第八章氧化还原反应和电化学基础方案课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第八章 氧化还原反应和电化学基础,第八章 氧化还原反应和电化学基础,8.1,氧化还原反应,8.2,原电池和电极电势,本章内容,8.1 氧化还原反应本章内容,8.1,氧化还原反应,氧化还原反应,：有电子得失或电子转移的反应，被称为,氧化还原反应。,8.1.1,氧化值和化合价,为了表示化合物中各元素的原子同其他原子结合的能力，,19C,中叶引入,“,化合价,”,的概念。,8.1 氧化还原反应氧化还原反应：有电子得失或电子转移,在价键理论和电负性的基础上，为了表示各元素在化合物中所处的化合状态，无机化学中引入了氧化值（又称氧化数）的概念。,化合价是表示元素原子能够化合或置换,1,价原子（,H,）或,1,价集团（,OH,-,）的数目，也表示化合物中某原子成键的数目。,在共价化合物中某原子的原子价数即为该原子形成的共价单键的数目，在离子型化合物中即为离子的原子价数。如,NH,3,、,PCl,5,、,CO,2,、,NH,4,+,在价键理论和电负性的基础上，为了表示各元素在化合物中所处的化,O,C O,1970,年国际纯粹与应用化学联合会（,IUPAC,）对氧化值作了如下定义：,氧化值,(,又称氧化数,),是某元素一个原子的荷电荷，在化合物中，这种荷电荷把成键电子指定给电负性较大的原子而求得。,*,或：,A,原子与电负性较大的,B,原子成键时,“,给出,”,的电子数。,确定元素氧化数所遵循的一般原则如下：,(1),任何形态的,单质中元素的氧化数为零,。如,N,2,、,Zn,、,S,8,等物质中，,N,2,、,Zn,、,S,的氧化数都为零。,O C O1970年国际纯粹与应用化学联合会,(2),单原子离子的氧化数,等于离子所带的电荷数。如,Fe,3+,、,Cl,离子中铁和氯元素的氧化数分别为,+3,、,1,。（注意离子电荷与氧化数表示方法不同。）,(3),多原子分子,中，所有的元素氧化数的代数和等于零；,多原子离子,中各元素氧化数的代数和等于该离子所带的电荷数。,(2)单原子离子的氧化数等于离子所带的电荷数。如Fe3+、C,(4),氢,在化合物中的氧化数一般为,+1,，但在金属氢化物，如,NaH,、,CaH,2,中，氢的氧化数为,1,。,氧,在化合物中的氧化数一般为,2,，但在过氧化物，如,H,2,O,2,、,BaO,2,等中，氧的氧化数为,1,。在超氧化物，如,KO,2,中，氧的氧化数为,1/2,。在氟氧化物，如,OF,2,中，氧的氧化数为,+2,，氟在化合物中的氧化数皆为,1,。,例,10-1,计算下列物质中带,*,元素的氧化数。,H,2,S,*,O,4,、,S,*,2,O,3,2,、,S,4,*,O,6,2,、,Mn,*,O,4,、,Fe,3,*,O,4,6 2 2.5 7 8/3,指出下列物质中各元素的氧化数：,KClO,4,、,Cu,2,O,、,H,2,O,2,、,NaH,+1 +7,-,2,+1,-,2,+1,-,1,+1,-,1,(4)氢在化合物中的氧化数一般为+1，但在金属氢化物，如Na,7.1.2.,氧化还原反应的特征,氧化,：在氧化和还原反应中，元素氧化数升高的过程称为氧化。,还原,：在氧化和还原反应中，元素氧化数降低的过程称为还原。,反应中氧化过程和还原过程同时发生,特征,:,一种元素的氧化数升高，必有另一种元素的氧化数降低，且氧化数升高总数与氧化数降低总数相等。,氧化数升高，被氧化,氧化数降低，被还原,氧化剂,还原剂,7.1.2. 氧化还原反应的特征氧化：在氧化和还原反应中，元,氧化剂,：得电子的物质，氧化数降低。,还原剂,：失电子的物质，氧化数升高。,氧化反应,：失电子即氧化数升高的过程，,还原反应,：得电子即氧化数降低的过程，,氧化性,：得电子的能力,还原性,：失电子的能力,氧化剂：得电子的物质，氧化数降低。,反应物,电子 得失,发生反应,氧化数变化,呈现,性质,物质,氧化剂,得,还原,降低,氧化性,活泼非,金属,高价离子,还原剂,失,氧化,升高,还原性,活泼,金属低价离子,反应物电子 得失发生反应氧化数变化 呈现,练习：,指出下列反应的氧化剂、还原剂并写出它们的氧化反应和还原反应。,（,1,）,CuO,H,2,Cu,H,2,O,（,2,）,2Cu,+,Cu,Cu,2+,练习：指出下列反应的氧化剂、还原剂并写出它们的氧化反应和还原,CuO,H,2,Cu,H,2,O,氧化数由,2,变为,0(,降低,),氧化数由,0,变为,1(,升高,),氧化剂,还原剂,还原反应,:,CuO+2H,+,+2e,Cu+H,2,O,氧化反应,:,H,2,+2OH,-,-2e,2H,2,O,CuO H2 Cu H2O 氧化数,氧化还原反应分类,：,(1),将氧化数变化发生在,不同物质,中,不同元素,间的反应称为,一般氧化还原反应,.,2KClO,3,=2KCl+2O,2,(2),若氧化数的变化发生在,同一物质,中,不同元素,间的反应称为,自身氧化还原,反应。,+5 -2 -1 0,氧化还原反应分类 ：(1)将氧化数变化发生在不同物质中不同元,(4),若氧化数的变化发生在,不同物质,的,同一元素,间的氧化还原反应称为,反歧化反应。,如,:,Hg,2+,+ Hg = Hg,2,2+,(3),若氧化数的变化发生在,同一物质,中,同一元素,的不同原子间的氧化还原反应称为,歧化反应。,如,:Cu,+,在水溶液中的反应：,2Cu,+,=Cu+Cu,2+,(4) 若氧化数的变化发生在不同物质的同一元素间的氧化还原反,Cl,2,+2KI=2KCl+I,2,Cl,2,+2e=2Cl,-,2I,-,-2e=I,2,氧化还原半反应,氧化还原半反应式中，氧化数,较高,的物质称为,氧化型,物质，氧化数,较低,的物质称为,还原型物质,。,还原反应,氧化反应,氧化还原半反应,：,Cl2+2KI=2KCl+I2氧化还原半反应氧化还原半反应式,7.1.3,氧化还原电对,同一元素的氧化型和还原型构成的,共轭体系,称为氧化还原电对。,用,“,氧化型,/,还原型,”,表示。,例：,Cl,2,/Cl,-,I,2,/I,-,氧化还原电对的书写形式与反应式有关。,半反应 电对,MnO,4,-,+8H,+,+5e=Mn,2+,+4H,2,O MnO,4,-,/Mn,2+,MnO,4,-,+2H,2,O+3e=MnO,2,+4OH,-,MnO,4,-,/MnO,2,7.1.3 氧化还原电对同一元素的氧化型和还原型构成的共轭,在氧化还原电对中，氧化型的氧化能力越强，则其共轭还原型的还原能力越弱；反之，还原型的还原能力越强，则其共轭氧化型的氧化能力越弱。氧化还原反应是两个氧化还原电对共同作用的结果，,反应一般按照较强的氧化剂和较强的还原剂相互作用的方向进行。,氧化型物质的氧化能力与还原型物质的还原能力与,共轭酸碱的强弱相似：,在氧化还原电对中，氧化型的氧化能力越强，则其共轭还原型的还,7.1.4,氧化还原反应方程式的配平,1.,氧化数法,原则：还原剂氧化数升高数和氧化剂氧化数降低数相等,(,得失电子数目相等）,写出化学反应方程式,确定有关元素氧化态升高及降低的数值,确定氧化数升高及降低的数值的最小公倍数。找出氧化剂、还原剂的系数。,核对，可用,H,+, OH, H,2,O,配平。,7.1.4 氧化还原反应方程式的配平1. 氧化数法,例,: As,2,S,3,+ HNO,3,H,3,AsO,4,+ H,2,SO,4,+ NO,氧化数升高的元素：,2As,3+,2As,5+,升高,4,3S,2,3S,6+,升高,24,N,5+,N,2+,降低,3,3,As,2,S,3,+,28,HNO,3,6H,3,AsO,4,+ 9 H,2,SO,4,+ 28NO,左边,28,个,H,，,84,个,O,；右边,36,个,H,，,88,个,O,左边比右边少,8,个,H,，少,4,个,O,3As,2,S,3,+ 28HNO,3,+,4 H,2,O,6H,3,AsO,4,+ 9 H,2,SO,4,+ 28NO,例: As2S3 + HNO3 H3As,eg.,配平,反应,KMnO,4,+ Na,2,SO,3,+H,2,SO,4,1,）写出两个半反应,2,）,分别配平两个半反应式中的,H,和,O,。,Mn,2+,+SO,4,2-,+H,2,O,2.,离子,-,电子法,eg.配平反应KMnO4 + Na2SO3+H2SO4 1,3,）,根据,“,氧化剂得电子总和等于还原剂失电子总和,”,的原则，在两个半反应前面乘上适当的系数相减并约化。,4,）检查质量平衡及电荷平衡。,3）根据“氧化剂得电子总和等于还原剂失电子总和”的原则，在,介质种类,反应物中,多一个氧原子,少一个氧原子,酸性介质,+2H,+,+H,2,O,+H,2,O +2H,+,碱性介质,+H,2,O +2OH,-,+2OH,-,+H,2,O,中性介质,+H,2,O +2OH,-,+ H,2,O 2H,+,酸性介质中配平的半反应方程式里不应出现,OH,在碱性介质中配平的半反应不应出现,H,+,结合,o,结合,o,结合,o,提供,o,提供,o,提供,o,介质种类反应物中多一个氧原子少一个氧原子酸性介质碱性介质中性,7.1.5,原电池,( galvanic cell),和电极电势,盐桥的作用,：构成原电池的通路，维持溶液的电中性，消除液体接界电位。,盐桥,里面充满电解质溶液,(,一般用饱和,KCl,溶液,为使溶液不致流出,常用琼脂与,KCl,饱和溶液制成冻胶。,),1.,原电池,将化学能转化为电能的装置。,7.1.5 原电池( galvanic cell)和电极电势,两个半电池由盐桥接通内电路，外电路由导线和安培计连通。,锌半电池由锌电极和锌盐溶液（,ZnSO,4,）组成。,铜半电池由铜电极和铜盐溶液（,CuSO,4,）组成。,原电池的组成,两个半电池由盐桥接通内电路，外电路由导线和安培计连通。锌半电,负极,：,Zn,2+,增加，,Cl,-,中和之，以免使反应终止；,正极：,Cu,2+,减少，,SO,4,2,-,过剩，,K,+,中和之，以免使反应终止。,原电池由两个,半反应,组成，每个半反应称为一个,电极,，电极的正负可由电子的流向确定。,输出电子的电极为负极，发生氧化反应；输入电子的电极为正极，发生还原反应。,将两个电极反应合并即得原电池的总反应。,锌电极（负极，氧化反应）,Zn Zn,2+,+2e,铜电极（正极，还原反应）,Cu,2+,+2e,Cu,原电池反应：,Zn+ Cu,2+,=,Zn,2+,+ Cu,负极： Zn2+增加， Cl-中和之，以免使反应终止；,1),电极反应与电池反应,电极反应：,负极：,Zn-2e=Zn,2+,正极,: Cu,2+,+2e=Cu,原电池总反应（电池反应）：,Zn+Cu,2+,=Zn,2+,+Cu,1) 电极反应与电池反应电极反应：,原电池中，每个电极反应（即半反应）都对应一个电对，每个电极中均含有同一元素的具有不同氧化数的一对物质，电对中具有,较高氧化数,的物质称为,氧化型（氧化态）物质,，具有,较低氧化数,的物质称为,还原型（还原态）物质,，电极符号,“,氧化型,/,还原型,”,表示。如,Cu,2+,+2e,=Cu,电极反应的电对为,Cu,2+,/Cu,，电对,Zn,2+,/Zn,电极反应是,Zn=Zn,2+,+2e,。,2,）氧化还原电对,原电池中，每个电极反应（即半反应）都对应一个电对，每个电,3),原电池符号,(-)Zn,|,ZnSO,4,(c,1,),|,CuSO,4,(c,2,),|,Cu(+),左边表示负极，右边表示正极,“,|”,表示界面，“,|”,表示盐桥,c,1,c,2,表示各溶液浓度，若有气体，注明气体分压。,若没有金属参加，应用惰性金属,(,如,Pt),作导体，构成电极。,3)原电池符号(-)Zn|ZnSO4(c1)|CuSO4(,相同聚集状态（相同相态）的同一元素不同价态物质可组成氧化还原电对如,Fe,2+,(c),和,Fe,3+,(c),，,PbSO,4,(s),和,PbO,2,(s).,在电池符号表示中两者用,号隔开,反应：,2Fe,3+,+Sn,2+,=Sn,4+,+2Fe,2+,的电池,符,号为,:,(-),Pt,| Sn,2+,(c,1,) , Sn,4+,(c,2,) Fe,3,+,(c,3,) , Fe,2+,(c,4,) |,Pt,(+),相同聚集状态（相同相态）的同一元素不同价态物质可组成氧化还原,例题,1,MnO,4,-,+5Fe,2+,+8H,+,=Mn,2+,+5Fe,3+,+4H,2,O,电极反应：,(-)Fe,2+,-e=Fe,3+,(+)MnO,4,-,+8H,+,+5e=Mn,2+,+H,2,O,电池符号：,(-)Pt|Fe,2+,(c,1,),Fe,3+,(c,2,)|,MnO,4,-,(c,3,),Mn,2+,(c,4,),H,+,(c,5,)|Pt(+),凡有参加氧化还原反应及电极反应的物质有的自身虽无发生氧化还原反应，在原电池符号中仍需表示出来,.,例题1MnO4-+5Fe2+8H+=Mn2+5Fe3+,例题,2,(-)Pt|HNO,2,(c,1,),NO,3,-,(c,2,),H,+,(c,3,),|Fe,3+,(c,4,),Fe,2+,(c,5,)|Pt(+),电极反应：,负极：,HNO,2,+H,2,O-2e=NO,3,-,+3H,+,正极：,Fe,3+,+e=Fe,2+,电池反应：,2Fe,3+,+HNO,2,+,H,2,O,=2Fe,2+,+NO,3,-,+3H,+,例题2(-)Pt|HNO2(c1),NO3-(c2),H+(,氧化半反应：,Zn,2e = Zn,2+,还原半反应：,Cu,2+,+ 2e = Cu,(-),Pt,H,2,(p,),H,+,(1mol,L,-,1,),Fe,3+,(1mol,L,-,1,),，,Fe,2+,(1 mol,L,-,1,),Pt(+),1:,根据半反应写出电池符号,:,2:,根据电池符号写出电池反应,:,解:,(-),Zn,Zn,2+,(,c,1,),Cu,2+,(,c,2,),Cu(+),解:氧化半反应：,H,2,-,2e =,2H,+,还原半反应：,Fe,3+,+ e,-,= Fe,2+,总反应：,H,2,+ 2,Fe,3+,=,2H,+,+ 2Fe,2+,氧化半反应： Zn 2e = Zn2,3：已知电池符号如下：,电池符号：(-),Pt,H,2,(p),H,+,(,c,1,mol,L,-,1,),Cl,(c,2,mol,L,-,1,) Cl,2,(p), Pt(+),写出该电池的电极反应和电池反应。,解:负极：,H,2,-,2e,-,=,2H,+,正极：,Cl,2,+ 2e,-,= 2Cl,电池反应：,H,2,+,Cl,2,=,2H,+,+ 2Cl,3：已知电池符号如下：解:负极： H2 - 2e- =,4),常用的电极：,金属金属离子电极,：,是由金 属和其离子的盐溶液构成。如,Cu,与其盐溶液构成的电极，其电极反应为：,电极符号,:Cu(s)|Cu,2+,(c),Cu,2+,+ 2e,-,Cu,气体离子电极,：,是由惰性金属,(,通常为,Pt),浸入由气体和对应离子所组成的溶液中构成。惰性金属只作导体，不参加电极反应。如氢电极，其电极反应为：,2H,+,+ e,-,H,2,电极符号,:Pt|H,2,(p)|H,+,(c),见课本,P,249,4)常用的电极：金属金属离子电极：是由金,金属金属难溶盐电极,-,阴离子电极,：,是由金属表面涂以该金属的难溶盐，再将其浸在与该盐具有相同阴离子的盐溶液中构成。如甘汞电极，其电极反应为：,电极符号,:Pt,|,Hg,|,Hg,2,Cl,2,(s)|Cl,-,(c),AgCl,电极,:,电极符号,:Ag,|,AgCl(s)|Cl,-,(c),金属金属难溶盐电极-阴离子电极：是由金属表面涂以该金属的,氧化还原电极,：,是由惰性金属铂插入含有同一元素不同氧化数的两种离子的混合液中构成。如,Pt,插入到含,Fe,2+,、,Fe,3+,的溶液中构成的电极，其电极反应为：,电极符号,:Pt|Fe,2+,(c,1,), Fe,3+,(c,2,),氧化还原电极：是由惰性金属铂插入含有同一元素不同氧化数的两,原电池能产生电流，说明原电池两电极间存在电势差，这个电势差称为,原电池的电动势,，用符号,E,表示，单位为,V,（伏）。则有,E=,2.,电极电势,1),电极电势的产生,在铜锌原电池中，电子由锌极（负极）经外电路流向铜极（正极），在电路的内部电子经正极流向负极，而电流的方向则与之相反，在外电路中，电流是从铜极（正极）流向锌极（负极）。,电极电势的不同是由于电极物质的氧化还原能力（得失电子能力）不同而引起的。,原电池能产生电流，说明原电池两电极间存在电势差，这个,I,I,+,-,II+-,金属晶体是由金属原子、金属离子和自由电子组成的。当把金属插入其盐溶液中时，金属表面的离子与溶液中极性水分子相互吸引而发生水化作用。这种水化作用可使金属表面上部分金属离子进入溶液而把电子留在金属表面上，这是,金属溶解过程,。金属越活泼，溶液越稀，金属溶解的倾向越大。,另一方面，溶液中的金属离子有可能碰撞金属表面，从金属表面上得到电子，还原为金属原子沉积在金属表面上。这个过程为,金属离子的沉积,。金属越不活泼，溶液浓度越大，金属离子沉积的倾向越大。,双电层示意图,M(s) M,2+,(aq) +,n,e,溶解,沉淀,金属晶体是由金属原子、金属离子和自由电子组成的。当把,若溶解倾向大于沉积倾向,，达到平衡时，金属带负电，溶液带正电。这样在金属和溶液的界面上形成了双电层,(,图,a),。反之，如果沉积倾向大于溶解的倾向，达到平衡时，金属带正电，溶液带负电。金属和溶液的界面上也形成双电层,(,图,b),，产生电势差。金属与其盐溶液界面上的电势差称为金属的电极电势。,若溶解倾向大于沉积倾向，达到平衡时，金属带负,+,+,活泼金属,:,Zn,-,2e = Zn,2+,如：当金属电极,(Zn),放入该金属盐离子溶液中时，存在两种反应倾向：,ZnZn,2+,+2e ,Zn,2+,+2e Zn ,如果反应,(1),大于反应,(2),，则金属电极表面积累负电荷，电极表面附近溶液积累正电荷，如右图所示，结果电极与溶液之间产生了电势差；,金属越活泼,电极表面积累的负电荷越多，电极的电势越低,反之,则越高。,+活泼金属:Zn -,如果反应,(2),大于反应,(1),，则产生的电势差符号相反。例如金属电极,(Cu),+,+,不活泼金属,:,Cu,2+,+,2e = Cu,由于双电层的形成，金属和它的盐溶液之间就产生了电势差，这种电势差称为该电极的,电极电势。,单位是伏特（,V,）,如果反应(2)大于反应(1)，则产生的电势差符号相反。例如,规律,：,金属的,活泼性越强,、溶液浓度越稀，其离子的沉积倾向就越小，金属带负电荷越多，平衡时,电极电势越低,负极,。,金属,活泼性越小,、溶液浓度越浓，其离子沉积的倾向就大，金属带负电荷数越少，,电极电势,越高,正极,。,规律：,国际规定,参与电极反应的所有各物质均处于热力学标准态（离子或分子浓度均为,1 mol,L,-1,;,气体分压为,100kPa,；固体、液体则均为纯净物质）下测定的电极电势称为,标准电极电势,。如果原电池的两个电极均为标准电极，这时的电池称为标准电池，其电动势为,标准电池电动势,，用 表示：,规定：,298K,时,(H,+,/H,2,),0.0000V,2),标准电极电势和标准氢电极,国际规定参与电极反应的所有各物质均处于热力学标准态（离子,2H,+,(1moll,-1,)+2e H,2,(100KPa),将铂黑电极,(,铂片表面镀上多孔的铂黑,),放入氢离子浓度为,moll,-,1,的酸溶液中,(,如盐酸,),通入压力为,100kPa,的氢气，使上述氢电极反应达到平衡。,Pt,|,H,2,(100kPa),|,H,+,(1mol,.,L,-1,),规定,:,2H+(1moll-1)+2e H,(,-,) ZnZn,2+,(1molL,-,1,),|,H,+,(1molL,-,1,)H,2,(100 kPa) Pt,(+),E,(Zn,2+,/Zn),-,0.760 V,要,测定,某电极的,标准电极电势,，可将待测的标准电极与标准氢电极组成原电池，在,298K,下，用电位计测定原电池的标准电动势，即可求出待测电极的标准电极电势。如：,测得,则：,(-) ZnZn2+ (1molL-1) | H+(1,甘汞电极,:,Hg,2,Cl,2,+2e 2Hg+2Cl,-,电极符号,: Pt|,Hg,| Hg,2,Cl,2,(s),Cl,-,(c),当,c(Cl,-,)=1molL,-,1,该电极的,E,= 0.2802V,当,Cl,-,饱和时,该电极的,E,= 0.2415V,因标准氢电极使用不方便,常用饱和甘汞电极作参比电极,.,甘汞电极 : Hg2Cl2+2e 2Hg+2,标准电极电势是一个很重要的物理常数，它将物质在水溶液中的氧化还原能力,定量化,.,附录,12 P569,标准电极电势高,，说明电对中氧化型物质在标准态下氧化能力强，还原型物质的还原能力弱。,标准电极电势低,，说明标准态下，电对中还原型物质的还原能力强，氧化型物质的氧化能力弱。,MnO,4,-,、,Cl,2,是强氧化剂,，,MnO,4,-,氧化能力最强；,Mn,2+,还原能力最弱。,标准电极电势是一个很重要的物理常数，它将物质在水溶液中的氧化,氧 化 性 增 强,还 原 性 增 强,常用电对的标准电极电势,(298.15K),半反应,E,/V,Zn,2+,+ 2e Zn,-,0.7681,Fe,2+,+ 2e Fe,-,0.447,Sn,2+,+ 2e Sn,-,0.1375,Pb,2+,+ 2e Pb,-,0.1262,2H,+,+ 2e H,2,0.0000,Cu,2+,+ 2e Cu 0.3419,I,2,+ 2e 2I,-,0.5355,O,2,+ 2H,+,+2e H,2,O,2,0.695,Fe,3+,+e Fe,2+,0.771,Cl,2,+ 2e 2Cl,-,1.35827,F,2,+ 2e 2F,-,2.866,氧化态物质,还原态物质,E,值增大,氧 化 性 增 强还 原 性 增 强 常用电,ZnZn,2+,+2e,Zn,2+,+2e Zn,E,(Zn,2+,/Zn),-,0.760 V,E,值的大小反映物质得失电子的能力，是强度性质的状态函数，与参加电极反应的物质数量无关。,不适应于非水溶液系统。,E,值的大小与反应速率无关。,Cl,2,+2e=2Cl,-,1/2Cl,2,+e=Cl,-,E,(Cl,2,/Cl,-,),1.36 V,在使用标准电极电势时应,注意,以下几点：,E,值与电极反应进行的方向无关；,.,标准电极电势的大小与介质环境有关。,ZnZn2+2e,例：在酸性介质中，比较下列电对的氧化还原能力：,氧化性强弱的顺序为：,MnO,4,-, Cl,2, Fe,3+,还原性强弱的顺序为：,Fe,2+, Cl,-, Mn,2+,例：在酸性介质中，比较下列电对的氧化还原能力：氧化性强弱的顺,例：在,Cl,-,Br,-,I,-,的混合溶液中，欲使,I,-,氧化成,I,2,，而不使,Cl,-,Br,-,氧化，应选择,Fe,2,(SO,4,),3,和,KMnO,4,哪一种氧化剂？,解：,电对,Cl,2,/Cl,-,Br,2,/Br,-,I,2,/I,-,Fe,3+,/Fe,2+,MnO,4,-,/Mn,2+,E,q,(V),1.358 1.065 0.535 0.771 1.51,可见，,MnO,4,-,氧化能力最强,可分别将,Cl,-,、,Br,-,、,I,-,氧化，故,MnO,4,-,不符合要求。,Fe,3+,的氧化能力强于,I,2,，弱于,Cl,2,Br,2,，故,Fe,3+,可氧化,I,-,，而不能将,Cl,-,Br,-,氧化,.,例：在Cl-,Br-,I-的混合溶液中，欲使I-氧化成I2，,例：标准状态下，下列反应自发进行：,Cr,2,O,7,2-,+6Fe,2+,+14H,+,=,2Cr,3+,+ 6Fe,3+,+7H,2,O,2 Fe,3+,+Sn,2+,=2Fe,2+,+Sn,4+,可推断，,E,最大的电对为,还原性最强的是,Cr,2,O,7,2-,/ Cr,3+,Sn,2+,例：标准状态下，下列反应自发进行：Cr2O72-/ Cr3+,7.2.1,E,和,r,G,m,的关系,等温等压下，体系吉布斯自由能的减少，等于体系所做的最大有用功,(,非膨胀功,),。在电池反应中，如果非膨胀功只有电功一种，那么反应过程中吉布斯自由能的降低就等于电功，即：,G, ,W,nEF,当电池中所有物质都处于标准态时，电池的电动势就是标准电动势,E,q,，即,G,nE,F,十分重要关系式,(F=96485C,.,mol,-1,或,J,.,mol,-1.,V,-1,，,Faraday Constant),7.2,电池反应的热化学,7.2.1 E和rGm的关系等温等压下，体系吉布,1,计算原电池的电动势,E,或,r,G,m,例：试计算下列电池的,E,和,r,G,m,：,(,)Zn(s)|ZnSO,4,(1mol,L,-1,),| CuSO,4,(1mol,L,-1,)|Cu(s) (,),解：该电池的氧化还原反应为,Cu,2+,+Zn,Cu+Zn,2+,查表知，,-0.762V,，,0.342V,r,G,m,nE,F,（,21.10496485,）,2.1310,5,Jmol,-1,1计算原电池的电动势E或rGm例：试计算下列电池的E,例： 已知,298K,时反应,H,2,+2AgCl=2H,+,+2Cl,-,+Ag,的,r,H,m,= - 80.80kJ,.,mol,-1,，,r,S,m,= -127.20J,.,K,-1.,mol,-1,，,计算,E,AgCl/Ag,。,例： 已知298K时反应,解：,r,G,m,=,-80.80 -298(-127.20)10,-3,= -,42.89,kJ.mol,-1,-42.89,10,3,= -2,96485,E,(AgCl/Ag)-0 ,E,(AgCl/Ag) =0.222V,注意法拉第常数,F,的值和单位,F=96485J.mol,-1,.V,-1,解：rGm= -80.80 -298(-127.20),2.,判断氧化还原反应进行的方向：,定温定压时：,氧化还原反应总是在较强的氧化剂和较强的还原剂之间发生，故,E,值大的电对中的氧化型可以与,E,小的电对中的还原型反应。,即,即,即,正反应自发,平衡状态,逆反应自发,2. 判断氧化还原反应进行的方向： 定温定压时：,如果在标准状态下，则用,E,进行判断：,当,E,0,即,E,+,E,正反应能自发进行,当,E,0,即,E,+,E,反应达到平衡,当,E,0,即,E,+,E,逆反应能自发进行,如果在标准状态下，则用E进行判断：,解,:,例,:,求下列电池在,298K,时的电动势,E,q,和,D,r,G,m,q,并写出反应式,回答此反应是否能够进行,?,()Cu(s)|Cu,2+,(1molL,1,)|H,+,(1mol,L,1,)|H,2,(,p,q,)|Pt(+),电池的氧化,还原反应式,:,Cu(s) + 2H,+,(1,molL,1,),Cu,2+,(1molL,1,) + H,2,(,p,),负极反应,:,Cu Cu,2+,+ 2e,正极反应,:,2H,+,+ 2e,H,2,E,H,+,/H,2,= +0.34V,E,H,+,/H,2,= 0V,E,=,=,E,Cu,2+,/Cu,= 65.6 kJmol,1,= 0 0.34,= 0.34V,D,r,G,= ,nFE,= 2,(0.34),96485,10,3,E,负,E,正,E,Cu,2+,/Cu, 0,正反应不能进行,逆反应能自发进行,.,解:例: 求下列电池在298K时的电动势Eq和DrGmq,298K,时,例,.,试估计反应：,Cu,2+,(aq) +Zn (s) = Cu (s) + Zn,2+,(aq.),在,298K,标准状况下反应进行的限度。,7.2.2,E,和电池反应,K,的关系,298K时例. 试估计反应：Cu2+(aq) +,解：,Cu,2+,(aq) +Zn (s) = Cu (s) + Zn,2+,(aq),解：Cu2+(aq) +Zn (s) = Cu (s),将同一种元素的各种氧化态按氧化数从高到低的顺序排列，在两种氧化态之间用联线连接，并在联线上标明相应电对的标准电极电势值，这种图形称为,元素电势图,。,.,F,e,3,+,F,e,2,+,F,e,0771,-0.441,-0.037,7.2.3,元素电势图,将同一种元素的各种氧化态按氧化数从高到低的,计算电对的标准电极电势,计算电对的标准电极电势,例：试从下列元素电势图中已知标准电极电势，求 值。,E,A,/V,E,例：试从下列元素电势图中已知标准电极电势，求,判断歧化反应能否自发进行,B,将自发发生歧化反应，生成,A,和,C,。,BA+C,若,在元素电势图中,A,B,C,E,右,q,E,左,q,判断歧化反应能否自发进行B 将自发发生歧化反应，生成A 和C,例题：已知,Br,的元素电势图如下,0.6126,的,例题：已知Br的元素电势图如下0.6126的,解：,(1),0.6126,解：(1)0.6126,0.5196,0.7665,(2),0.51960.7665(2),第八章氧化还原反应和电化学基础方案课件,将,Ox/Red,电极与标准氢电极组成原电池,aOx + n/2H,2,= b Red + nH,+,由,7.3,E与E,的关系,7.3.1,能斯特方程,将Ox/Red电极与标准氢电极组成原电池aOx + n/2H,a Ox + ne,-,= b Red,298K,时,a Ox + ne- = b Red298K时,1),电极反应中固体、纯液体，不写入公式。,2),对气体，以相对分压代入公式。,3),除氧化态、还原态物质外，参加电极反应的其它物质（如,H,+,、,OH,）浓度也应写入。,应用,Nernst,公式时应注意：,1) 电极反应中固体、纯液体，不写入公式。应用Nerns,MnO,4,+ 8H,+,+ 5e = Mn,2+,+ 4H,2,O,4),有,H,+,、,OH,参与时，当,H,+,、,OH,与,氧化型物质,同侧时，,H,+,、,OH,写在,方程分子项中,，,H,+,、,OH,出现在还原型物质一侧时，,H,+,、,OH,写在方程的分母项中。,5),Nernst,方程说明电极电势与温度有关。,MnO4 + 8H+ + 5e = Mn2+,例：,O,2,/H,2,O,电极反应：,O,2,+4H,+,+4e=2H,2,O,例：,O,2,/H,2,O,电极反应,:H,2,O(l)-2e=1/2O,2,+2H,+,例： O2/H2O例：O2/H2O,1.,溶液酸度对电极电势的影响,例,.,计算,298K,时，,100KPa,的,H,2,在,0.1molL,-1,的,HAc,溶液中的电极电势。,7.3.1,能斯特方程的应用,=1.33,10,-3,mol.l,-1,E,(H,+,/H,2,),=0+(0.059/2)lg(1.3310,-3,),2,= -0.17V,c,(H,+,)=,K,a,.c,(HAc)c,=,1.75,10,-5,0.1,1,解：,c(HAc)/(c,K,a,)400,1. 溶液酸度对电极电势的影响例. 计算298K时，100K,例,.,计算,298K,时，电对,Cr,2,O,7,2-,/,Cr,3+,在中性,离子浓度均为,1molL,-1,),溶液中的电极电势（假设除,H,+,以外，其它的,例. 计算298K时，电对Cr2O72-/Cr3+在中性离,解：电极反应：,Cr,2,O,7,2-,+14H,+,+6e,= 2,Cr,3+,+,7H,2,O,在中性溶液中：,=0.265V,E,增大电对中氧化型的浓度，电极电势增大,反之亦然。,4. 浓度对电极电势的影响 增大电对中氧化型的浓度，电极电势,例：,298K,时，判断下列两种情况下反应自发进行的方向：,Pb+Sn,2+,(1molL,-1,)=Pb,2+,(0.1molL,-1,)+Sn,Pb+Sn,2+,(0.1molL,-1,)=Pb,2+,(1molL,-1,)+Sn,解,(1),E,+,E,(,Sn,2+,/Sn)=,0.138,E,E(Pb,2+,/Pb),=,0.126+,因为：,E,+,E,，所以反应正向自发进行,5.,判断反应方向,例：298K时，判断下列两种情况下反应自发进行的方向： 5.,（,2,）,E,+,E(,Sn,2+,/Sn),=,0.138+,E,E,(,Pb,2+,/Pb,),=,0.126v,因为：,E,+,E,，所以反应逆向自发进行,（2）E+E(Sn2+/Sn)=0.138+,6,生成配合物对电极电势的影响,在电对,M,n+,/M,溶液中加入配位剂，若使,M,n+,生成配离子，则电极电势降低，,M,n+,的氧化能力减弱，,M,还原性增强。,6 生成配合物对电极电势的影响 在电对Mn+/M 溶,7.1 基本概念,本章小结,1.,学会确定任意给定物质中某元素的氧化数,2.,氧化还原反应的分类：,（,1,）一般氧化还原反应,（,2,）自身氧化还原反应,（,3,）歧化反应,（,4,）反歧化反应,3.,氧化还原电对书写：,氧化型,/,还原型,4.,氧化还原方程式的配平,重点掌握离子,电子法,7.1 基本概念本章小结1.学会确定任意给定物质中某元素的,介质种类,反应物中,多一个氧原子,少一个氧原子,酸性介质,+2H,+,+H,2,O,+H,2,O +2H,+,碱性介质,+H,2,O +2OH,-,+2OH,-,+H,2,O,中性介质,+H,2,O +2OH,-,+ H,2,O 2H,+,酸性介质中配平的半反应方程式里不应出现,OH,在碱性介质中配平的半反应不应出现,H,+,结合,o,结合,o,结合,o,提供,o,提供,o,提供,o,介质种类反应物中多一个氧原子少一个氧原子酸性介质碱性介质中性,5.,原电池,将化学能转化为电能的装置。,6.,电池符号的书写原则：,（重点掌握）,（,1,）给出电池反应要会写出它的电极反应和电池符号,（,2,）给出电池符号要会写出它的电极反应和电池反应,7.,电极的分类：,（,1,）金属,金属离子电极,（,2,）气体离子电极,（,3,）金属金属难溶盐,-,阴离子电极,（,4,）氧化还原电极,5.原电池将化学能转化为电能的装置。6.电池符号的书写原,8.,标准电极电势和标准氢电极,规定：,298K,时,E,(H,+,/H,2,),0.0000V,标准电极电势高,，说明电对中氧化型物质在标准态下氧化能力强，还原型物质的还原能力弱。,标准电极电势低,，说明标准态下，电对中还原型物质的还原能力强，氧化型物质的氧化能力弱。,8. 标准电极电势和标准氢电极规定：298K时 E (H,7.2 电池反应的热化学,G,nEF,1. E,和,rGm,的关系,G,nE,F,（,1,）,学会利用该公式计算原电池的电动势,E,或,rGm,（,2,）学会判断氧化还原反应进行的方向,7.2 电池反应的热化学 G nEF 1. E,2. E,和电池反应,K,的关系,298K,时,3.,元素电势图,计算电对的标准电极电势,2. E和电池反应K的关系 298K时3. 元素电势图,7.3 E与E,的关系,a Ox + ne,-,= b Red,298K,时,1.,能斯特方程,7.3 E与E的关系a Ox + ne- = b R,1),电极反应中固体、纯液体，不写入公式。,2),对气体，以相对分压代入公式。,3),除氧化态、还原态物质外，参加电极反应的其它物质（如,H,+,、,OH,）浓度也应写入。,应用,Nernst,公式时应注意：,4),有,H,+,、,OH,参与时，当,H,+,、,OH,与,氧化型物质,同侧时，,H,+,、,OH,写在,方程分子项中,，,H,+,、,OH,出现在还原型物质一侧时，,H,+,、,OH,写在方程的分母项中。,5),Nernst,方程说明电极电势与温度有关。,1) 电极反应中固体、纯液体，不写入公式。应用Nerns,在电对溶液中加入沉淀剂，若使氧化态物质生成沉淀，则电极电势降低，若还原态物质生成沉淀，则电极电势升高。,2.,掌握能斯特方程的应用（相关计算）,增大电对中氧化型的浓度，电极电势增,大,反之亦然。,（,1,）溶液酸度对电极电势的影响,（,2,）生成沉淀对电极电势的影响,（,3,）利用,Nernst,方程求非标准状况下的电极电势,（,4,）浓度对电极电势的影响,在电对溶液中加入沉淀剂，若使氧化态物质生成沉淀，,（,5,）判断反应方向,（,6,）生成配合物对电极电势的影响,在电对,M,n+,/M,溶液中加入配位剂，若使,M,n+,生成配离子，则电极电势降低，,M,n+,的氧化能力减弱，,M,还原性增强。,（5）判断反应方向（6）生成配合物对电极电势的影响,人有了知识，就会具备各种分析能力，,明辨是非的能力。,所以我们要勤恳读书，广泛阅读，,古人说“书中自有黄金屋。,”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，,培养逻辑思维能力；,通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，,培养文学情趣；,通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。,有许多书籍还能培养我们的道德情操，,给我们巨大的精神力量，,鼓舞我们前进,。,人有了知识，就会具备各种分析能力，,第八章氧化还原反应和电化学基础方案课件,