第八章氧化還原反應(yīng)與電極電位.ppt課件

1、第八章 氧化還原反應(yīng)與電極電位第一節(jié) 氧化還原反應(yīng)認(rèn)識階段氧化還原氧物質(zhì)與氧結(jié)合的反應(yīng)：氧化反應(yīng)物質(zhì)失去氧的反應(yīng)：還原反應(yīng)化合價化合價升高的過程：氧化化合價降低的過程：還原電子失去電子的過程：氧化得到電子的過程：還原CuO + H2 = Cu + H2O +2 -2 0 0 +1 -2失去氧，化合價降低，氧化劑氧化性得到e-，被還原，發(fā)生還原反應(yīng)得到氧，被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)還原產(chǎn)物還原劑還原性化合價升高，失去e-，氧化劑氧化性得電子化合價降低被還原還原反應(yīng)還原產(chǎn)物還原劑還原性失電子化合價升高被氧化氧化反應(yīng)氧化產(chǎn)物氧化還原反應(yīng)的特征（判斷方法）：化合價升降氧化還原反應(yīng)的實質(zhì)：電子的轉(zhuǎn)移（得失、偏

2、移）歸納總結(jié)氧化產(chǎn)物一、氧化值 定義：指某元素 一個原子的表觀荷電數(shù)，這種表觀荷電數(shù)是假設(shè)把原子間每個鍵中的電子指定給電負(fù)性較大的原子而求得。 氧化值的確定： #單質(zhì)中，元素的氧化值為0； #中性分子中所有元素的氧化值的代數(shù)和為0； #單原子離子的氧化值等于它所帶的電荷數(shù)，多原子離子的所有元素的氧化值的代數(shù)和等于該離子所帶的電荷數(shù)； H為+1，-1；O為-2，-1，-1/2，+2；F為-1。CuO + H2 = Cu + H2O +2 -2 0 0 +1 -2失去氧，氧化值降低，氧化劑氧化性得到e-，被還原，發(fā)生還原反應(yīng)得到氧，被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)還原產(chǎn)物還原劑還原性氧化值升高，失去e-，氧化

3、劑氧化性得電子氧化值降低被還原還原反應(yīng)還原產(chǎn)物還原劑還原性失電子氧化值升高被氧化氧化反應(yīng)氧化產(chǎn)物氧化還原反應(yīng)的特征（判斷方法）：氧化值升降氧化還原反應(yīng)的實質(zhì)：電子的轉(zhuǎn)移（得失、偏移）歸納總結(jié)氧化產(chǎn)物二、氧化還原反應(yīng)（一）氧化還原反應(yīng)（二）氧化還原半反應(yīng)和氧化還原電對 Zn = Zn2+ + 2e氧化半反應(yīng)：還原劑被氧化的半反應(yīng)； 氧化還原電對（Ox/Red） ：同一元素原子的氧化型物質(zhì)及對應(yīng)的還原型物質(zhì)組成。 氧化型（Ox）：組成元素氧化值較高的物質(zhì)； 還原型（Red）：組成元素氧化值較低的物質(zhì)。 Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+ Cu2+ + 2e =Cu還原半反應(yīng)：氧化劑被還原的

4、半反應(yīng)。Zn2+ / ZnCu2+ / Cu 氧化型物質(zhì)與還原型物質(zhì)的共軛關(guān)系： 氧化型 + ne 還原型 氧化型物質(zhì)的氧化能力越強，其對應(yīng)的還原型物質(zhì)的還原能力就越弱； 氧化型物質(zhì)的氧化能力越弱，其對應(yīng)的還原型物質(zhì)的還原能力就越強。 Ox1 Ox2 Ox3 Ox4 Ox5 Ox6 /Red1 /Red2 /Red3 /Red4 /Red5 /Red6 氧化型物質(zhì)的氧化能力增強還原型物質(zhì)的還原能力增強三、氧化還原反應(yīng)方程式的配平 氧化值法和離子-電子法。（一）氧化值法 *寫出反應(yīng)物和生成物的化學(xué)式； *標(biāo)出氧化值有變化的組成元素的氧化值，計算氧化值升高和降低的數(shù)值； *根據(jù)元素氧化值降低的數(shù)值

5、=元素氧化值升高的數(shù)值，利用最小公倍數(shù)確定氧化劑和還原劑的化學(xué)計量數(shù)； *配平氧化值沒有變化的元素的原子。 KMnO4+ HCl KCl+ MnCl2+ Cl2+ H2O +7 -1 +2 0 （+2）-（+7）= -50-（-1）2 = +2 25225108216=（二）離子-電子法：根據(jù)氧化和還原兩個半反應(yīng)得失電子數(shù)目相等的原則進(jìn)行配平。 *寫出離子反應(yīng)方程式； *將離子反應(yīng)方程式拆分成氧化和還原兩個半反應(yīng)； *配平兩個半反應(yīng)； *配平離子反應(yīng)方程式； *配平分子反應(yīng)方程式。 5 + 2 = 最 小 公 倍 數(shù)離子反應(yīng)拆 分拆 分配 平配 平 酸性介質(zhì)： 多 n個O加 2n個H+，另一邊

6、加 n個 H2O 堿性介質(zhì)： 多 n個 O加 n個H2O，另一邊加 2n個 OH-中性介質(zhì)： 左邊多 n個 O加 n個 H2O，右邊加 2n個 OH- 右邊多 n個 O加 2n個 H+，左邊加 n個 H2O 其實，往往是最簡單的H+、OH-和H2O很難配平，這里介紹一種方法供參考：第二節(jié) 原電池與電極電位一、原電池（一）原電池的組成 氧化還原反應(yīng)中，電子的流動是無序的，不能形成電流，反應(yīng)中釋放出來的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成了熱能。 原電池：借助氧化還原反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置。鹽橋構(gòu)成原電池的通路和維持溶液的電中性鋅電極（半電池）：電極導(dǎo)體(Zn)和電解質(zhì)溶液(ZnSO4)組成。負(fù)極：失去電子的電極。

7、還原劑發(fā)生氧化反應(yīng) ZnZn2+ + 2e銅電極（半電池）：電極導(dǎo)體(Cu)和電解質(zhì)溶液(CuSO4)組成。正極：得到電子的電極。氧化劑發(fā)生還原反應(yīng) Cu2+ +2e Cu（二）原電池組成式（原電池符號）(一)Zn(s)Zn2+(lmol L-1)Cu2+ (lmol L-1) Cu(s)(+)負(fù)極在左邊，用“（）”表示，正極在右邊，用“（+）”表示；用“|”表示兩相間的間隔，同一相中的不同物質(zhì)用“，”隔開；溶液之間用鹽橋相連通時，用“|”表示鹽橋；純物質(zhì)的狀態(tài)用“（s）”、“（l）”，溶液中的溶質(zhì)標(biāo)明濃度“（c）”，氣體標(biāo)明分壓“（p）”；氣態(tài)、固態(tài)物質(zhì)緊挨電極，溶液緊靠鹽橋；若電極中沒有電

8、極導(dǎo)體，外加惰性電極導(dǎo)體。（三）電極的類型1.金屬金屬離子電極 電極組成式：Zn(s) | Zn2+ (c) 電極反應(yīng)：Zn2+(aq) + 2e = Zn(s)2.氣體電極 電極組成式：Pt(s) | Cl2(p) | Cl-(c) 電極反應(yīng)：Cl2(g) + 2e = 2Cl-(aq)3.金屬金屬難溶鹽陰離子電極 電極組成式：Ag(s) | AgCl(s) | Cl-(c) 電極反應(yīng)： AgCl(s) + e = Ag(s) +Cl-(aq)4.氧化還原電極 電極組成式：Pt(s) | Fe2+(c1)，F(xiàn)e3+(c2) 電極反應(yīng)：Fe3+(aq) + e = Fe2+(aq)二、電極電位

9、的產(chǎn)生 溶解 M(s) Mn+(aq) + ne 沉積 留在極板上 當(dāng)溶解與沉淀速率相等時，達(dá)到平衡；M- - - - - - - - - - - - - Mn+濃M+ + + + + 活潑不活潑溶解 沉積沉積 溶解 + + + + + + + + Mn+稀此時，金屬極板表面帶有過剩的電荷，會吸引帶有相反電荷的異號離子；由于熱運動，異號離子的分布是不均勻的，因此金屬極板表面與異號離子間形成雙電層。雙電層與均勻液相之間的電勢差就是電極電位。電極的電極電位主要取決于電極的本性，此外也受溶液中離子的濃度和溶液溫度的影響。三、標(biāo)準(zhǔn)電極電位標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：氣體物質(zhì)，p=p ；溶液中的溶質(zhì)，cB=c ； 溫度，

10、298.15K作為參考溫度。（一）標(biāo)準(zhǔn)氫電極電極組成式： Pt(s) | H2(100kPa) | H+(c)電極反應(yīng)： 2H+(aq) + 2e H2(g)氧化還原電對：H+ / H2標(biāo)準(zhǔn)電極電位： (H+/H2) = 0.0000 V標(biāo)準(zhǔn)氫電極裝置圖（二）標(biāo)準(zhǔn)電極電位的測定 將待測電極在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下與標(biāo)準(zhǔn)氫電極組成一個原電池，測出該電池的標(biāo)準(zhǔn)電動勢（E ），就可計算出待測電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電位。 標(biāo)準(zhǔn)電動勢： E = + - -例如：Cu2+ / Cu電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電位的測定。電極電位正負(fù)號的確定：若待測電極中還原型物質(zhì)的還原性 H2，則待測電極作負(fù)極，標(biāo)準(zhǔn)氫電極作正極，得到的電極電位為負(fù)值；若待

11、測電極中還原型物質(zhì)的還原性 Zn Cr Fe Ni Ag2. 判斷氧化還原反應(yīng)的方向 較強的氧化劑和較強的還原劑作用，生成較弱的還原劑和較弱的氧化劑。 強Ox1 + 強Red2 = 弱Ox2 + 弱Red1第三節(jié) 電池電動勢與Gibbs自由能二、用電池電動勢判斷氧化還原反應(yīng)的自發(fā)性（一）用電對的電極電位判斷 電極電位值較大的電對的氧化型物質(zhì)作氧化劑，電極電位值較小的電對的還原型物質(zhì)作還原劑時，氧化還原反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。(Cu2+/Cu)= 0.3419V(Zn2+/Zn)= -0.7618V（二） G 0，反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行； G = 0，E = 0，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)； G 0，E 0，反應(yīng)逆向自發(fā)

12、進(jìn)行。 注意：按給定的正向反應(yīng)確定氧化劑和還原劑，氧化劑所在的電極是正極，還原劑所在的電極是負(fù)極。例如： 強Ox1 +強Red2 = 弱Ox2 + 弱Red1+=(Cu2+/Cu)=0.3419V；-=(Zn2+/Zn)=-0.7618VE = +- - = 0.419-（-0.7618） 0，故反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行。三、電池標(biāo)準(zhǔn)電動勢和平衡常數(shù) 氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的限度可以用反應(yīng)的平衡常數(shù)來衡量。 K值越大，反應(yīng)正向進(jìn)行的趨勢越大； 兩個電對的標(biāo)準(zhǔn)電極電位差越大，反應(yīng)進(jìn)行得越完全。計算弱酸的標(biāo)準(zhǔn)解離常數(shù)計算難溶強電解質(zhì)的溶度積常數(shù)第四節(jié) 電極電位的Nernst方程式及影響電極電位的因素一、電極電位

13、的Nernst方程式 對于任一電池反應(yīng)： 對于任一電極反應(yīng)：當(dāng)T=298.15K，R=8.314J/(molK)，F(xiàn)=96485C/mol使用能斯特方程應(yīng)注意： *適用于任意狀態(tài)，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)和非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)； *若電極反應(yīng)中除了Ox和Red外還有其他反應(yīng)物質(zhì)，則必須將其考慮進(jìn)去； *純固體、純液體物質(zhì)和溶劑不寫入方程； *若為氣體，氣體的分壓須除以100kPa。二、電極溶液中物質(zhì)濃度對電極電位的影響1、氧化型或還原型的濃度或分壓 當(dāng)c(氧化型)，或c(還原型)時， 增大； 當(dāng)c(氧化型)，或c(還原型)時， 減小。2、酸度對電極電位的影響3、沉淀的生成對電極電勢位的影響為什么？答案在這里！4、生成弱

14、酸（或弱堿）對電極電勢位的影響第五節(jié) 電位法測定溶液的pH一、常用參比電極 參比電極：電極電位為定值并可作為參照標(biāo)準(zhǔn)的電極。（一）甘汞電極電極組成式：Pt(s)Hg2Cl2(s)Hg(l)Cl-(c)電極反應(yīng)：Hg2Cl2(s) + 2e = 2Hg(l) + 2Cl-(aq)電極電位表達(dá)式： = - 0.05916lgCl-飽和甘汞電極： SCE = 0.2412V優(yōu)點：電極電位值穩(wěn)定，容易制備，使用方便；缺點：電極電位隨溫度變化較大。（二）AgCl/Ag電極電極組成式：Ag(s)AgCl(s)Cl-(c)電極反應(yīng)：AgCl(s) + e = Ag(s) + Cl-(aq)電極電位表達(dá)式： = - 0.05916lgCl-當(dāng)KCl溶液分別為飽和溶液、1mol/L和0