无机化学-氧化还原反应-习题课-课件

第十章第十章 氧化氧化还还原反原反应应习题课习题课化学学院化学学院 陈维陈维林林1-v本章内容小本章内容小结结v书书后后习题习题v课课外外习题习题2-本章内容小本章内容小结结1.氧化氧化还还原反原反应应方程式的配平方程式的配平2.原原电电池池3.能斯特能斯特(Nernst)方程式方程式4.原原电电池池电动势电动势E池池与与电电池反池反应应的的 rGm和和K的关系的关系5.电电极极电势电势E的的应应用用6.元素元素电势图电势图7.自由能氧化数自由能氧化数图图3-1.氧化氧化还还原反原反应应方程式的配平方程式的配平(1)氧化数法：氧化数法：原原则则是是还还原原剂剂氧化数升高数与氧化氧化数升高数与氧化剂剂氧化数降低数相等。氧化数降低数相等。(2)离子离子电电子法子法(半反半反应应法法)：4-离子离子电电子法子法(半反半反应应法法)：原原则则是得是得电电子数等于失子数等于失电电子数；子数；关关键键是半反是半反应应方程式的方程式的书书写写;一般一般顺顺序：先配平序：先配平H、O以外元素的原以外元素的原子数，然后配平子数，然后配平H、O原子数，最后配原子数，最后配平得失平得失电电子数。子数。5-反反应应物物 产产物物介介质质多一个氧原子多一个氧原子添加物添加物 产产物物少一个氧原子少一个氧原子添加物添加物 产产物物酸性酸性 碱性碱性 中性中性配平配平H、O原子数的基本原原子数的基本原则则：结结合合O提供提供O6-注意：注意：在在酸酸性性介介质质中中配配平平的的半半反反应应方方程程式式里里不不应应出出现现碱性物碱性物质质如如OH-,S2-等；等；在在碱碱性性介介质质中中配配平平的的半半反反应应方方程程式式里里不不应应出出现现酸性物酸性物质质如如H+等。等。7-2.原原电电池池(1)定定义义：借借助助于于氧氧化化还还原原反反应应而而产产生生电电流流的的装装置置，是是一一种种将将化化学学能能转转化化为为电电能能的的装装置置。任任一一自自发发的的氧氧化化还还原原反反应应原原则则上上都可以被都可以被设计设计成原成原电电池。池。(2)电电池符号：以池符号：以铜锌铜锌原原电电池池为为例，例，()ZnZn2+(x moldm-3)Cu2+(x moldm-3)Cu(+)(3)盐盐桥桥：作作用用是是沟沟通通两两个个半半电电池池，保保持持其其电电荷平衡，使反荷平衡，使反应应持持续进续进行。行。8-(4)原原电电池的池的电动势电动势：E池池=E+E v电电动动势势(E池池)和和电电极极电电势势(E)均均受受温温度度、压压强强、浓浓度等因素的影响。度等因素的影响。v当当系系统统中中各各物物种种都都处处于于标标准准状状态态下下，相相应应的的电电动动势势、电电极极电电势势分分别别为为标标准准电电动动势势和和标标准准电电极极电势电势，则则 E=E+E。v标标准准状状态态：通通常常温温度度为为298 K，纯纯固固体体或或纯纯液液体体，溶溶液液中中各各物物种种浓浓度度为为1 moldm-3，气体分，气体分压为压为100 kPa。9-3.能斯特能斯特(Nernst)方程式方程式(1)电电极极电电势势的的能能斯斯特特方方程程式式：对对一一般般的的电电极极反反应应 氧氧化化型型+ne-还还原原型型，有有 10-注意注意：严严格格来来讲讲，对对数数式式中中应应该该使使用用氧氧化化型型和和还还原原型型物物种种的的活活度度a。如如果果是是稀稀溶溶液液，a=c/c，又又因因c=1 moldm-3，为为简简化化起起见见常常省省略略，所所以以一一般般直直接接使使用用氧氧化化型型和和还还原原型型物种的物种的浓浓度度c。如如果果有有气气体体参参与与电电极极反反应应，则则应应代代入入相相对对分分压压p/p，因，因p=100 kPa，绝绝不能省略。不能省略。11-电电极极反反应应中中的的固固体体浓浓度度为为常常数数1，与与H2O一一样样，不写，不写进进能斯特方程式。能斯特方程式。参参与与电电极极反反应应的的氧氧化化型型、还还原原型型及及其其他他物物质质均均应应表表示示于于能能斯斯特特方方程程式式中中，且其系数作且其系数作为浓为浓度的方次数。度的方次数。12-(2)电电池池电电动动势势的的能能斯斯特特方方程程式式：对对于于原原电电池反池反应应 aA+bB=cC+dD，有，有反反应应物物生成物生成物13-4.原原电电池池电电动动势势E池池与与电电池池反反应应的的 rGm和和K的关系的关系(1)E池池与与 rGm的关系：的关系：恒温恒恒温恒压过压过程：程：rG=WE 即即 rG=nE池池F 标标准准态态：rGm=zE池池F14-(2)E池池与与K的关系：的关系：15-(1)影响影响电电极极电势电势E的因素：的因素：(2)内因内因本性本性(3)外外因因浓浓度度(包包括括酸酸度度、沉沉淀淀物物生生成成和配合物的生成和配合物的生成)、温度、温度、压压强强(2)判断氧化判断氧化剂剂、还还原原剂剂的的强强弱：弱：(3)E值值越越高高，电电对对的的氧氧化化型型的的氧氧化化能能力力越越强强；(4)E值值越越低低，电电对对的的还还原原型型的的还还原原能能力力越越强强。5.电电极极电势电势E的的应应用用16-(3)判断氧化判断氧化还还原反原反应进应进行的方向：行的方向：将氧化将氧化还还原反原反应设计应设计成原成原电电池，池，若若E池池 0，说说明反明反应应能正向能正向进进行；行；若若E池池 E左左，则则该该氧氧化化态态在在水水溶溶液液中中会会发发生歧化反生歧化反应应；若若 E右右 Fe(CN)64，则则下面下面对对 E Fe(CN)63/Fe(CN)64 与与 E(Fe3+/Fe2+)判断正确的是判断正确的是(A)E Fe(CN)63/Fe(CN)64 E(Fe3+/Fe2+);(B)E Fe(CN)63/Fe(CN)64 E(Fe3+/Fe2+);(C)E Fe(CN)63/Fe(CN)64 =E(Fe3+/Fe2+);(D)无法判断。无法判断。答案答案为为 B。70-配合物配合物稳稳定常数：指定常数：指配离子生成反配离子生成反应应的的浓浓度平度平衡常数，用衡常数，用K稳稳表示。表示。K稳稳越大，表示配位反越大，表示配位反应应进进行得越行得越彻彻底，配合物越底，配合物越稳稳定。定。(见见教材教材P320)例如：例如：Fe3+6CN Fe(CN)63 K稳稳1=Fe(CN)63/Fe3+CN 6 =1.00 1042 Fe2+6CN Fe(CN)64 K稳稳2=Fe(CN)64/Fe2+CN 6 =1.00 1035P125 9.1971-解解：电电对对Fe3+/Fe2+和和 Fe(CN)63/Fe(CN)64 对应对应的的电电极反极反应应分分别为别为：Fe3+e Fe2+(1)Fe(CN)63 +e Fe(CN)64 (2)将将 E Fe(CN)63/Fe(CN)64 看看作作是是电电极极反反应应(1)的的非非标标准准态态E，则则此此非非标标准准态态是是由由Fe(CN)63 =Fe(CN)63 =1.0 moldm-3时时的的Fe3+和和Fe2+决定的。决定的。P125 9.1972-由由K稳稳定定义义可知，可知，E=E(Fe3+/Fe2+)+0.059 V lg Fe3+/Fe2+=E(Fe3+/Fe2+)+0.059 V lg K稳稳2/K稳稳1 E(Fe3+/Fe2+)所以答案所以答案为为 B。P125 9.19 073-课课外外习题习题10-01 用离子用离子电电子法配平下列子法配平下列电电极反极反应应(1)Cr2O72-Cr3+(酸性介酸性介质质)；(2)H2PO3-P(碱性介碱性介质质)74-10-01 解：解：用用离离子子电电子子法法配配平平电电极极反反应应的的实实质质是是在在原原子子数数平平衡衡的的基基础础上上以以电电子子配配平平电电荷荷，一般一般经经4 5 步完成。步完成。75-(1)Cr2O72-Cr3+(酸性介酸性介质质)(a)氧化型写在左氧化型写在左边边，还还原型写在右原型写在右边边 Cr2O72-Cr3+(b)配平配平氢氢、氧以外元素的原子、氧以外元素的原子 Cr2O72-2Cr3+(c)左左边边多多O缺缺H，多一个，多一个O加加2个个H+；右；右边边加加相相应应的的H2O Cr2O72-+14H+2Cr3+7H2O(d)用用电电子配平子配平电电荷，完成配平荷，完成配平(b)Cr2O72-+14H+6e-=2Cr3+7H2O76-(2)H2PO3-P(碱性介碱性介质质)；(a)氧化型写在左氧化型写在左边边，还还原型写在右原型写在右边边(b)H2PO3-P(b)配平配平变变价原子价原子(c)右右边边缺氧，缺氧，缺一个缺一个O加加2个个OH-；左左边边加相加相应应的的H2O H2PO3-+3H2O P+6OH-77-(d)左左边边多多H，多一个，多一个H加加1个个OH-；右右边边加相加相应应的的H2O H2PO3-+3H2O+2OH-P+6OH-+2H2O 即即 H2PO3-+H2O P+4OH-(e)用用电电子配平子配平电电荷，完成配平荷，完成配平 H2PO3-+H2O+3e-=P+4OH-78-10-02 用离子用离子电电子法配平下列反子法配平下列反应应方程方程式（酸性介式（酸性介质质）1.HgS+NO3-+Cl-HgCl42-+NO+S79-10-02 解：解：先先用用离离子子电电子子法法配配平平电电极极反反应应，在在此此基基础础上上使使两两个个电电极极反反应应得得失失的的电电子子数数相相等等，即即得得到到配配平平的的氧氧化化还还原原反反应应方方程式。一般程式。一般经经三步完成。三步完成。80-1.HgS+NO3-+Cl-HgCl42-+NO+S(a)将反将反应应式分成两个式分成两个电电极反极反应应 HgS +Cl-HgCl42-+S NO3-NO(b)配平两个配平两个电电极反极反应应 HgS +4Cl-=HgCl42-+S+2e-NO3-+4H+3e-=NO+2H2O81-(c)使两个使两个电电极反极反应应的的电电子数相等，完成子数相等，完成配平配平 3)HgS +4Cl-=HgCl42-+S+2e-2)NO3-+4H+3e-=NO+2H2O相加得：相加得：3HgS+2NO3-+12Cl-+8H+=3HgCl42-+2NO+3S+4H2O82-10-03 用离子用离子电电子法配平下列反子法配平下列反应应方程方程式（碱性介式（碱性介质质）1.CuS+CN-Cu(CN)43-+NCO-+S2-83-1.CuS+CN-Cu(CN)43-+NCO-+S2-(a)CuS Cu(CN)43-+S2-CN-NCO-(b)CuS+4 CN-+e-=Cu(CN)43-+S2-CN-+2OH-=NCO-+H2O+2e-(c)2)CuS+4 CN-+e-=Cu(CN)43-+S2-1)CN-+2OH-=NCO-+H2O+2e-相加得：相加得：1.2CuS+9CN-+2OH-=2.2Cu(CN)43-+2S2-+NCO-+H2O 84-注意：注意：碱碱性性介介质质中中进进行行的的反反应应，OH-既既可可在在反反应应物物一一侧侧，也也可可能能在在产产物物一一侧侧；而而且且，H2O和和OH-也可能在同一也可能在同一侧侧。85-