氧化还原反应与氧化还原滴定法解读课件

,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,*,第9章 氧化还原反应与氧化还原滴定法,学习要求:,1.掌握氧化还原反应概念、氧化还原反应方程式的配平及氧化值的计算。2.了解原电池的结构，电极类型，能正确地书写电池组成式，熟悉正、负极反应的特点。3.了解电极电位产生的原因和标准电极电位的概念，掌握电极电位和电池电动势的Nernst方程。4.了解KMnO,4,滴定法及碘量法的原理，熟悉氧化还原滴定法的计算,第9章 氧化还原反应与氧化还原滴定法学习要求:,一、基本概念,1、氧化数：某元素一个原子的,荷电荷,，这种荷电荷是把成键电子指定给电负性较大的原子而求得。,规则：（1）单质中为0；,（2）氢一般为+1，但在NaH、KH为1；,（3）氧一般为2，但H,2,O,2,为1，KO,2,为，OF,2,为+2；,（4）简单离子的氧化数等于离子的电荷；共价化合物中“形式电荷”；,（5）混合物中为平均氧化数Fe,3,O,4,，Fe为为 。,9.1 氧化还原反应,一、基本概念9.1 氧化还原反应,氧化数与化合价有区别：氧化数可以不是整数而化合价必须是整数。,2、氧化与还原,20世纪：由氧化数变化确定（本质是电子发生转移或偏移）,氧化还原反应分类：,自身氧化还原反应：2KClO,3,=2KCl+3O,2,(同一物质不同元素)。,歧化反应：水溶液 2Cu,+,=Cu+Cu,2+,（同一物质同一元素）。,反歧化反应：2Fe,3+,+Fe=3Fe,2+,氧化数与化合价有区别：氧化数可以不是整数而化合价必须是整数。,3、氧化还原电对,氧化剂/它的还原产物 还原剂/它的氧化产物 例如：反应2Fe,3+,+2I,-,=Fe,2+,+I,存在Fe,3+,/Fe,2+,I,2,/I,两个电对,书写时：氧化型物质（即氧化数较高）在左，还原型物质在右，中间用“/”隔开,半反应：每个电对中，氧化型物质与还原型物质之间的共轭关系：,氧化型+ne,=还原型，每个半反应对应一个电对。,例如：Fe,3+,/Fe,2+,Fe,3+,+e,Fe,2+,MnO,4,/Mn,2+,MnO,4,+5e,+,+8H,+,Mn,2+,+4H,2,O,3、氧化还原电对,二、氧还方程式的配平,离子电子法,：先配平半反应（先将半反应两边的原子数配平，再用电子将电荷数配平）再合并为总反应。（1）用离子形式写出基本反应式；（2）分为2个半反应；（3）先配平半反应再乘以适当的系数合为总反应。例：配平S,2,O,8,2,+Cr,3,Cr,2,O,7,2,+SO,4,2,解答：1、氧化反应：Cr,3,Cr,2,O,7,2,还原反应：S,2,O,8,2,SO,4,2,2、原子数，电子数配平,2Cr,3,+7H,2,O=Cr,2,O,7,2,+14H,+6e,S,2,O,8,2,+2e,=2SO,4,2,3、合并为总反应：,2Cr,3,+3S,2,O,8,2,+7H,2,O=Cr,2,O,7,2,+6SO,4,2,14H,二、氧还方程式的配平 离子电子法：先配平半反应（先将,一、原电池,1、介绍：原电池是利用自身氧还反应产生电流的装置，它使化学能转为电能，同时证明氧还反应中有电子转移。如：Cu-Zn原电池,（1）将Zn片放入CuSO,4,溶液中，会自发地发生反应：Zn+Cu,2,=Cu+Zn,2,物质之间通过热运动发生有效碰撞实现电子的转移。由于质点的热运动是,不定向,的，电子的转移不会形成电流，化学能以热的形式与环境发生交换。,（2）但是若使氧化剂与还原剂不直接接触，让它们之间的电子转移通过导线传递，电子做,定向,移动而形成。,9.2 原电池与电极电位,一、原电池9.2 原电池与电极电位,电流，如CuZn原电池：Zn片插入含ZnSO,4,溶液的烧杯中；Cu片插入含CuSO,4,溶液的烧杯中；用盐桥将两烧杯溶液沟通，同时将Cu片、Zn片用导线与检流计相连形成外电路，会发现有电流通过。（装置如下）,铜-锌原电池,电流，如CuZn原电池：Zn片插入含ZnSO4溶液的烧杯中,盐桥：在U型管中装满用饱和KCl溶液和琼胶作成的冻胶。盐桥的作用：使Cl,-,向锌盐方向移动，K,+,向铜盐方向移动，使Zn盐和Cu盐溶液一直保持电中性，从而使电子不断从Zn极流向Cu极。,电极反应：（Zn片）Zn,=Zn,2+,+2e,（Cu片）Cu,2,+2e,=Cu,电池反应：Zn+Cu,2,=Cu+Zn,2,反应的结果与将Zn片直接插入CuSO,4,溶液反应结果一致，所不同的是这时通过化学电池将化学能转化为电能。,原电池由两个半电池组成，每个半电池亦称电极。,盐桥：在U型管中装满用饱和KCl溶液和琼胶作成的冻胶。盐桥的,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。,负极（失电子）：（Zn片）Zn,=Zn,2+,+2e,正极（得电子）：（Cu片）Cu,2,+2e,=Cu将两个电极反应合并即得原电池的总反应，又称电池反应。,原电池中，正、负极发生的反应与前面的半反应一样，由于每个半反应都对一个电对，同样可以用电对来代表电极。,负极一个电对：Zn,2,/Zn,正极一个电对：Cu,2,/Cu,原电池表示：,()Zn（s）ZnSO,4,（C,1,）CuSO,4,（C,2,）Cu（s）(）,电极电极的正、负可由电子的流向确定。输出电子的电极为,2、书写规定：,（1）负极左，正极右；,（2）“”表物质之间相界面；,（3）“”表盐桥，左右为负、正极；,（4）溶液注明浓度，气体注明分压；,（5）有些有惰性电极，亦要注明。,eg：Fe,3,/Fe,2,，O,2,/H,2,O 等。,例如：,Cr,2,O,7,2-,+,13H,2,+8H,+,=,2Cr,3+,+7H,2,O,解：负极:,正极:极:,Pt|H,2,(100KPa)|H,+,(1.0molL)Cr,2,O,7,2,(1.0molL,-,),Cr,3+,(1.0molL,-,),H,+,(1.0,10,-2,molL)|Pt(+),2、书写规定：,3、常见电极分类,(1)金属金属离子电极Cu（s）Cu,2,（c）金属及其离子的溶液组成。,(2)气体离子电极 pt，H,2,（P）H,（c）气体与其饱和的离子溶液及惰性电极组成。,(3)均相氧化还原电极 ptFe,3,（c），Fe,2,(c)同一元素不同氧化数对应的物质及惰性电极组成。,(4)金属金属难溶盐阴离子电极，即固体电极：将金属表面涂以该金属难溶盐后，将其浸入与难溶盐有相同阴离子的溶液中构成。如氯化银电极,Ag（s），AgCl（s）Cl,(c),电极反应：AgCl+e,=Ag,+Cl,3、常见电极分类,二、电极电位（,）,1、产生：以MM,n,为例：金属晶体内有金属原子，金属阳离子和共用电子。,M放入M,n,中：一方面，,金属表面构成晶格的金,属离子和极性大的H,2,O分子相互吸引，从而使金属具有一种以水合离子的形式进入金属表面附近的溶液中的倾向。,金属越活泼，溶液越稀，这种倾向就越大,。,二、电极电位（）,2、标准电极电位 无法得到,以标准氢电极作为标准，规定=0.000V 组成原电池，测标准电池电动势,E,相对。,意义：电极反应中各种物质均处于标准状态（c为1molL,1,；P为100KPa；液体或固体都是纯净的物质。）,NO,3,3e,4H,=NO,2,（,g,）2H,2,O（,l,）,NO,3,/,NO,2,2、标准电极电位 无法得到 NO3/,E=,（）,（）,标准电池电动势：,E,=,（）,（）,是一个非常重要的物理量，它将物质在水溶液中的氧化还原能力定量化。,高，说明电对中氧化型物质在标态下氧化能力强，还原型物质还原能力弱；,低，说明电对中氧化型物质在标态下氧化能力弱，还原型物质还原能力强。,【应用,注意事项】,（1）由于介质酸碱性影响,值，,表分酸表与碱表。,表示酸性介质（H,=1molL,1,）中的标准电极电位；,表示碱性介质（OH,=1molL,1,）中的标准电极电位。,（2）,大小反映物质得失电子的能力，强度性质，与电极反应写法无关。,E=（）（）,eg：Ag,+e,=Ag；2Ag,+2e,=2Ag；Ag=Ag,+e,均为,（3）,不适用于非水溶液体系。,三、能斯特公式,应用：用来计算非标准态下的电极电位。,反映：电极电位与反应温度，反应物的浓度或分压的定量关系。,电极反应：aO,x,+ne,=a Red,能斯特公式：,一般是常温298K时：,eg：Ag+e=Ag；2Ag+2e,【使用公式注意事项】,（1）气体，应以相对分压代入浓度项 P/P,（2）纯固体、纯液体，不列出即作1；,（3）公式中O,x,、Red（广义的氧化型、还原型物质）包括参加了反应但氧化数未变化的物质，即所有参加电极反应的物质。,eg：298K,NO,3,（aq）4H,（aq）3e,=NO（,g,）2H,2,O(,l,）,【使用公式注意事项】,四、浓度对的影响,1、沉淀溶解的影响,例Ag,/Ag 加入Cl,求平衡且c(Cl,)=1.0molL,1,时；=?,解：Ag,+e,=Ag,又 Ag,+Cl,=AgCl K,SP,(AgCl),=1.7710,10,K,SP,=c(Ag,)c(Cl,)c（Ag,）=1.810,10,molL,1,=,+0.05916/1lg,1.810,10,=0.203V,可见，沉淀使c(Ag,)，Ag,氧化能力,Ag还原能力。,Ag,/Ag,Ag,/Ag,四、浓度对的影响Ag/AgAg/Ag,2、配位平衡的影响,例1Cu,2,/Cu 中加入NH,3,H,2,O，使平衡时c（NH,3,）=c(Cu（NH,3,）,4,2,)=1.0molL,1,，求 =?,解：Cu,2,+2e,=Cu =0.34V,=(0.05916/2)lgCu,2,加入NH,3,后有：Cu,2,+4NH,3,Cu（NH,3,）,4,2,已知：,K,f,Cu（NH,3,）,4,2,=2.0910,13,当c（Cu（NH,3,）,4,2,）=c（NH,3,）=1.0molL,1,时，,c,（Cu,2,）=1/,K,f,Cu（NH,3,）,4,2,当=,+(0.05916/2)lg1/2.0910,13,=,-0.05V 可见氧化型物质,K,f,，。,例2.Fe,3,/Fe,2,加入CN,使c(CN,)=c(Fe(CN),6,3,)=c(Fe(CN),6,4,）=1.0molL,1,。,Cu,2,/Cu,Cu,2,/Cu,2、配位平衡的影响Cu2/CuCu2/Cu,求此时 =？解：Fe,3,+e,=Fe,2,加入CN,后:Fe,3,+6CN,=Fe（CN）,6,3,K,f,（1）,Fe,2,+6CN,=Fe（CN）,6,4,K,f,（2）,当c(CN,)=c(Fe(CN),6,3,)=c(Fe(CN),6,4,)=1.0molL,1,时,c(Fe,3,)=1/,K,f,(1);c(Fe,2,)=1/,K,f,(2）,=,+0.05916lg,K,f,（2）/,K,f,（1）,=0.36V,Fe,3,/Fe,2,求此时 =？解：Fe3+,3、酸碱的影响,例计算电极NO,3,+4H,+3e,=NO+2H,2,O在下列条件下的（298K）。,（1）pH=1.0其它物质处于标准态。,（2）pH=7.0其它物质处于标准态。,解：,(1)pH=1.0 c（H,）=0.1molL,1,=0.88V,(2)pH=7.0 c(H,)=1.010,7,molL,1,=0.41V,说明NO,3,随酸度,其氧化能力，即HNO,3,氧化能力,3、酸碱的影响,五、的应用1、比较氧化剂，还原剂的相对强弱 eg：,=0.77V,=0.54V 氧化能力Fe,3,I,2,，还原能力I,Fe,2,2、判断反应进行的方向 TP下由G降低的方向判断反应进行的方向 ,r,G,m,=,/,max,=EQ（T.P下电功）=nFE 判断水溶液中氧还方向，则,r,G,m,0，E0，,正向自发,r