VIII氧化还原反应和电极电势PPT学习教案

1、会计学1VIII氧化还原反应和电极电势氧化还原反应和电极电势 第1页/共142页第2页/共142页第一节 氧化还原反应的基本概念第二节 原电池和电极电势第三节 电极电势的应用第四节 元素标准电极电势图和电势-pH图第五节 电解与化学电源第3页/共142页四、氧化还原反应方程式的配平三、氧化还原电对二、氧化剂和还原剂一、氧化值第4页/共142页如如 H : Cl 电子靠近电子靠近ClCl一边一边 电负性电负性 H 0，则该氧化还原反应可自发进行。，则该氧化还原反应可自发进行。第84页/共142页当当 时，上式可改写为：时，上式可改写为：掌握掌握lnzFEKRTnlg0.05916VzEKn判断氧

2、化还原反应进行程度的判断氧化还原反应进行程度的依据依据：E越大，越大， lnK越大，反应越彻底。越大，反应越彻底。注意：注意：n为总反应的为总反应的电子转移数电子转移数第85页/共142页化学平衡常数化学平衡常数实验平衡常数实验平衡常数可逆反应：可逆反应：cC(g)+dD(g) yY(g)+zZ(g) c(Y)y c(Z)z Kc = c(C)c c(D)d p(Y)y p(Z)z Kp = p(C)c p(D)dKc 、 Kp 数值和量纲随分压或浓度所用的数值和量纲随分压或浓度所用的单位不同而异单位不同而异(n=0除外除外)。n = (y+z) - (c+d)对于气相反应对于气相反应Kp =

3、 Kc(RT)n第86页/共142页标准平衡常数标准平衡常数如如可逆反应：可逆反应： S2-(aq) + 2H2O(l) H2S(g) + 2OH- -(aq)K :量纲为量纲为“1”。 p(H2S)/p c(OH-)/c 2 K = c(S2-)/c K 与温度有关，与压力所选单位无关。与温度有关，与压力所选单位无关。实验平衡常数有量纲，并与压力所选单位实验平衡常数有量纲，并与压力所选单位有关。有关。第87页/共142页2+2+Zn(s)+Cu(aq) Zn(aq)+Cu(s)2+2+(Cu /Cu)(Zn /Zn)EEE0.3394V( 0.7621V)1.1015V 2 1.1015Vl

4、g37.240.05916V0.05916VzEK2eq372eq(Zn )1.7 10(Cu )ccKcc K mol L-11.03815.9 10mol L第88页/共142页例例 计算计算298.15 K时反应：时反应： Cr2O72- + 6Fe2+ + 14H+ 2Cr3+ + 6Fe3+ +7H2O的标准平衡常数的标准平衡常数。解：查表得解：查表得E(Cr2O72-/Cr3+， E(Fe3+/Fe2+E= E(Cr2O72-/Cr3+) - E(Fe3+/Fe2+) lg0.05916VzEKn第89页/共142页电极电势的应用电极电势的应用由电池反应设计电池，计算由电池反应设计

5、电池，计算一一些非氧化还原反应些非氧化还原反应平衡平衡常数。常数。：Cu + Cl2 Cu2+ + 2Cl- 第90页/共142页第91页/共142页第92页/共142页补充题：补充题：lg Ksp(PbSO4) =05916. 0)/()/(224PbPbEPbPbSOE=05916. 0)126. 0(356. 02Ksp(PbSO4) = 1.710-8第93页/共142页 第94页/共142页lg0.05916VzEKn=第95页/共142页lnzFEKRTnlg0.05916VzEKn第96页/共142页QnFRTEEln一、一、Nernst 方程方程1、电池电动势的、电池电动势的N

6、ernst 方程方程 （Nernst equation of electromotive force） （重点）（重点）bRed2)(aOx1)Ox2()Red1()(CCeCCQd 其中，其中， 对于反应对于反应 aOx1 + bRed2 = d Red1 + eOx2在非标准状态下在非标准状态下时时QnEElg05916. 0气体物质用分压气体物质用分压(Pa)(Pa)表示表示并除以并除以 p p (10(105 5 Pa)Pa)溶液中的物质用浓度溶液中的物质用浓度(mol(mol L L-1-1) )表示表示并除以并除以c c (1mol(1mol L L-1-1) )注意2. 2. 纯

7、固体或纯液体物质不写入纯固体或纯液体物质不写入3.3.电极反应中电对以外物质也应电极反应中电对以外物质也应写入，但溶剂（如写入，但溶剂（如H H2 2O O）不写入）不写入第97页/共142页注意到：反应商Q写做电池电动势的Nernst方程变为beadccccQ2211RedOxOxRedbeadccccnFRT2211OxRedOxRedlnln_ ,EEQnFRTEEln2、电极电位的、电极电位的Nernst 方程方程第98页/共142页整理得到：一般地： p Ox + ne- q Redn这就是电极电位的Nernst方程beccnFRT22OxRed_lnadccnFRT11OxRedl

8、nqpccnFRTRedOxOx/RedOx/Redln第99页/共142页oRVVnFRTRedOxlnOx/RedOx/Red整理得：整理得：电极电位的电极电位的Nernst 方程方程banRedOxlg05916. 0Ox/RedOx/Red重点重点掌握掌握第100页/共142页书写电极电位的书写电极电位的Nernst 方程式注意事项：方程式注意事项：banFRTRedOxlnOx/RedoOx/Red第101页/共142页2+2+2+2+2+44842+222242(1)(Cu/Cu)(Cu/Cu)ln (Cu/)2(2)(MnO /Mn )(MnO /Mn ) (MnO /) (H

9、)/ln5(Mn )/(3)(O /H O)(O /H O)ln (O )/ (H )/4RTEEccFEEccccRTFccEERTppccF2+(1) Cu (aq)+2eCu(s)+2+42+22(2) MnO (aq)+8H (aq)+5eMn(aq)+4H O(l)(3) O (g)+4H (aq)+4e2H O(l)P155 实例实例第102页/共142页l 一定温度下，对于给定的电极，氧化型物质或还原一定温度下，对于给定的电极，氧化型物质或还原型物质的活度的变化将引起电极电势的变化；型物质的活度的变化将引起电极电势的变化；说明l 增大氧化型物质的活度或降低还原型物质的活度，都会增

10、大氧化型物质的活度或降低还原型物质的活度，都会使电极电势增大；使电极电势增大；l 相反，降低氧化型物质的活度或增大还原型物质的相反，降低氧化型物质的活度或增大还原型物质的活度，将使电极电势减小。活度，将使电极电势减小。第103页/共142页2+2+Sn(s)+Pb (aq)Sn (aq)+Pb(s)mol L ;cc2+2+-1(1) (Sn )= (Pb )=1.0mol L ,mol Lcc2+-12+-1(2) (Sn )=1.0(Pb )=0.0102+(Sn /Sn)0.1410VE 2+(Pb /Pb)0.1266VE 2+2+(Pb /Pb)(Sn /Sn)EE2+Pb /Pb2

11、+Sn /Sn第104页/共142页 2+Sn /Sn2+Pb /Pb0.05916V0.1266Vlg0.01020.1858V 2+2+(Sn /Sn)(Pb /Pb)EE2+Pb /Pb2+Sn /Sn2+2+(Sn /Sn)(Sn /Sn)0.1410VEE 22+2+0.05916V(Pb )(Pb /Pb)(Pb /Pb)lg2cEEc第105页/共142页+(Ag /Ag)(Ag /Ag) 0.05916V lg (Ag )/EEcc0.7991V+0.05916Vlg0.010=0.6808V 11.0 mol L10.010 mol L +(Ag /Ag)0.7991VE10

12、.010 mol L+Ag /Ag解解：298.15K时，时， 电极的电极电势为：电极的电极电势为：+Ag /Ag第106页/共142页3+2+(Fe /Fe )0.769VE3+1(Fe )1.0 mol Lc2+(Fe )c3+2+Fe /Fe3+2+Fe /Fe3+3+2+3+2+2+(Fe )/(Fe /Fe )(Fe /Fe )0.05916V lg(Fe )/ccEEcc1.00.769V0.05916V lg0.100.828V10.10 mol L11.0mol L10.10mol L第107页/共142页第108页/共142页= +1.51V + lg 0.05916 （1.

13、0 mol L-1) ( 10.0 mol L-1 )85 1.0 mol L-1 c(MnO4-)=c(Mn2+)=1.0 mol L-1,c(H+)=10.0 mol L-1 计算：计算：E(MnO4-/Mn2+ )例例2 2：已知：已知: :E E (MnO4- -/Mn2+ 解解:电极反应电极反应 MnO4-+8H+ + 5e- Mn2+ + 4H2OZ E(MnO4-/Mn2+ )c(Mn2+)/c= (MnO4-/Mn2+ ) + lgE E 0.05916 c(MnO4-)/c c(H+)/c 8c c(H(H+ +) )越大，越大，E E 值越大，值越大，即含氧酸盐在酸性介质中

14、其氧化性越强即含氧酸盐在酸性介质中其氧化性越强 第109页/共142页计算：计算：E(MnO4-/Mn2+ )例例2 2：已知：已知: :E E (MnO4- -/Mn2+ c c(H(H+ +) )越大，越大，E E 值越大，值越大，即含氧酸盐在酸性介质中其氧化性越强即含氧酸盐在酸性介质中其氧化性越强 计算结果计算结果c(MnO4-)/ mol L-1 1.01.0c(Mn2+)/ mol L-1 1.01.0c(H+)/ mol L-1 1.010.0E (MnO4-/Mn2+ )V+1.51+1.51E(MnO4-/Mn2+ )/V+1.51+1.62Fe I CuSn2+2+SnCuI

15、 Fe Cl第132页/共142页例题例题原电池的电动势等于正极的电极电势减去负极的电极电势。第133页/共142页+3+2+1(1) (Ag )= (Fe )= (Fe )=1.0mol L ;ccc+2+1(2) (Ag )= (Fe )=0.010mol L ,cc+(Ag /Ag)0.7991VE3+2+(Fe /Fe )0.769VE 3+(Fe )cc+3+2+(Ag /Ag)(Fe /Fe )EE+Ag /Ag3+2+Fe /Fe+Ag /Ag3+2+Fe /Fe第134页/共142页 +3+2+(Ag /Ag)(Fe /Fe )EEEEE0.7791V0.769V0.030V2

16、3+( )Pt |Fe (),Fe ()Ag ()|Ag( )ccc+Ag +eAg2+3+FeFe +e +2+3+Ag +FeAg+Fe第135页/共142页+Ag /Ag3+2+Fe /Fe+(Ag /Ag)(Ag /Ag) 0.05916V lg (Ag )/EEcc0.7991V0.05916Vlg0.0100.6808V3+3+2+3+2+2+(Fe )/(Fe /Fe )(Fe /Fe ) 0.05916V lg(Fe )/ccEEcc1.00.769V0.05916Vlg0.0100.887V+3+2+(Ag /Ag)(Fe/Fe)EE3+2+Fe /Fe+Ag /Ag第136

17、页/共142页3+2+(Fe/Fe)(Ag /Ag)EEEEE0.887V0.6808V0.206V+-132+-1( )Ag|Ag (0.010mol L ) Fe (),Fe (0.010mol L )|Pt( )c= 3+2+Fe+eFe +A gA g +e 3+2+Fe+Ag = Fe+Ag第137页/共142页l 从原电池的电动势与电极电势的关系来看，只有 时，氧化还原反应才能自动向正反应方向进行。 l实际上，利用氧化剂和还原剂的相对强弱判断氧化还原反应方向更为方便。EEl在氧化还原反应中，总是较强的氧化剂与较强的还原剂相互作用，生成较弱的还原剂和较弱的氧化剂。第138页/共142页2+2+Zn(s)+Cu(aq) Zn(aq)+Cu(s)2+2+(Cu /Cu)(Zn /Zn)EEE0.3394V( 0.7621V)1.1015V 2 1.1015Vlg37.240.05916V0.05916VzEK2eq372eq(Zn )1.7 10(Cu )ccKcc K mol L-11.03815.9 10mol L第139页/共142页+Ag (aq)+eAg(s)+(Ag /Ag)=0.7991VEAgCl(s)+eAg