氧化还原与电极电势PPT学习教案

1、会计学1氧化还原与电极电势氧化还原与电极电势一、氧化数第一节 基本概念 氧化数是某元素一个原子的荷电数，这种荷电数是假设把每个化学键中的电子指定给电负性较大的原子而求得。第1页/共35页确定元素氧化数的规则确定元素氧化数的规则（1）在单质中，元素的氧化数为零。（2）在单原子离子中，元素的氧化数等于离子的电荷数；在多原子离子中，各元素氧化数的代数和等于离子的电荷数。（3）中性分子各元素氧化数代数和为零（4）在化合物中，氟元素的氧化数总是-1。碱金属的氧化数为+1，碱土金属的氧化数为+2。通常情况下，氢元素的氧化数为+1，氧元素的氧化数为-2；在活泼金属氢化物中，氢元素的氧化数为-1，在过氧化物中

2、，氧元素的氧化数为-1。 第一节 基本概念 第2页/共35页例如，在Na2S4O6中，S的氧化数y可以由下式求得。 氧化数与化合价是两个不同的概念，对于共价化合物来说，氧化数是按照上述定义得到的形式电荷数,既可为整数,也可为分数；化合价是某种元素的原子与其他元素的原子相化合时两种元素的原子数目之间一定的比例关系，所以化合价不应为非整数。2(+1)+ 4y+6(-2)=0 第一节 基本概念 第3页/共35页二、氧化还原反应的实质 第一节 基本概念 氧化还原反应的实质就是发生了电子的转移或偏移，从而导致元素的氧化数发生了改变。元素氧化数升高的过程称为氧化，而氧化数升高的物质称为还原剂；元素氧化数降

3、低的过程称为还原，而氧化物降低的物质称为氧化剂。在氧化还原反应中，氧化剂是电子的接收体，而还原剂是电子的给予体，且氧化剂接受电子的总数等于还原剂给予的电子总数。 第4页/共35页第二节第二节 电极电势电极电势一二三原电池电极电势标准电极电势第5页/共35页第二节第二节 电极电势电极电势一、原电池 氧化还原反应中由于氧化剂与还原剂直接接触，电子的转移是在无序的质点热运动中发生的，因此无法产生电流。如果设计一定装置，使氧化还原反应中得电子的移动变成电子的定向移动，就可以将化学能转变为电能，这就是原电池装置。第6页/共35页 在原电池中，电子流出的一极为负极，负极上发生氧化反应；电子流入的一极为正极

4、，正极上发生还原反应。Zn负极：Zn=Zn2+2e（氧化反应）Cu正极：Cu2+2e=Cu（还原反应）将两个电极反应相加得到中反应，称为电池反应。电池反应：Zn+Cu2+=Zn2+Cu 第二节第二节 电极电势电极电势1.电极反应第7页/共35页二、电极电势M活泼: 溶解 沉积 -+-双电层理论双电层理论M不活泼: 沉积 溶解+-第二节第二节 电极电势电极电势Mn+稀稀Mn+浓浓第8页/共35页三、标准电极电势 指标准电极的电势。凡是符合标准态条件的电极都是标准电极。 所有的气体分压均为1105 Pa； 溶液中所有物质的活度均为1mol/L； 所有纯液体和固体均为1105 Pa条件下最稳定或最常

5、见的形态。标准状态：标准状态：第二节第二节 电极电势电极电势第9页/共35页标准电极电势的绝对值是无法测定的。于是建立了标准氢电极。标准氢电极表示为:(一) 标准氢电极电极反应：2H+（aq）+ 2e- H2(g)电对： H+/H2 第二节第二节 电极电势电极电势+2H /H0.00VH+(1mol/L) | H2(1105Pa) Pt第10页/共35页第二节第二节 电极电势电极电势标准电极电势的测定 例如：由标准锌电极与标准氢电极构成的电化学电池，其电池表示式为:Zn | Zn2+(1mol/L) | H3O+(1mol/L) | H2(1105Pa) Pt 实验测得电池的电动势为0.763

6、V， 即这样就可依次测出各个电极在标准态时的电极电势。这样就可依次测出各个电极在标准态时的电极电势。2+Zn/Zn0.763V2+Zn/Zn0.763 =0VV第11页/共35页电极反应 -2.924-2.714-0.7628-0.4402+0.000+0.337+1.229+1.36NaeNa 2Zn2eZn22H2eH2Cu2eCu22O4H4e2H O )(VKeK2Cl2e2Cl2Fe2eFe第二节第二节 电极电势电极电势（ 二 ） 标 准 电 极 电 势 表第12页/共35页表中电对按 代数值由大到小的顺序排列。 代数值越大，正向半反应进行的倾向越大，即氧化型的氧化性越强； 代数值越

7、小, 正向半反应进行的倾向越小, 或者说逆向半反应进行的倾向越大，即还原型的还原性越强。表中的半反应均表示为还原过程：氧化型n e 还原型第二节第二节 电极电势电极电势Ox/RedOx/RedOx/Red第13页/共35页 一些电对的电极电势与介质的酸碱性有关, 因此有酸表和碱表之分。对同一电对而言，氧化型的氧化性越强，还原型的还 原性就越弱，反之亦然。一个电对的还原型能够还原处于该电对上方任何一个电对的氧化型。其实质是氧化还原反应总是由强氧化剂和强还原剂向生成弱还原剂和弱氧化剂的方向进行。第二节第二节 电极电势电极电势第14页/共35页一二第三节第三节 影响电极电势的因素影响电极电势的因素能

8、斯特方程能斯特方程的应用第15页/共35页第三节第三节 影响电极电势的因素影响电极电势的因素 各物质不可能都处于标准态浓度, 用非标准态条件下的电动势为判据才能得到正确的结论。能斯特方程表达了浓度对电极电势的影响。对于电极反应 Ox+ne- Red，有如下关系：一、一、能斯特方程OxRedlncRTnFc第16页/共35页二、Nernst方程的应用（一）浓度对电极电势的影响编号1234510210110-110-211111试求当 和 分别取下列值时的 值。第三节第三节 影响电极电势的因素影响电极电势的因素32Fe/Fe0.771V例7-1 已知298K时3+Fec2Fec3+Fec2Fec第

9、17页/共35页 由上计算结果可见：增大氧化态浓度或减小还增大氧化态浓度或减小还原态浓度，电极电势值增大，氧化态物质的氧化能原态浓度，电极电势值增大，氧化态物质的氧化能力增强；增大还原态浓度或减小氧化态浓度，电极力增强；增大还原态浓度或减小氧化态浓度，电极电势值减小，还原态物质的还原能力增强。电势值减小，还原态物质的还原能力增强。第三节第三节 影响电极电势的因素影响电极电势的因素（一）浓度对电极电势的影响第18页/共35页（二）酸度对电极电势的影响第三节第三节 影响电极电势的因素影响电极电势的因素例7-2 已知298K时4ClO /Cl1.387V，试计算pH为4时,电对的电极电势。解：42C

10、lO8H8e =Cl4H O4448ClOHClO /ClClO /ClCl.0.0592lg8ccc4 81 (10 )0.05921.378lg1.151V81第19页/共35页第四节第四节 电极电势的应用电极电势的应用一二三四判断氧化剂和还原剂的相对强弱判断氧化还原反应进行的方向计算原电池的电动势元素标准电极电势图及应用第20页/共35页一、比较氧化剂和还原剂的相对强弱 显然，下面电对的氧化态可以氧化上面电对的还原显然，下面电对的氧化态可以氧化上面电对的还原态，所以又叫作对角线规则。态，所以又叫作对角线规则。 氧化态氧化态 + ne- 还原态还原态 /V-3.045-0.763 0.00

11、0 0.337 1.36 2.87Li+ + e- LiZn2+ + 2e- - Zn 2H+ + 2e- H2Cu2+ + 2e- Cu Cl2 + 2e- 2Cl- F2 + 2e- 2F- 氧氧化化态态的的氧化化性性增增强强第四节第四节 电极电势的应用电极电势的应用还还原原态态的的还还原原性性增增强强第21页/共35页Ag /Ag0.80V32Fe/Fe0.77V例7-3 已知298K时，在298K时，把银片插入0.010mol/LAgNO3溶液中，把铂片插入0.10mol/LFe 和0.0010mol/LFe 溶液中组成两个电极，试比较在此条件下Ag 和Fe 氧化能力的相对强弱。第四节

12、第四节 电极电势的应用电极电势的应用Ag /AgAgAg /Ag0.0592lg1c332322FeFe/FeFe/FeFe0.0592lg1cc0.0592=0.80+lg0.0100.68(V)10.100.770.0592lg0.89(V)0.0010解：32Fe/FeAg/Ag，因此Fe 的氧化性比Ag 强。第22页/共35页二、判断氧化还原反应进行的方向 氧化还原反应是两个共轭氧化还原电对之间的电子转移，由于 值较大的电对中的氧化型物质氧化能力较强，而 值较小的电对中还原型物质还原能力较强，因此， 值较大的氧化剂可以与 值较小的还原剂反应。氧化还原反应自发进行的条件为：氧化还原反应自

13、发进行的条件为：第四节第四节 电极电势的应用电极电势的应用-+第23页/共35页例7-4 试判断反应： MnO2(s)+4HCl(aq)=MnCl2(aq)+Cl2(g)+2H2O(l)在标准状态下能否自发进行？ （2）实验室中为什么能用MnO2(s)与浓盐酸（12mol/L）反应制取Cl2?解：（1）查附表可知：22MnO /Mn1.2293V-2Cl /Cl1.360V从电子的转移方向判断：为正极，为负极。所以在标准状态下，上述氧化还原反应不能自发进行。22MnO /Mn2Cl /Cl第四节第四节 电极电势的应用电极电势的应用222MnO /MnCl /Cl第24页/共35页（2）=12m

14、ol/L，=1mol/L， ，将两电对组成氧化还原反应时，MnO2作氧化剂，Cl-还原剂，上述氧化还原反应正向自发进行。所以实验室可以用MnO2(s)与浓盐酸反应制取Cl2。HClcc2+Mnc2Cl100kPap222224HMnO /MnMnO /MnMn0.0592lg2cc222Cl2Cl /ClCl /ClCl0.0592lg2ppc20.0592100/100=1.36+lg1.30(V)2(12)40.0592(12)=1.229+lg1.36(V)21 222Cl /ClMnO /Mn第四节第四节 电极电势的应用电极电势的应用第25页/共35页 从原电池角度考虑，氧化还原反应的

15、电动势等于原电池正极的电极电位与原电池负极的电极电位之差。即第四节第四节 电极电势的应用电极电势的应用三、计算原电池的电动势E第26页/共35页2Sn/Sn0.1410V 2Pb/Pb0.1266V 3 2Pb(NO )例7-5 已知，把锡片插入0.10mol/LSnCl2中，铅片插入0.0010mol/L溶液中组成原电池，计算该原电池的电动势。在298K时，22Sn/Sn2Sn/SnSnlg20592. 0c222Pb/PbPb/PbPblg20592. 0c0.0592=0.1410+lg0.100.1705(V)2 0.0592=0.1266+lg0.00100.2154(V)2 22S

16、n/SnPb/PbE0.1705( 0.2154)0.0449(V) 第四节第四节 电极电势的应用电极电势的应用第27页/共35页离子选择性电极是建立在原电池原理基础上、对特定离子能产生电势响应的一种传感器。第五节 电势法应用举例一、离子选择性电极离子选择性膜是电势型离子传感器的核心组件，被膜分离的两相溶液由于浓度差异产生跨膜电势，其大小决定于目标离子浓度，并遵循能斯特方程。第28页/共35页例如: 玻璃电极结构图 氟离子电极结构图 第五节 电势法应用举例第29页/共35页HH0.0592lgKcpH玻璃电极是最早研究的离子选择性电极，其底部敏感膜是一种对H+有选择性响应的玻璃膜，玻璃电极的电极电势与溶液中浓度的关系为：第五节 电势法应用举例第30页/共35页第五节 电势法应用举例二、电势法测定溶液pH电势法测定溶液的pH时，以玻璃电极作指示电极，以饱和甘汞电极作参比电极，浸入试液中组成原电池，该原电池的电动势为：0.0592pHEK 第31页/共35页第五节 电