0592lg1/c(Au+) =E(Au+/Au)-0.0592lg1/c(Au+) =-0.58V Au =-0.58V Au易被氧化易被氧化62622022-2-142022-2-14ECo3+/Co2+=1.95V ECo3+/Co2+=1.95V Co3+H2OCo2+O2Co3+H2OCo2+O2ECo(NH3)63+/Co(NH3)62+=

57、0.1VECo(NH3)63+/Co(NH3)62+=0.1V4Co(NH3)62+O2+2H2O=4Co(NH3)63+4OH4Co(NH3)62+O2+2H2O=4Co(NH3)63+4OH- -ECo(CN)63-/Co(CN)64-=-0.83vECo(CN)63-/Co(CN)64-=-0.83vCo(CN)64-+H2O H2+Co(CN)63-Co(CN)64-+H2O H2+Co(CN)63-63632022-2-142022-2-14 四、四、E-pH圖及其應(yīng)用圖及其應(yīng)用 在等溫等濃度條件下，以電對的電極電勢在等溫等濃度條件下，以電對的電極電勢E為縱坐標(biāo)，溶液的為縱坐標(biāo)，溶液

58、的pH值為橫坐標(biāo)，繪出值為橫坐標(biāo)，繪出E 隨隨pH變化的關(guān)系圖，即是變化的關(guān)系圖，即是E-pH圖。圖。 許多氧化還原反應(yīng)都是在水溶液中進行的，許多氧化還原反應(yīng)都是在水溶液中進行的，水本身也具有氧化還原性。水本身也具有氧化還原性。 水的氧化還原性與兩個電極反應(yīng)有關(guān)。水的氧化還原性與兩個電極反應(yīng)有關(guān)。64642022-2-142022-2-14以以pHpH對對E(H2O/H2E(H2O/H2作圖，得一直線作圖，得一直線A A1.1.水做氧化劑被還原為氫氣水做氧化劑被還原為氫氣2 2- -2 2H H2 2O O+ +H H2 2+ +2 2O OH H- -pH0592. 0)H/OH(EpOH0

59、592. 0828. 0)H/OH(E)OH(clg0592. 0)H/OH(E)H/OH(E)OH(c)P/Plg(20592. 0)H/OH(E)H/OH(EKPa100pK298222222222H2222H22， 65652022-2-142022-2-142.2.水做還原劑被氧化放出氧氣水做還原劑被氧化放出氧氣4 4- - O O2 2( (g g) )+ +4 4H H+ + +2 2H H2 2O OpH0592. 0229. 1OH/O(E)H( clg0592. 0)OH/O(EOH/O(E)H( c)p/p(1lg40592. 0)OH/O(E)OH/O(EKPa100pK

60、2982222224O2222O22）， 據(jù)此方程可得直線據(jù)此方程可得直線B B66662022-2-142022-2-14 由于動力由于動力學(xué)等因素的影學(xué)等因素的影響，實際測得響，實際測得值比理論值偏值比理論值偏差差0.5V0.5V，因此，因此A A線、線、B B線各向外線各向外推出推出0.5V0.5V，實，實際為際為a,ba,b線。線。67672022-2-142022-2-14Fe2+-=Fe EFe2+-=Fe E- -0.4089V0.4089VFe3+-=Fe2+ EFe3+-=Fe2+ E0.769V0.769VFe3+3OH-=Fe(OH)3 Fe3+3OH-=Fe(OH)3