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1、1.2. 離子 - 電子法配平氧化還原方程式 (半反應(yīng)法) 步驟： a. 根據(jù)氧化數(shù)的變化分別寫出氧化半反應(yīng)和還原半反應(yīng)的骨架反應(yīng) b. 配平半反應(yīng)方程式兩邊的原子和電荷數(shù) c. 根據(jù)得失電子數(shù)相同，將配平的半反應(yīng)組合成凈的總反應(yīng),酸性水溶液,1. 配平氧化數(shù)（氧化態(tài)）有變化的那種元素的原子數(shù) 2. 在缺m個氧原子的一側(cè)加m個H2O分子，把O原子數(shù)配平 3. 在缺n個氫原子的一側(cè)加n個H+ 離子，把H原子數(shù)配平 4. 在缺負(fù)電荷的一側(cè)加數(shù)量合適的電子，把反應(yīng)式二側(cè)的電荷數(shù)配平，即得配平的半反應(yīng)方程式,例如： H2O2 + I- I2 + H2O (氧) 2I- = I2 + 2e- (還) H

2、2O2 + 2H+ + 2e- = 2H2O 配平后： H2O2(aq) + 2H+(aq) + 2I- (aq) = I2(s) + 2H2O(l) H2O2 + 2H3O+ + 2I- = I2 + 4H2O,C6H5CHO + Cr2O72- C6H5COOH + Cr3+ (氧) C6H5CHO + H2O = C6H5COOH + 2H+ + 2e- (還) Cr2O72- + 14H+ + 6e- = 2Cr3+ + 7H2O 3 (氧) + (還) : 3C6H5CHO + 3H2O + Cr2O72- + 14H+ = 3C6H5COOH + 6H+ + 2Cr3+ + 7H2

3、O 整理后： 3C6H5CHO + 8H3O+ + Cr2O72- = 3C6H5COOH + 2Cr3+ + 12H2O,堿性溶液,1. 先配平氧化數(shù)有變化的那種元素的原子數(shù) 2. 在多m個O原子的一側(cè)加m個H2O分子，同時在反應(yīng)式 另一側(cè)加2m個OH- 離子，把O原子數(shù)配平 3. 在多n個H原子的一側(cè)加n個OH-離子，同時在反應(yīng)式 的另一側(cè)加n個H2O分子，配平H原子數(shù) 4. 在缺負(fù)電荷的一側(cè)加數(shù)量合適的電子，把電荷數(shù)配 平，即得配平的半反應(yīng)方程式,ClO- + CrO2- CrO42- + Cl- (氧) CrO2- + 4OH- = CrO42- + 2H2O + 3e- (還) Cl

4、O- + 2e- + H2O = Cl- + 2OH- 2 (氧) + 3 (還): 2CrO2- + 8OH- + 3ClO- + 3H2O = 2CrO42- + 4H2O + 3Cl- + 6OH- 整理后： 3ClO-(aq) + 2CrO2-(aq) + 2OH-(aq) = 2CrO42-(aq) + 3Cl-(aq) + H2O(l),又如： Br2 Br- + BrO3- (氧) Br2 + 12OH- = 2BrO3- + 6H2O + 10e- (還) Br2 + 2e- = 2Br- (氧) + 5 (還) : 6Br2 + 12OH- = 2BrO3- + 10Br-

5、+ 6H2O 整理后： 3Br2(l) + 6OH-(aq) = 5Br-(aq) + BrO3-(aq) + 3H2O(l),在堿性條件下配平下列半反應(yīng)： NO2-(aq) N2H4(aq) （1）2NO2- N2H4 （多4個O的一側(cè)加4個H2O，另一側(cè)加8個OH-） （2）4H2O + 2NO2- N2H4 + 8OH- （多4個H的一側(cè)加4個OH-，另一側(cè)加4個H2O） （3） 4H2O + 4H2O +2NO2- N2H4 +8OH- + 4OH- （加10e平衡電荷） (4) 10e- + 4H2O(l) + 4H2O(l) +2NO2-(aq) = N2H4(aq) + 8OH-

6、(aq) + 4OH-(aq) 整理后：10e- + 8H2O(l) + 2NO2-(aq) = N2H4(aq) + 12OH-(aq),2. 原電池,原電池（化學(xué)電池）：通過氧化還原反應(yīng)使化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。它通過反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。原電池即一種化學(xué)電源，它由兩種不同成分的電化學(xué)活性電極分別組成正負(fù)極，兩電極浸泡在能提供傳導(dǎo)作用的電解質(zhì)中，當(dāng)連接在某一外部載體上時，通過轉(zhuǎn)換其內(nèi)部的化學(xué)能來提供電能。作為一種電的貯存裝置，當(dāng)兩種金屬（通常是性質(zhì)有差異的金屬）浸沒于電解液之中，它們可以導(dǎo)電，并在“極板”之間產(chǎn)生一定電動勢。電動勢大小（或電壓）與所使用的金屬有關(guān)，不同種類的電池其電動勢也

7、不同。 蓄電池：原電池制成后即可以產(chǎn)生電流，但在放電完畢即被廢棄。蓄電池又稱為二次電池，使用前須先進行充電，充電后可放電使用，放電完畢后還可以充電再用。蓄電池充電時，電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能；放電時，化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。經(jīng)歷可逆的氧化還原反應(yīng)（充電，放電）過程。,電池簡史,1780年 意大利解剖學(xué)家伽伐尼在做青蛙解剖時，兩手分別拿著不同的金屬器械，無意中同時碰在青蛙的大腿上，青蛙腿部的肌肉立刻抽搐了一下，仿佛受到電流的刺激，而只用一種金屬器械去觸動青蛙，卻并無此種反應(yīng)。伽伐尼于1791年發(fā)表相關(guān)結(jié)果。 1799年，意大利物理學(xué)家伏特把一塊鋅板和一塊銀板浸在鹽水里，發(fā)現(xiàn)連接兩塊金屬的導(dǎo)線中有電流通過。于是

8、，他就把許多鋅片與銀片之間墊上浸透鹽水的絨布或紙片，平疊起來。用手觸摸兩端時，會感到強烈的電流刺激。伏特用這種方法成功的制成了世界上第一個電池“伏特電堆”。這個“伏特電堆”實際上就是串聯(lián)的電池組。 1836年，英國的丹尼爾對“伏打電堆”進行了改良。他使用稀硫酸作電解液，得到保持平衡電流的鋅銅電池，又稱“丹尼爾電池”。此后，又陸續(xù) 有“本生電池”和“格羅夫電池”等問世。但是，這些電池都存在電壓隨使用時間延長而下降的問題。,1860年，法國的普朗泰發(fā)明出用鉛做電極的電池。這種電池的獨特之處是，當(dāng)電池使用一段時間電壓下降時，可以給它通以反向電流，使電池電壓回升。因為這種電池能充電，可以反復(fù)使用，所以

9、稱它為“蓄電池”。然而，無論哪種電池都需在兩個金屬板之間灌裝液體，因此搬運很不方便，特別是蓄電池所用液體是硫酸，在挪動時很危險。 1860年，法國的雷克蘭士用鋅和汞的合金棒作為負(fù)極，而它的正極是盛裝著研碎二氧化錳和碳混合物的一個多孔的杯子，在此混合物中插有一根碳棒作為電流收集器。負(fù)極棒和正極杯都被浸在作為電解液的氯化銨溶液中。此系統(tǒng)被稱為“濕電池”，雷克蘭士制造的電池雖然簡陋但卻便宜。 1887年，英國人赫勒森發(fā)明了最早的干電池。負(fù)極被改進成鋅罐（即電池的外殼），電解液變?yōu)楹隣疃且后w，不會溢漏，便于攜帶，基本上這就是現(xiàn)在廣泛使用的碳鋅電池。,2.1. 化學(xué)電池,正極：Cu2+ + 2e- =

10、 Cu （陰極），還原反應(yīng) 負(fù)極： Zn = Zn2+ + 2e- （陽極），氧化反應(yīng),鋅-銅電池,電池反應(yīng)： Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu,正極-電子流入-陰極 負(fù)極-電子流出-陽極,原電池,電解池,電子流動的方向 電流方向,導(dǎo)線：溝通兩片金屬，使電子能在兩者之間傳遞 鹽橋（KCl水溶液，瓊脂）：溝通兩個溶液，使正負(fù)離子能在兩個溶液之間遷移 為使原電池持續(xù)地工作，導(dǎo)線和鹽橋二者缺一不可 沒有鹽橋？ 電極符號： RedOx，“”表示固液兩相的界面 ZnZn2+，ZnZn2+(a mol/L)，Zn(s)Zn2+(a mol/L) CuCu2+，CuCu2+(b mol/L)，Cu

11、(s)Cu2+(b mol/L),電池符號： ( - ) Zn Zn2+ ( a mol/L) Cu2+ ( b mol/L) Cu (+) i. 負(fù)極寫在左邊，正極寫在右邊。作為電極的導(dǎo)電材料寫在兩邊的外側(cè), 兩個電極的溶液寫在內(nèi)側(cè)。 ii. “ ” 表示物相之間的界面。 iii. “ ” 表示溝通兩個半電池的鹽橋。 如果兩個電極插在同一個溶液中，則沒有鹽橋,電極的類型： a. 金屬電極：金屬材料不僅僅作為導(dǎo)體，而且直接參與半反應(yīng),Cu = Cu2+ + 2e- CuCu2+(a mol/L),b. 惰性電極：導(dǎo)電材料不直接參與半反應(yīng)，只是作為導(dǎo)體及時傳遞電子。 惰性的導(dǎo)電材料：Pt，Au，

12、石墨等,Fe2+ = Fe3+ + e- PtFe2+(a mol/L), Fe3+(b mol/L),c. 氣體電極：在結(jié)構(gòu)上與惰性電極一樣,H2 = 2H+ + 2e- PtH2(a atm)H+(b mol/L) Pt, H2(a atm)H+(b mol/L) Pt, Cl-(b mol/L)Cl2(c atm),將兩個氣體電極插在HCl溶液中組成原電池： (-) Pt, H2(a atm)HCl (b mol/L)Cl2(c atm), Pt (+),例題： 將下列氧化還原反應(yīng)設(shè)計成原電池 H2(g) + Sn4+(aq) = Sn2+(aq) + 2H+(aq) 解： 氧化反應(yīng)：

13、H2(g) = 2H+ (aq) + 2e- 還原反應(yīng)： Sn4+(aq) + 2e- = Sn2+(aq) 該反應(yīng)的電池符號： (-) PtH2( a atm)H+(b mol/L)Sn4+(c mol/L) , Sn2+(d mol/L)Pt (+),2.2. 電池的電動勢和電極電勢 電池的電動勢（電池電勢） 原電池的正、負(fù)兩極的電極電勢差稱電池電勢，用 、E池 或 E 等表示 E = E正 - E負(fù) 電極電勢：還原電勢 Mn+(aq) + ne- M(s) E(Mn+ M) (-) Zn Zn2+ ( 1.0 mol/L) Cu2+ ( 1.0 mol/L) Cu (+) E池 = 1.

14、10 V Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu,(-) Cu Cu2+ (1.0 mol/L) Ag+ (1.0 mol/L) Ag (+) E池 = 0.46 V Cu + 2Ag+ = Cu2+ + Ag 求： (-) Zn Zn2+ ( 1.0 mol/L) Ag+ (1.0 mol/L) Ag (+) Zn + 2Ag+ = Zn2+ + 2Ag E池 = 0.46 + 1.10 = 1.56 V,電極電勢是怎樣產(chǎn)生的？ “雙電層模型”,Zn = Zn2+ + 2e- 在溶液和金屬的接界面的二側(cè)就形成了帶正負(fù)電荷的雙電層。當(dāng)半反應(yīng)達到平衡時，雙電層就具有確定的電勢差，這個電勢差就

15、是電極電勢,電極電勢是怎樣測定的？,標(biāo) 準(zhǔn) 氫 電 極,aH+ = 1.000 mol/L PH2 = 1.000 atm 在任何溫度下，標(biāo)準(zhǔn)氫電極的電勢規(guī)定為0.0000 V,2H+(aq) + 2e- = H2(g) E(H+H2) = 0.0000 V 2H3O+(aq) + 2e- = H2(g) + 2H2O(l) E(H3O+H2) = 0.0000 V,(-)Pt, H2 (1 atm)H+ (1.0 mol/L)Cu2+ (1.0 mol/L) Cu(+) 電池電勢： E = E(Cu2+Cu) E(H+H2) = 0.340 V 標(biāo)準(zhǔn)電極電勢： E(Cu2+Cu) = 0.3

16、40 V (-) ZnZn2+(1.0 mol/L) H+ (1.0 mol/L)H2(1 atm), Pt (+) E = E(H+H2) E(Zn2+Zn) = 0.7628 V E(Zn2+Zn) = -0.7628 V,關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)電極電勢表（P. 431） a. 相對于標(biāo)準(zhǔn)氫電極的還原電勢。( Mn+ + ne- = M ) b. 298.15 K 熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的還原電勢。 ( 電勢與溫度、壓強、溶液濃度等有關(guān)。) 酸性電極電勢：H3O+ = 1.0 mol/L, 堿性電極電勢：OH- = 1.0 mol/L,2H+ + 2e- = H2 E(H+H2) = 0.0000 V 2H3O

17、+ + 2e- = H2 + 2H2O E(H3O+H2) = 0.0000 V,Ox + ne- = Red 氧化態(tài) 還原態(tài) d. 電極電勢的高低表明電子得失的難易，也就是表明了氧化還原能力的強弱。電極電勢越大，就表明電對中氧化態(tài)物質(zhì)獲得電子的能力越強，即氧化能力越強，電對中還原態(tài)物質(zhì)失去電子的能力越弱，即還原能力越弱。標(biāo)準(zhǔn)電極電勢表中從上到下，電對中還原態(tài)物質(zhì)的還原能力減弱，氧化態(tài)物質(zhì)的氧化能力增強。 e. 電極電勢的大小反映了物種得失電子的能力，這種性質(zhì)是強度性質(zhì)，與物質(zhì)的量無關(guān) Cu2+(aq) + 2e- = Cu(s) E(Cu2+Cu) = 0.34 V 2Cu2+(aq) +

18、4e- = 2Cu(s) E(Cu2+Cu) = 0.34 V,作業(yè)：P423 424：1- a, f 2-b, e, f 5-a, f 6-a, d,對應(yīng)書上的內(nèi)容： P419 429,判斷氧化還原反應(yīng)自發(fā)進行的方向： 若兩個半反應(yīng)相減的E 0, 能自發(fā)進行 （G = nFE 0） Zn2+(aq) + 2e- = Zn(s) E(Zn2+Zn) = -0.7628 V Cu2+(aq) + 2e- = Cu(s) E(Cu2+Cu) = 0.3402 V Cu2+(aq) + Zn(s) = Cu(s) + Zn2+(aq) E = 1.1030 V,例如： 現(xiàn)有一個酸性的 Cl-, Br-, I-的混合溶液，要選