氧化还原反应与电极电位最终PPT学习教案

1、会计学1氧化还原反应与电极电位最终氧化还原反应与电极电位最终第1页/共67页第2页/共67页解：解： KMnO4： +1 + x + 4 (-2) =0 x = +7 K2Cr2O7： 2 (+1) + 2y + 7 (-2) =0 y = +6第3页/共67页第4页/共67页第5页/共67页又如：又如： Zn + 2HCl ZnCl2 + H2 HCl中的中的H+得到电子，氧化值降低，得到电子，氧化值降低，被还原被还原, HCl称为称为氧化剂氧化剂(oxidizing agent)，又称又称电子的受体电子的受体(electron acceptor)。 锌锌失去电子，氧化值升高，被氧化失去电子

2、，氧化值升高，被氧化，称为，称为还原剂还原剂(reducing agent)，又称，又称电电子的供体子的供体(electron donor)。 第6页/共67页第7页/共67页第8页/共67页第9页/共67页Ox + ne- Red 第10页/共67页第11页/共67页如：如： MnO4-/Mn2+；Cu2+/Cu；Zn2+ /Zn；还原半反应：还原半反应：氧化半反应：氧化半反应：Fe3+ + e- Fe2+ Sn2+ Sn4+ + 2e-又如：又如： 2Fe3+ Sn2+ 2 Fe2+ Sn4+第12页/共67页第13页/共67页如：如：1. 写出离子方程式。写出离子方程式。MnO4- +

3、Cl- Mn2+ + Cl22. 将离子方程式拆成氧化和还原两个半反将离子方程式拆成氧化和还原两个半反应应还原半反应：还原半反应：氧化半反应：氧化半反应：MnO4- Mn2+Cl- Cl2KMnO4 + HCl MnCl2 + Cl2第14页/共67页MnO4- + 8H+ + 5e- Mn2+ + 4H2O 2Cl- - 2e- Cl2 第15页/共67页4. 根据氧化剂和还原剂得失电子数相等，找出根据氧化剂和还原剂得失电子数相等，找出最小公倍数，合并成一个配平的离子方程式。最小公倍数，合并成一个配平的离子方程式。2 2MnO4-16H+10e- 2Mn2+8H2O 5 10Cl- - 10

4、e- 5Cl22MnO4-+16H+10Cl- 2Mn2+ 5Cl2 + 8H2O第16页/共67页2KMnO4+16HCl 2KCl +2MnCl2+ 5Cl2 + 8H2O第17页/共67页电化学的起源电化学的起源第18页/共67页The Nobel Prize in Chemistry 2000for the discovery and development of conductive polymers第19页/共67页CuCuSO4溶液溶液Zn第20页/共67页第21页/共67页第22页/共67页第23页/共67页第24页/共67页由此可见，由此可见，电池反应就是氧化还原反应。正极反

5、电池反应就是氧化还原反应。正极反应就是还原半反应；负极反应就是氧化半反应。应就是还原半反应；负极反应就是氧化半反应。第25页/共67页第26页/共67页 将两电极组合起来将两电极组合起来,就可以构成一个就可以构成一个原电池原电池。电池组成式：电池组成式： 电极写在两边，中间用电极写在两边，中间用“|”表示表示盐桥连接，习惯上，盐桥连接，习惯上，正极写右边，负极写左边。正极写右边，负极写左边。第27页/共67页如如 Cu-Zn Cu-Zn 原电池的电池组成式为：原电池的电池组成式为： (-) Zn Zn 2+(c1)Cu2+(c2) Cu (+) 第28页/共67页第29页/共67页 电极反应：

6、电极反应：Fe3+ + e- Fe2+ 第30页/共67页Cu + FeClCu + FeCl3 3CuCl(s)+ FeClCuCl(s)+ FeCl2 2还原半反应：还原半反应： FeFe3+3+ + e Fe + e Fe2+2+ 氧化半反应：氧化半反应： CuCu0 0 Cu Cu+ + + 2e + 2e(-) Cu , CuCl(S) Cl- (c1) Fe3+ (c2), Fe2+ (c3) Pt(+)第31页/共67页 例例8-28-2 高锰酸钾与浓盐酸作用制取氯气的反应如下：高锰酸钾与浓盐酸作用制取氯气的反应如下：2KMnO4+16HCl 2KCl +2MnCl2+ 5Cl2

7、 + 8H2O将将此反应设计为原电池，写出正负极反应、电池反应、此反应设计为原电池，写出正负极反应、电池反应、电极组成式和电池组成式。电极组成式和电池组成式。 解：解： 将上述反应方程式改写成离子方程式，将上述反应方程式改写成离子方程式，2MnO4-+16H+10Cl- 2Mn2+ 5Cl2 + 8H2O MnO4-8H+5e- Mn2+4H2O 第32页/共67页 Cl2 + 2e- 2Cl- 电池反应：电池反应： 2MnO4-+16H+10Cl- 2Mn2+ 5Cl2 + 8H2O正极组成式：正极组成式： Pt| MnO4- (c1) ，Mn2+ (c2) ， H+ (c3)负极组成式：负

8、极组成式： Pt，Cl2(p) | Cl- (c ) 电池组成表示式电池组成表示式:(-) Pt, Cl2(p) | Cl- (c ) MnO4- (c1),Mn2+ (c2), H+ (c3) | Pt(+)第33页/共67页原电池的两电极间存在电位差，每个电极上存在原电池的两电极间存在电位差，每个电极上存在不同的电位不同的电位( (势能势能) )。电极电位是如何产生的？。电极电位是如何产生的？把金属浸入其相应盐溶液时：把金属浸入其相应盐溶液时： M - ne- - Mn+(aq)M(s)Mn+(aq)在金属板上在溶液中留在金属板上沉积溶解+ne第34页/共67页 当达到平衡时当达到平衡时,

9、 ,若若金属溶解的趋势金属溶解的趋势大于金属离子析出大于金属离子析出的趋势的趋势, ,则金属极则金属极板上会带有过剩的板上会带有过剩的负电荷负电荷, ,等量的正等量的正电荷将分布在溶液电荷将分布在溶液中，因静电引力，中，因静电引力，形成了形成了双电层结构双电层结构。双电层结构双电层结构第35页/共67页 双电层双电层的厚度约为的厚度约为1010-10-10米的数量级米的数量级, ,其间的其间的电位差电位差, ,称为称为电极电位电极电位( (势势) )，又称，又称绝对电极电位绝对电极电位。符号为符号为( (氧化态氧化态/ /还原态还原态) ;) ;单位为单位为V(V(伏特伏特) ) 。如：如：(

10、Zn2+/Zn);(Cu2+/Cu);(O2/OH-) (MnO4-/Mn2+); (Cl2/Cl-)等。等。 电极电位主要取决于电极的电极电位主要取决于电极的本性本性，并，并受受温度、介质温度、介质和和离子浓度离子浓度(或活度或活度)等因素。等因素。第36页/共67页第37页/共67页2 H+(aq)2e- H2 (g) 第38页/共67页 1. 铂片上镀上一层铂粉铂片上镀上一层铂粉即铂黑即铂黑, 增强吸附氢气的增强吸附氢气的能力并提高反应速率。能力并提高反应速率。 2. IUPAC规定规定: : T=298.15K、P=100kPa H+=1mol.L-1 (严格讲是活度严格讲是活度)时，

11、时， (H(H+ +/H/H2 2) ) = 0.000 V = 0.000 V 第39页/共67页(二二)标准电极电位（标准电极电位（ ）在在标准态标准态下下，将将待测电极待测电极与与标准氢电标准氢电极极组成电池，所测得的电池的电动势组成电池，所测得的电池的电动势就是该电极的就是该电极的标准电极电位标准电极电位。第40页/共67页标准态：标准态：同热力学的标准态一致，电极反应物的浓同热力学的标准态一致，电极反应物的浓度为度为1mol.L-1（严格是活度为（严格是活度为1），气体分压为），气体分压为100kPa，温度未定，温度未定，IUPAC推荐为推荐为298.15K。第41页/共67页第42

12、页/共67页(-)ZnZn 2+(1molL-)H+ (1molL-) H2(101.3kPa),Pt (+) 0ZnZn20_00E0ZnZn0HH22V7618. 0V7618. 00ZnZn2第43页/共67页 1. 仅适用于仅适用于标准态的水溶液标准态的水溶液。对于非水溶液。对于非水溶液、高温、固相反应并不适用（因为表中数据是、高温、固相反应并不适用（因为表中数据是在水溶液中求得的）。在水溶液中求得的）。Ox +nebReda第44页/共67页第45页/共67页第46页/共67页2 Fe3+ +2e 2Fe2+ (Fe3+/Fe2+)=0.771VFe3+ +e Fe2+ (Fe3+/

13、Fe2+)=0.771V第47页/共67页例如：例如：Zn + Cu2+ = Cu + Zn 2+ (CuCu2+2+/Cu) /Cu) = 0.3419V (ZnZn2+2+/Zn) /Zn) = -0.7618V第48页/共67页 判断标准状态下下列氧化还原判断标准状态下下列氧化还原反应自发进行的方向：反应自发进行的方向：Br2Fe2BrFe2322 Fe2+ e Fe3+ Br22e 2Br- 解：解：V771.00FeFe23V0873.10BrBr2第49页/共67页自由能（自由能（G）：）：系统的状态函数，只与系统的状态函数，只与系统的始态和终态有关，而与过程无关。系统的始态和终态

14、有关，而与过程无关。自由能变化（自由能变化（rGm）等于等温、等压下，）等于等温、等压下，可逆过程中对外作的最大非体积功（可逆过程中对外作的最大非体积功（-W f,最大最大）。即：）。即：第50页/共67页rGm可用来判断化学反应的方向：可用来判断化学反应的方向：)(G)(Gmrmr反反应应物物产产物物 rGm=rGm0，反应正向自发进行。，反应正向自发进行。rGm 0，反应逆向自发进行。，反应逆向自发进行。rGm= 0，反应达平衡状态。，反应达平衡状态。标准态各物质的自由能变标准态各物质的自由能变rGm 可查表得到可查表得到第51页/共67页一、电池电动势与化学反应一、电池电动势与化学反应G

15、ibbs自由能的关系自由能的关系根据根据原电池中，最大非体积是电功。原电池中，最大非体积是电功。 rGm = -nFE当电池中各物质均处于标准态时当电池中各物质均处于标准态时 rGm = -nFE第52页/共67页 二、用电池电动势判断氧化还原二、用电池电动势判断氧化还原反应自发性反应自发性Ox1 + Red1 Ox2 + Red2 反反应应rGm = 0，E = 0，反应达到平衡。，反应达到平衡。rGm0，E 0，反应正向自发进行；，反应正向自发进行；rGm0 ，E 0，反应逆向自发进行；，反应逆向自发进行；第53页/共67页反应的反应的rGm ，并判断反应是否自发进行。，并判断反应是否自发

16、进行。例例8-3 根据标准电极电位，计算反应根据标准电极电位，计算反应 Cr2O72- + 6Fe2+ + 14H+ 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O解：解：首先将氧化还原反应拆成两个半反应首先将氧化还原反应拆成两个半反应正极反应正极反应 Cr2O72- + 14H+ +6e- 2Cr3+ + 7H2O E = (Cr2O72- / Cr3+ ) (Fe3+/ Fe2+) = 1.232V - 0.771V =0.461V第54页/共67页rGm = -nFE = -6 96485C mol-1 0.461V = -2.669 105J mol-1 =-266.9kJ mol-1 0故

17、反应正向自发进行。故反应正向自发进行。 E = - rGm nF第55页/共67页 根据：根据： rGm = -nFE 05916. 0lgnEK 第56页/共67页05916. 0lgnEK 第57页/共67页解解: 将以上反应设计成原电池将以上反应设计成原电池, 电极反应为电极反应为: E = (Cu2+ / Cu ) (Zn2+/Zn) = 0.34192 V (-0.7618V) =1.1037V电池反应中电池反应中n=2, 3124.3705916. 01037. 1205916. 0lg nEK K = 2.503 1037第58页/共67页思考思考 rGm = + RT lnQ

18、rGm第59页/共67页 rGm = -nFE rGm = -nFE得：得： -nFE = -nFE + RT lnQ QlnnFRTEE 当当T =298.15K时时, 代入相关常数代入相关常数, 上式变为：上式变为：QnEElg05916.0 第60页/共67页对于任意一个已配平的氧化还原方程式：对于任意一个已配平的氧化还原方程式： 反应商可写为：反应商可写为：bdaOxeOxddccccQ)()()()(2121ReRe bdaOxeOxddccccnFRTEE)()()()(ln2121ReRe bdaOxeOxddccccnEE)()()()(lg05916. 02121ReRe 第

19、61页/共67页bdaOxeOxddccccnEE)()()()(lg05916. 02121ReRe 电池电动势的电池电动势的Nernst方程式方程式第62页/共67页E = + - -bdaOxeOxddccccnFRT)()()()(ln)(2121ReRe )()(ln)()(ln2211ReReeOxbdaOxddccnFRTccnFRT aOxddccnFRT)()(ln11Re eOxbdccnFRT)()(ln22Re 第63页/共67页 (Ox/Red) = (Ox/Red) + lg RTn F(cOx ) p(cRed)q (Ox/Red) = (Ox/Red) + lg