氧化還原反應(yīng)與電極電位最終PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1氧化還原反應(yīng)與電極電位最終氧化還原反應(yīng)與電極電位最終第1頁(yè)/共67頁(yè)第2頁(yè)/共67頁(yè)解：解： KMnO4： +1 + x + 4 (-2) =0 x = +7 K2Cr2O7： 2 (+1) + 2y + 7 (-2) =0 y = +6第3頁(yè)/共67頁(yè)第4頁(yè)/共67頁(yè)第5頁(yè)/共67頁(yè)又如：又如： Zn + 2HCl ZnCl2 + H2 HCl中的中的H+得到電子，氧化值降低，得到電子，氧化值降低，被還原被還原, HCl稱為稱為氧化劑氧化劑(oxidizing agent)，又稱又稱電子的受體電子的受體(electron acceptor)。 鋅鋅失去電子，氧化值升高，被氧化失去電子

2、，氧化值升高，被氧化，稱為，稱為還原劑還原劑(reducing agent)，又稱，又稱電電子的供體子的供體(electron donor)。 第6頁(yè)/共67頁(yè)第7頁(yè)/共67頁(yè)第8頁(yè)/共67頁(yè)第9頁(yè)/共67頁(yè)Ox + ne- Red 第10頁(yè)/共67頁(yè)第11頁(yè)/共67頁(yè)如：如： MnO4-/Mn2+；Cu2+/Cu；Zn2+ /Zn；還原半反應(yīng)：還原半反應(yīng)：氧化半反應(yīng)：氧化半反應(yīng)：Fe3+ + e- Fe2+ Sn2+ Sn4+ + 2e-又如：又如： 2Fe3+ Sn2+ 2 Fe2+ Sn4+第12頁(yè)/共67頁(yè)第13頁(yè)/共67頁(yè)如：如：1. 寫出離子方程式。寫出離子方程式。MnO4- +

3、Cl- Mn2+ + Cl22. 將離子方程式拆成氧化和還原兩個(gè)半反將離子方程式拆成氧化和還原兩個(gè)半反應(yīng)應(yīng)還原半反應(yīng)：還原半反應(yīng)：氧化半反應(yīng)：氧化半反應(yīng)：MnO4- Mn2+Cl- Cl2KMnO4 + HCl MnCl2 + Cl2第14頁(yè)/共67頁(yè)MnO4- + 8H+ + 5e- Mn2+ + 4H2O 2Cl- - 2e- Cl2 第15頁(yè)/共67頁(yè)4. 根據(jù)氧化劑和還原劑得失電子數(shù)相等，找出根據(jù)氧化劑和還原劑得失電子數(shù)相等，找出最小公倍數(shù)，合并成一個(gè)配平的離子方程式。最小公倍數(shù)，合并成一個(gè)配平的離子方程式。2 2MnO4-16H+10e- 2Mn2+8H2O 5 10Cl- - 10

4、e- 5Cl22MnO4-+16H+10Cl- 2Mn2+ 5Cl2 + 8H2O第16頁(yè)/共67頁(yè)2KMnO4+16HCl 2KCl +2MnCl2+ 5Cl2 + 8H2O第17頁(yè)/共67頁(yè)電化學(xué)的起源電化學(xué)的起源第18頁(yè)/共67頁(yè)The Nobel Prize in Chemistry 2000for the discovery and development of conductive polymers第19頁(yè)/共67頁(yè)CuCuSO4溶液溶液Zn第20頁(yè)/共67頁(yè)第21頁(yè)/共67頁(yè)第22頁(yè)/共67頁(yè)第23頁(yè)/共67頁(yè)第24頁(yè)/共67頁(yè)由此可見，由此可見，電池反應(yīng)就是氧化還原反應(yīng)。正極反

5、電池反應(yīng)就是氧化還原反應(yīng)。正極反應(yīng)就是還原半反應(yīng)；負(fù)極反應(yīng)就是氧化半反應(yīng)。應(yīng)就是還原半反應(yīng)；負(fù)極反應(yīng)就是氧化半反應(yīng)。第25頁(yè)/共67頁(yè)第26頁(yè)/共67頁(yè) 將兩電極組合起來(lái)將兩電極組合起來(lái),就可以構(gòu)成一個(gè)就可以構(gòu)成一個(gè)原電池原電池。電池組成式：電池組成式： 電極寫在兩邊，中間用電極寫在兩邊，中間用“|”表示表示鹽橋連接，習(xí)慣上，鹽橋連接，習(xí)慣上，正極寫右邊，負(fù)極寫左邊。正極寫右邊，負(fù)極寫左邊。第27頁(yè)/共67頁(yè)如如 Cu-Zn Cu-Zn 原電池的電池組成式為：原電池的電池組成式為： (-) Zn Zn 2+(c1)Cu2+(c2) Cu (+) 第28頁(yè)/共67頁(yè)第29頁(yè)/共67頁(yè) 電極反應(yīng)：

6、電極反應(yīng)：Fe3+ + e- Fe2+ 第30頁(yè)/共67頁(yè)Cu + FeClCu + FeCl3 3CuCl(s)+ FeClCuCl(s)+ FeCl2 2還原半反應(yīng)：還原半反應(yīng)： FeFe3+3+ + e Fe + e Fe2+2+ 氧化半反應(yīng)：氧化半反應(yīng)： CuCu0 0 Cu Cu+ + + 2e + 2e(-) Cu , CuCl(S) Cl- (c1) Fe3+ (c2), Fe2+ (c3) Pt(+)第31頁(yè)/共67頁(yè) 例例8-28-2 高錳酸鉀與濃鹽酸作用制取氯氣的反應(yīng)如下：高錳酸鉀與濃鹽酸作用制取氯氣的反應(yīng)如下：2KMnO4+16HCl 2KCl +2MnCl2+ 5Cl2

7、 + 8H2O將將此反應(yīng)設(shè)計(jì)為原電池，寫出正負(fù)極反應(yīng)、電池反應(yīng)、此反應(yīng)設(shè)計(jì)為原電池，寫出正負(fù)極反應(yīng)、電池反應(yīng)、電極組成式和電池組成式。電極組成式和電池組成式。 解：解： 將上述反應(yīng)方程式改寫成離子方程式，將上述反應(yīng)方程式改寫成離子方程式，2MnO4-+16H+10Cl- 2Mn2+ 5Cl2 + 8H2O MnO4-8H+5e- Mn2+4H2O 第32頁(yè)/共67頁(yè) Cl2 + 2e- 2Cl- 電池反應(yīng)：電池反應(yīng)： 2MnO4-+16H+10Cl- 2Mn2+ 5Cl2 + 8H2O正極組成式：正極組成式： Pt| MnO4- (c1) ，Mn2+ (c2) ， H+ (c3)負(fù)極組成式：負(fù)

8、極組成式： Pt，Cl2(p) | Cl- (c ) 電池組成表示式電池組成表示式:(-) Pt, Cl2(p) | Cl- (c ) MnO4- (c1),Mn2+ (c2), H+ (c3) | Pt(+)第33頁(yè)/共67頁(yè)原電池的兩電極間存在電位差，每個(gè)電極上存在原電池的兩電極間存在電位差，每個(gè)電極上存在不同的電位不同的電位( (勢(shì)能勢(shì)能) )。電極電位是如何產(chǎn)生的？。電極電位是如何產(chǎn)生的？把金屬浸入其相應(yīng)鹽溶液時(shí)：把金屬浸入其相應(yīng)鹽溶液時(shí)： M - ne- - Mn+(aq)M(s)Mn+(aq)在金屬板上在溶液中留在金屬板上沉積溶解+ne第34頁(yè)/共67頁(yè) 當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)當(dāng)達(dá)到平衡時(shí),

9、 ,若若金屬溶解的趨勢(shì)金屬溶解的趨勢(shì)大于金屬離子析出大于金屬離子析出的趨勢(shì)的趨勢(shì), ,則金屬極則金屬極板上會(huì)帶有過(guò)剩的板上會(huì)帶有過(guò)剩的負(fù)電荷負(fù)電荷, ,等量的正等量的正電荷將分布在溶液電荷將分布在溶液中，因靜電引力，中，因靜電引力，形成了形成了雙電層結(jié)構(gòu)雙電層結(jié)構(gòu)。雙電層結(jié)構(gòu)雙電層結(jié)構(gòu)第35頁(yè)/共67頁(yè) 雙電層雙電層的厚度約為的厚度約為1010-10-10米的數(shù)量級(jí)米的數(shù)量級(jí), ,其間的其間的電位差電位差, ,稱為稱為電極電位電極電位( (勢(shì)勢(shì)) )，又稱，又稱絕對(duì)電極電位絕對(duì)電極電位。符號(hào)為符號(hào)為( (氧化態(tài)氧化態(tài)/ /還原態(tài)還原態(tài)) ;) ;單位為單位為V(V(伏特伏特) ) 。如：如：(

10、Zn2+/Zn);(Cu2+/Cu);(O2/OH-) (MnO4-/Mn2+); (Cl2/Cl-)等。等。 電極電位主要取決于電極的電極電位主要取決于電極的本性本性，并，并受受溫度、介質(zhì)溫度、介質(zhì)和和離子濃度離子濃度(或活度或活度)等因素。等因素。第36頁(yè)/共67頁(yè)第37頁(yè)/共67頁(yè)2 H+(aq)2e- H2 (g) 第38頁(yè)/共67頁(yè) 1. 鉑片上鍍上一層鉑粉鉑片上鍍上一層鉑粉即鉑黑即鉑黑, 增強(qiáng)吸附氫氣的增強(qiáng)吸附氫氣的能力并提高反應(yīng)速率。能力并提高反應(yīng)速率。 2. IUPAC規(guī)定規(guī)定: : T=298.15K、P=100kPa H+=1mol.L-1 (嚴(yán)格講是活度嚴(yán)格講是活度)時(shí)，

11、時(shí)， (H(H+ +/H/H2 2) ) = 0.000 V = 0.000 V 第39頁(yè)/共67頁(yè)(二二)標(biāo)準(zhǔn)電極電位（標(biāo)準(zhǔn)電極電位（ ）在在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下下，將將待測(cè)電極待測(cè)電極與與標(biāo)準(zhǔn)氫電標(biāo)準(zhǔn)氫電極極組成電池，所測(cè)得的電池的電動(dòng)勢(shì)組成電池，所測(cè)得的電池的電動(dòng)勢(shì)就是該電極的就是該電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電位標(biāo)準(zhǔn)電極電位。第40頁(yè)/共67頁(yè)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)：標(biāo)準(zhǔn)態(tài)：同熱力學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)一致，電極反應(yīng)物的濃同熱力學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)一致，電極反應(yīng)物的濃度為度為1mol.L-1（嚴(yán)格是活度為（嚴(yán)格是活度為1），氣體分壓為），氣體分壓為100kPa，溫度未定，溫度未定，IUPAC推薦為推薦為298.15K。第41頁(yè)/共67頁(yè)第42

12、頁(yè)/共67頁(yè)(-)ZnZn 2+(1molL-)H+ (1molL-) H2(101.3kPa),Pt (+) 0ZnZn20_00E0ZnZn0HH22V7618. 0V7618. 00ZnZn2第43頁(yè)/共67頁(yè) 1. 僅適用于僅適用于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的水溶液標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的水溶液。對(duì)于非水溶液。對(duì)于非水溶液、高溫、固相反應(yīng)并不適用（因?yàn)楸碇袛?shù)據(jù)是、高溫、固相反應(yīng)并不適用（因?yàn)楸碇袛?shù)據(jù)是在水溶液中求得的）。在水溶液中求得的）。Ox +nebReda第44頁(yè)/共67頁(yè)第45頁(yè)/共67頁(yè)第46頁(yè)/共67頁(yè)2 Fe3+ +2e 2Fe2+ (Fe3+/Fe2+)=0.771VFe3+ +e Fe2+ (Fe3+/

13、Fe2+)=0.771V第47頁(yè)/共67頁(yè)例如：例如：Zn + Cu2+ = Cu + Zn 2+ (CuCu2+2+/Cu) /Cu) = 0.3419V (ZnZn2+2+/Zn) /Zn) = -0.7618V第48頁(yè)/共67頁(yè) 判斷標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下下列氧化還原判斷標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下下列氧化還原反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向：反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向：Br2Fe2BrFe2322 Fe2+ e Fe3+ Br22e 2Br- 解：解：V771.00FeFe23V0873.10BrBr2第49頁(yè)/共67頁(yè)自由能（自由能（G）：）：系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)，只與系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)，只與系統(tǒng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與過(guò)程無(wú)關(guān)。系統(tǒng)的始態(tài)和終態(tài)

14、有關(guān)，而與過(guò)程無(wú)關(guān)。自由能變化（自由能變化（rGm）等于等溫、等壓下，）等于等溫、等壓下，可逆過(guò)程中對(duì)外作的最大非體積功（可逆過(guò)程中對(duì)外作的最大非體積功（-W f,最大最大）。即：）。即：第50頁(yè)/共67頁(yè)rGm可用來(lái)判斷化學(xué)反應(yīng)的方向：可用來(lái)判斷化學(xué)反應(yīng)的方向：)(G)(Gmrmr反反應(yīng)應(yīng)物物產(chǎn)產(chǎn)物物 rGm=rGm0，反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行。，反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行。rGm 0，反應(yīng)逆向自發(fā)進(jìn)行。，反應(yīng)逆向自發(fā)進(jìn)行。rGm= 0，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)。，反應(yīng)達(dá)平衡狀態(tài)。標(biāo)準(zhǔn)態(tài)各物質(zhì)的自由能變標(biāo)準(zhǔn)態(tài)各物質(zhì)的自由能變r(jià)Gm 可查表得到可查表得到第51頁(yè)/共67頁(yè)一、電池電動(dòng)勢(shì)與化學(xué)反應(yīng)一、電池電動(dòng)勢(shì)與化學(xué)反應(yīng)G

15、ibbs自由能的關(guān)系自由能的關(guān)系根據(jù)根據(jù)原電池中，最大非體積是電功。原電池中，最大非體積是電功。 rGm = -nFE當(dāng)電池中各物質(zhì)均處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)當(dāng)電池中各物質(zhì)均處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí) rGm = -nFE第52頁(yè)/共67頁(yè) 二、用電池電動(dòng)勢(shì)判斷氧化還原二、用電池電動(dòng)勢(shì)判斷氧化還原反應(yīng)自發(fā)性反應(yīng)自發(fā)性O(shè)x1 + Red1 Ox2 + Red2 反反應(yīng)應(yīng)rGm = 0，E = 0，反應(yīng)達(dá)到平衡。，反應(yīng)達(dá)到平衡。rGm0，E 0，反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行；，反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行；rGm0 ，E 0，反應(yīng)逆向自發(fā)進(jìn)行；，反應(yīng)逆向自發(fā)進(jìn)行；第53頁(yè)/共67頁(yè)反應(yīng)的反應(yīng)的rGm ，并判斷反應(yīng)是否自發(fā)進(jìn)行。，并判斷反應(yīng)是否自發(fā)

16、進(jìn)行。例例8-3 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電極電位，計(jì)算反應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電極電位，計(jì)算反應(yīng) Cr2O72- + 6Fe2+ + 14H+ 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O解：解：首先將氧化還原反應(yīng)拆成兩個(gè)半反應(yīng)首先將氧化還原反應(yīng)拆成兩個(gè)半反應(yīng)正極反應(yīng)正極反應(yīng) Cr2O72- + 14H+ +6e- 2Cr3+ + 7H2O E = (Cr2O72- / Cr3+ ) (Fe3+/ Fe2+) = 1.232V - 0.771V =0.461V第54頁(yè)/共67頁(yè)rGm = -nFE = -6 96485C mol-1 0.461V = -2.669 105J mol-1 =-266.9kJ mol-1 0故

17、反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行。故反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行。 E = - rGm nF第55頁(yè)/共67頁(yè) 根據(jù)：根據(jù)： rGm = -nFE 05916. 0lgnEK 第56頁(yè)/共67頁(yè)05916. 0lgnEK 第57頁(yè)/共67頁(yè)解解: 將以上反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池將以上反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池, 電極反應(yīng)為電極反應(yīng)為: E = (Cu2+ / Cu ) (Zn2+/Zn) = 0.34192 V (-0.7618V) =1.1037V電池反應(yīng)中電池反應(yīng)中n=2, 3124.3705916. 01037. 1205916. 0lg nEK K = 2.503 1037第58頁(yè)/共67頁(yè)思考思考 rGm = + RT lnQ

18、rGm第59頁(yè)/共67頁(yè) rGm = -nFE rGm = -nFE得：得： -nFE = -nFE + RT lnQ QlnnFRTEE 當(dāng)當(dāng)T =298.15K時(shí)時(shí), 代入相關(guān)常數(shù)代入相關(guān)常數(shù), 上式變?yōu)椋荷鲜阶優(yōu)椋篞nEElg05916.0 第60頁(yè)/共67頁(yè)對(duì)于任意一個(gè)已配平的氧化還原方程式：對(duì)于任意一個(gè)已配平的氧化還原方程式： 反應(yīng)商可寫為：反應(yīng)商可寫為：bdaOxeOxddccccQ)()()()(2121ReRe bdaOxeOxddccccnFRTEE)()()()(ln2121ReRe bdaOxeOxddccccnEE)()()()(lg05916. 02121ReRe 第

19、61頁(yè)/共67頁(yè)bdaOxeOxddccccnEE)()()()(lg05916. 02121ReRe 電池電動(dòng)勢(shì)的電池電動(dòng)勢(shì)的Nernst方程式方程式第62頁(yè)/共67頁(yè)E = + - -bdaOxeOxddccccnFRT)()()()(ln)(2121ReRe )()(ln)()(ln2211ReReeOxbdaOxddccnFRTccnFRT aOxddccnFRT)()(ln11Re eOxbdccnFRT)()(ln22Re 第63頁(yè)/共67頁(yè) (Ox/Red) = (Ox/Red) + lg RTn F(cOx ) p(cRed)q (Ox/Red) = (Ox/Red) + lg