氧化还原反应和电极电势.ppt

第一节氧化还原反应的基本概念第二节一次电池第三节电极电位第四节电极电位的应用第五节元素标准电极电位图和电位图第七节氧化还原反应和电极电位-酸碱度第四节氧化还原反应平衡方程式第三节氧化还原对第一节氧化还原反应的基本概念第一节氧化剂和还原剂第一节氧化值、氧化值、氧化值。 氧化值被定义为一个元素的原子的电荷量，通过假定每个化学键中有电子而赋予电负性。确定氧化值的规则如下：(1)在简单物质中，元素的氧化值为零。 (2)氧的氧化值一般为-2；-1英寸过氧化物；-1/2的超氧化物；OF2中的2。(3)h的氧化值一般为1；在金属氢化物中是-1。(4)在单原子离子中，元素的氧化值等于离子的电荷量；在多原子离子中，每种元素氧化值的代数和等于离子的电荷量。(5)在中性分子中，所有元素氧化值的代数和等于零。在K2Cr2O7中，铬的氧化值为6。在实施例7-1中计算了K2Cr2O7中铬的氧化值。在K2Cr2O7中，o的氧化值为-2，k的氧化值为1。如果铬的氧化值是x，那么元素氧化值发生变化的反应称为氧化还原反应。在氧化还原反应中，增加元素氧化值的过程称为氧化。降低元素氧化值的过程称为还原。氧化过程和还原过程总是同时发生。在氧化还原反应中，组成元素氧化值增加的物质称为还原剂，其反应产物称为氧化产物。组成元素的氧化值降低的物质称为氧化剂，它们的反应产物称为还原产物。(1)当一种元素的氧化值最高时，其氧化值不能再增加，只能用作氧化剂。(2)当元素的氧化值最低时，其氧化值不能再降低，只能用作还原剂。(3)当元素的氧化值为中间值时，它既可用作氧化剂，也可用作还原剂。在氧化还原反应中，氧化剂及其还原产物和还原剂及其氧化产物形成氧化还原对，简称电对。在氧化还原对中，组成元素氧化值较高的物质称为氧化物质。组成元素氧化值较低的物质称为还原性物质。当写入电对时，氧化物质写在左侧，还原物质写在右侧，由斜线“/”隔开。在氧化还原对中，氧化物种的电子在反应中充当氧化剂。被还原的物质失去电子，在反应中充当还原剂。在氧化还原反应中，氧化剂中组成元素氧化值的总降低等于还原剂中组成元素氧化值的总增加。平衡步骤如下：(1)写出反应物和产物的化学式；(2)标记氧化值发生变化的元素的氧化值，计算氧化值的增减值；(3)使用最小公倍数确定氧化剂和还原剂的化学计量数。(4)平衡氧化值不变的元素原子，并将箭头数改为等号。(1)氧化值法，实施例，实施例7-2使用氧化值法来平衡以下氧化-还原反应：溶液：标记氧化值已经改变的组成元素的氧化值，并计算氧化值的增加和减少的值。2 3-(6)离子-电子法的平衡步骤如下：(1)写出氧化还原反应的离子方程；(2)氧化还原反应分为两个半反应；(2)离子-电子法，(3)分别平衡两个半反应；(4)将两个半反应乘以相应的系数，得到电子的得失数最后，在平衡离子方程式中加入不参与反应的阳离子和阴离子，并写出相应的化学式。在实施例7-3中，用离子-电子法平衡下列氧化还原反应：溶液：首先，编写离子方程：将离子方程分成两个半反应：两个半反应分别平衡：根据获得和损失的电子数相等的原则，将两个半反应合并编写平衡离子方程：最后，编写平衡氧化还原反应方程。一次电池的表达方法。原电池电动势与反应摩尔吉布斯自由能变化的关系。理论上，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。原电池由两节半电池组成。半电池也叫电极，每个电极由电极导体和电解质溶液组成。分别发生在两个半电池中的氧化反应或还原反应称为半电池反应或电极反应。一次电池两极之间的总氧化还原反应称为电池反应。在原电池中，电子从其中流出的电极称为负极，负极发生氧化反应。电子流入的电极称为正电极，它经历还原反应。一次电池中的盐桥是一个倒U形的管子，里面装有由饱和KCl(或NH4NO3)溶液和琼脂制成的凝胶，这样KCl溶液就不会流出，阳离子和阴离子可以自由移动。盐桥的作用是形成原电池的通道，并保持溶液的电中性。为了简单起见，主电池设备通常由主电池符号表示。书写原电池符号的规则如下：(1)在半电池中，“|”用于表示电极导体和电解液之间的界面。(2)原电池负极写在左边，正极写在右边，正负极标有和-号，正负极用盐桥连接，盐桥用 表示，两个电极的电解液放在盐桥的两边。如果溶液中有几个离子，用逗号隔开。如果电极中没有电极导体，则必须添加惰性电极导体。惰性电极导体通常是惰性金属(如铂)或石墨。一个例子。一次电池的正极经历还原，负极经历氧化。因此，当形成一次电池时，电对是正电极，电对是负电极。原电池的符号为：例7-4:设计氧化还原反应：作为原电池，写出原电池的符号。解决方法：首先，氧化还原反应分为两个半反应：氧化反应：还原反应：=，第三，原电池电动势与反应摩尔吉布斯自由能变化的关系在原电池中，当电流接近零时，正极电极电位与负极电极电位之差称为原电池电动势。在等温和等压条件下，系统的吉布斯自由能变化等于系统所做的最大非体积功。对于电池反应，最大非体积功是最大电功。如果电池反应在标准状态下进行，航天器7-5中使用的氢氧燃料电池的电池反应是：计算反应在298.15K下的标准摩尔吉布斯自由能变化和电池的标准电动势。在298.15K时，反应的标准摩尔吉布斯自由能变为：在298.15K时，原电池的标准电动势为：电极电位的第三部分，1，电极电位的产生，2，标准电极电位的测定，3，能斯特方程，1，电极电位的产生，将金属插入到含有金属离子的溶液中，当金属的溶解速率等于金属离子的沉积速率时，建立以下平衡： 当达到平衡时，如果金属溶解的趋势大于金属离子沉积的趋势，则金属表面带负电，而金属表面附近的溶液带负电金属电极的电极电位主要取决于金属和金属离子的性质，也受离子浓度和温度的影响。2、金属电极电极电位，标准电极电位测量，单电极电极电极电位无法测量。通常，选择电极作为比较标准，标准电极电势被指定为零，并且确定每个电极与比较电极的相对电极电势。IUPAC建议使用标准氢电极作为标准电极。电极的电极电势是由给定电极和标准氢电极组成的原电池的电动势。标准氢电极使用镀有一层松散铂黑的铂片作为电极导体，插入h活性为1的酸溶液中，并连续引入100千帕2以使铂片饱和吸附的氢。吸附在铂片上的H2和溶液中的氢建立以下平衡：用100千帕2饱和的铂片和氢活性为1的酸溶液之间的电位差称为标准氢电极的电极电位。指定标准氢电极的电极电位为零。标准氢电极装置图、=、(-)标准氢电极待测标准电极()，当测量给定电极的标准电极电位时，待测标准电极和标准氢电极可组合成以下原电池：被测原电池的电动势为待测电极的标准电极电位。一种用于确定铜电极的标准电极电势的装置，III。能斯特方程。如果给定电极的电极反应为：原电池的电池反应为：-，标准氢电极给定电极()，电极和标准氢电极形成原电池：=，电池反应的摩尔吉布斯自由能为：根据需要，分别为给定电极的电极电位和标准电极电位。上述方程可以改写为：例，上述方程由例7-6得到。下列电极反应的能斯特方程为：当温度为298.15K时，t、r和f的值代入能斯特方程，得到：在一定温度下，氧化物质或还原物质的活性变化会引起电极电位的变化。增加氧化物质的活性或降低还原物质的活性将增加电极电势。降低氧化物质的活性或提高还原物质的活性会降低电极电位。当298.15K在实施例7-7中已知时。计算插入硝酸银溶液中形成电极的金属银的电极电位。在298.15K时，电极的电极电势为：在298.15K时，如实施例7-8所示。计算将铂片插入溶液中形成的电极的电极电位。溶液：在298.15 k时，电极的电极电势为：例7-9在298.15K时已知。将铂片插入溶液中，计算电极的电极电势。在298.15K时，电极的电极电位为：1。比较氧化剂和还原剂2的相对强度。计算一次电池3的电动势。判断氧化还原反应的方向。确定氧化还原反应的极限4。施加电极电势4。比较氧化剂和还原剂1的相对强度。电极的电极电势越大，电极反应越强。越容易进行，越容易通过氧化物质获得电子，氧化剂越强。相应的还原物质失去电子越困难，还原剂就越弱。电极的电极电位越小，电极中的还原物质越容易失去电子，还原剂越强；相应的氧化物质获得电子越困难，氧化剂就越弱。当电极对处于非标准状态时，必须计算每对电极的电势，然后进行比较。在298.15K和标准条件下，从下列对中选择最强的氧化剂和最强的还原剂，并列出各种氧化物质的氧化能力和还原物质的还原能力的顺序。事实上，很难找到解决这个问题的方法在标准状态下，上述电对中氧化型物质的氧化能力从强到弱的顺序为：还原型物质的还原能力从强到弱的顺序为：在原电池中，电极电位较高的电极为原电池的正极，电极电位较低的电极为原电池的负极。一次电池的电动势等于正极的电极电势减去负极的电极电势。在298.15K下，将银片插入硝酸银溶液中，并将铂片插入硫酸亚铁和硫酸亚铁的混合溶液中以形成原电池。试着分别在以下两种情况下计算一次电池的电动势，写出一次电池、电极反应和电池反应的符号。解决方案：(1)在标准条件下，电对形成原电池，电对是原电池的正极，电对是原电池的负极。原电池的电动势为：原电池的符号为：=，正反应：负反应：电池反应：(2)对和的电极电位分别为：正因如此，对为正和负。一次电池的电动势为：=，一次电池的符号为：正反应：负反应：电池反应：第三，判断氧化还原反应的方向，利用设计的一次电池的电动势，可以判断氧化还原反应的方向：当反应进行时；反应处于平衡状态。反应正好相反。氧化还原反应的方向可以由电对的电极电势决定。当氧化剂所在的电对的电极电势大于还原剂所在的电对的电极电势时，氧化还原反应自发进行。也就是说，在氧化还原反应中，具有较高电极电势的对中的氧化物质是氧化剂，而具有较低电极电势的对中的还原物质是还原剂。当判断298.15K时，氧化还原反应：将在以下条件下进行。解决方案：(1)由于在标准状态下，Pb2是氧化剂，Sn是对和组合物的氧化还原反应中的还原剂，氧化还原反应在正向进行。(2)对和的电极电位分别为：因此，当对Sn2 /Sn和Pb2 /Pb结合成氧化还原反应时，Sn2是氧化剂，Pb是还原剂，氧化还原反应反向进行。氧化还原反应的极限可以通过反应的标准平衡常数来测量。氧化还原反应的标准平衡常数与原电池标准电极电位的关系为：当T=298.15K时，上述公式可改写为：原电池标准电动势越大，氧化还原反应的标准平衡常数越大，反应越完全。为了解决上述问题，我们必须采取以下步骤：第一，我们必须采取以下步骤：第一，我们必须采取以下步骤：第一，我们必须采取以下步骤；第二，我们必须采取以下步骤；第三，我们必须采取以下步骤；第三，我们必须采取以下的解决办法：在298.15K下反应的标准平衡常数是：这是非常大的，表明反应正向完美地进行。解决方案：在298.15千伏和标准条件下，上述两个电极设计为带负极和正极的原电池。一次电池的符号为：例7-14，当已知298.15k时：试着找出氯化银在298.15K时的标准溶解产物常数。当电池反应的标准平衡常数为298.15K时，氯化银的标准溶解产物常数为：第5节元素标准电极电位图和电位-酸碱度图，一、元