氧化还原和电极电势演示文稿

氧化还原和电极电势演示文稿现在是1页\一共有44页\编辑于星期五2氧化还原和电极电势现在是2页\一共有44页\编辑于星期五一、氧化还原反应1、定义元素的氧化值发生了变化的化学反应。Sn2++Fe3+

→Sn4++Fe2+

2、特点（1）存在着氧化剂与还原剂；（2）存在着氧化态与还原态。氧化ox（氧化态）＋nered（还原态）还原第一节氧化还原反应的基本概念现在是3页\一共有44页\编辑于星期五二、氧化还原电对1、电对Ox+ne→Red

同种元素的氧化态与还原态构成了氧化还原电对，记作Ox/

Red。如Sn4+/Sn2+，Fe3+/Fe2+，一个氧化还原反应由两个氧化还原电对组成。氧化ox（氧化态）＋nered（还原态）还原现在是4页\一共有44页\编辑于星期五2、电极反应

任何氧化还原反应都可拆分为两个氧化还原电对的半反应（半电池反应，电极反应）：Fe3++e→Fe2+Sn2+

→Sn4++2e

现在是5页\一共有44页\编辑于星期五第二节原电池一、原电池的概念二、原电池的组成式三、电池电动势现在是6页\一共有44页\编辑于星期五一、原电池的概念1、定义

原电池是利用氧化还原反应产生电流的装置。2、原电池的构成

⑴电势不同的两个电极；

⑵盐桥；

⑶外电路（检流计）。现在是7页\一共有44页\编辑于星期五3、特征正极：氧化剂(Cu2+)被还原，半电池反应为：

Cu2++2e→Cu负极：还原剂(Zn)被氧化，半电池反应为：Zn→Zn2++2e

电池反应为：Cu2++Zn→Cu+Zn2+现在是8页\一共有44页\编辑于星期五二、原电池的组成式1、书写要求现在是9页\一共有44页\编辑于星期五2、应用示例[例4]将氧化还原反应Cu2++Zn→Cu+Zn2+拆成两个半电池反应，并写出电极组成和电池组成表示式。解（1）根据正极发生还原反应，负极发生氧化反应的原则，拆分此氧化还原反应为两个半电池反应：正极反应：Cu2++2e→Cu负极反应：Zn→Zn2++2e现在是10页\一共有44页\编辑于星期五（2）电极组成：正极：Cu│Cu2+

（c1）

负极：Zn│

Zn2+

（c2）（3）电池组成表示式：（-）Zn│

Zn2+

（c2）‖

Cu2+

（c1）

│Cu

（+）现在是11页\一共有44页\编辑于星期五三、电池电动势1、定义电池电动势是电池正负极之间的瞬时电势差。2、表示电池电动势E＝E+-E-E+─某时刻正极的电势，

E-─某时刻负极的电势。现在是12页\一共有44页\编辑于星期五第三节电极电势一、电极电势的产生1、电极的双电层结构++++++++++----------（a）溶解>沉积++++++++++----------（b）沉积>溶解图-2

双电层的形成

由于在金属与溶液间的界面处形成双电层结构，电极电势产生了。现在是13页\一共有44页\编辑于星期五双电层结构的电极电势为绝对电极电势。2、影响电极电势的因素电极电势的大小与（1）金属的本性；（2）金属离子的浓度；（3）温度有关。现在是14页\一共有44页\编辑于星期五二、标准电极电势的测定

1、标准氢电极的作用实际中选定一个标准电极，将其电极电势定义为零，即可确定其它电极的电极电势。

采用标准氢电极作为基准电极。现在是15页\一共有44页\编辑于星期五2、标准氢电极的组成

（1）海绵状铂黑作电极导体；（2）H2压力维持100kPa；（3）H+活度为1（1.184mol·L-1）；（4）EθH+/

H2

=0.0000V现在是16页\一共有44页\编辑于星期五

标准氢电极的组成式可表示为:

Pt，H2（100kPa）∣H＋（a=1）

（5）标准氢电极的组成式

现在是17页\一共有44页\编辑于星期五3、标准电极电势（1）定义处于标准态下的电极的电势称为该电极的标准电极电势，用符号Eθ表示。（2）标准态溶液活度为1,或气体压力为100kPa,液体和固体为纯净物。

现在是18页\一共有44页\编辑于星期五

某电极的EΘ代数值愈小，表示此电对中还原态物质愈易失去电子，即还原能力愈强，是较强的还原剂；若电极的EΘ代数值愈大，表示此电对中氧化态物质愈易得到电子，即氧化能力愈强，是较强的氧化剂。4、标准电极电势的物理意义：现在是19页\一共有44页\编辑于星期五例6

判断标准状态时下列氧化还原反应自发进行的方向：2Fe2++Br22Fe3++2Br-。解首先，将此氧化还原反应拆成两个半反应，并查出这两个电对的标准电极电势：Fe3++eFe2+

EΘFe3+/Fe2+=+0.771VBr2

+2e2Br-

EΘBr2/Br-=+1.087V其次，找出标准电极电势高的电对中的氧化态(Br2

)，和标准电极电势低的电对中的还原态(Fe2+)，此二者应是该自发反应的反应物。故该反应正向（向右）自发进行。现在是20页\一共有44页\编辑于星期五第四节影响电极电势的因素—Nernst方程式一、Nernst方程式及浓度对EOx/Red及E的影响标准电极电势：只考虑电极本性的影响，故只能用于标准态下的氧化还原反应。非标准态下，EOx/Red：考虑电极本性、反应物浓度、温度以及溶液的酸度等因素。Nernst方程式：综合了上述影响因素的计算EOx/Red及E的公式。现在是21页\一共有44页\编辑于星期五1、电极电势的Nernst方程式对于任一电极反应aOx+nebRed

其电极电势的Nernst方程式为：E=EΘ+──ln───RT[Ox]anF[Red]b现在是22页\一共有44页\编辑于星期五上式─电极电势的Nernst方程式式中E

─电极电势（V）

EΘ

─标准电极电势（V）

R─气体常数(8.314J·K-1·mol-1)

F─

Faraday常数(96485C·mol-1)T─绝对温度（K）

n─电极反应中得（失）电子数（mol）

[Ox]a

─电极反应中电对氧化态浓度幂的乘积

[Red]b

─电极反应中电对还原态浓度幂的乘积电极反应中的固体或纯液体，其活度视为1，气体的浓度用其分压表示。现在是23页\一共有44页\编辑于星期五E=EΘ+──ln───RT[Ox]anF[Red]b当T＝298.15K时E=EΘ+────lg

───0.05916

[Ox]an[Red]b现在是24页\一共有44页\编辑于星期五例8已知电极反应Fe3＋+e

=

Fe2＋，EΘ=0.77V，试分别计算:(1)[Fe3＋]／［Fe2＋］=10;(2)[Fe3＋]／［Fe2＋］=1/10时的E值（298K）。解：由Nernst方程可得

E

＝

EΘ

+0.05916lg（［Fe3＋］／[Fe2＋]）（1）当[Fe3＋]／［Fe2＋］=10时

E

＝

0.77+0.05916=0.83VΔE

＝0.06V

（2）当[Fe3＋]／［Fe2＋］=1／10时

E＝

0.77-0.05916=0.71VΔE

＝-0.06V

当[Fe3＋]升高时，E

升高，Fe3＋的氧化性增强。反之相反。现在是25页\一共有44页\编辑于星期五2、电池电动势的Nernst方程式对于任一电池反应aOx1+bRed2cRed1+dOx2

其电池电动势的Nernst方程式为：E=EΘ-──lnJRTnF

=EΘ-──ln

──────RT[Red1]c[Ox2]dnF[Ox1]a[Red2]b

=E+Θ–E-Θ+──ln

──────RT[Ox1]a[Red2]bnF[Red1]c[Ox2]d现在是26页\一共有44页\编辑于星期五在298.15K时,代入有关常数得E=E+Θ–E-Θ+────lg

──────0.05916

[Ox1]a[Red2]bn[Red1]c[Ox2]d现在是27页\一共有44页\编辑于星期五3、应用注意事项（1）除Ox和Red外，若有H+或OH-参加反应，则它们的浓度也应写进Nernst方程式。如

MnO4-＋8H＋＋5e

→Mn2＋＋4H2O298.15K时,E

＝

EΘ＋────

lg──────

0.059165[Mn2+][MnO4-][H+]8（2）无论是计算电极电势，还是计算电池电动势，都必须首先配平反应式。（3）电极的电子转移数往往与电池反应不一致。现在是28页\一共有44页\编辑于星期五例9已知半反应MnO4-+8H++5e=Mn2++4H2O

EΘ=1.51V。[MnO4-]=[Mn2＋]=1.0mol·L-1，T=298K。计算（1）[H＋]=0.10mol·L-1；（2）[H＋]=

1.0×10-7mol·L-1时的E

值各是多少。解：由Nernst方程可得（1）当

[H＋]＝0.10mol·L-1

时

E

＝

1.51＋────

lg0.108＝1.42V

0.059165E

＝

E

Θ＋

────

lg──────

0.059165[Mn2+][MnO4-][H+]8二、溶液酸度对电极电势的影响现在是29页\一共有44页\编辑于星期五（2）当

[H＋]＝1.0×10-7mol·L-1

时0.059165E

＝

1.51＋————lg(1.0×10-7)8＝0.85V由计算结果可知，MnO4-的氧化能力随［H＋]的降低而明显减弱。凡有H+离子参加的电极反应，酸度对E

值均有较大的影响，有时还能影响氧化还原的产物。现在是30页\一共有44页\编辑于星期五三、生成沉淀对电极电势的影响例10已知半反应Ag＋＋e

=

AgEΘ

=0.80V

若在反应体系中加入Cl-离子，并设反应达平衡时，［Cl-］＝1.0mol·L-1，试求算电对

Ag＋/Ag的E

值。解：加入Cl-

离子后，Ag＋＋Cl-=AgCl↓,

使［Ag+］大大降低，达平衡时：

[Ag＋]=KspΘ/[Cl-]=1.8×10-10mol·L-1由Nernst方程可得

E

Ag＋／Ag

＝E

Θ

+0.05916lg[Ag＋]

＝0.80＋0.05916lg(1.8×10-10)＝0.22V沉淀生成使Ag+的浓度急剧降低，故E(Ag+/Ag)↓↓。现在是31页\一共有44页\编辑于星期五四、形成难解离物质对电极电势的影响例11

标准氢电极的电极反应为:2H++2eH2

EΘ=0.0000V

若向标准氢电极中加入NaAc并使[Ac-]维持1mol·L-1,H2分压仍为100kPa,求此氢电极的电极电势。解往标准氢电极中加入NaAc，将发生形成HAc的反应：H++Ac-HAc

起始的[H+]=1mol·L-1,

反应达平衡时仍维持[Ac-]=1mol·L-1,[HAc]=1mol·L-1现在是32页\一共有44页\编辑于星期五形成难解离物质对电极电势的影响=0.05916lg[H+]=-0.05916pH=-0.05916pKaΘ

=-0.05916×4.75=-0.281V

∴pH=pKaΘ+lg———=pKaΘ+lg—=pKaΘ

[Ac-]1[HAc]1E

H+

/H2

＝

E

H+

/H2Θ＋────

lg────

0.059162pH2/100[H+]2由于生成难解离物质Hac，降低了电极电对中氧化态物质H+的浓度，故氢电极的电极电势降低了。现在是33页\一共有44页\编辑于星期五第五节电极电势和电池电动势的应用一、比较氧化剂和还原剂的相对强弱二、判断氧化还原反应进行的方向三、判断氧化还原反应进行的限度四、计算溶度积KspΘ五、元素电势图的应用现在是34页\一共有44页\编辑于星期五一、比较氧化剂和还原剂的相对强弱1.标准状态下标准状态下氧化剂和还原剂的相对强弱可直接比较EΘ值的大小而得出。

EΘ值愈高，表示该电对中氧化剂得电子的能力愈强，是较强的氧化剂；

EΘ值愈低，表示该电对中还原剂失电子的能力愈强，是较强的还原剂。

现在是35页\一共有44页\编辑于星期五例12要选择一种氧化剂能使Cl-和Br-的混合溶液中的Br-氧化成Br2，但Cl-不变化，试确定在常用的氧化剂KMnO4和K2Cr2O7中，选择何种为宜？解：查标准电极电势表Cr2O72-+14H++6e2Cr3++7H2OEΘ=1.23V

MnO4-+8H++5eMn2++4H2OEΘ=1.51V

由EΘ值可知，标准状态下，KMnO4能将Cl-和Br-都氧化；而K2Cr2O7只能氧化Br-，不能氧化Cl-，故选择K2Cr2O7为宜。Br2+2e2Br-

EΘ=1.07VCl2

+2e2Cl-

EΘ=1.36V现在是36页\一共有44页\编辑于星期五2.非标准状态下

非标准状态下氧化剂和还原剂的相对强弱，必须由Nernst方程来决定。E=EΘ+──ln───RT[Ox]azF[Red]b现在是37页\一共有44页\编辑于星期五二、判断氧化还原反应进行的方向任何一个氧化还原反应，原则上都可设计成原电池，利用原电池电动势的正负可以判断氧化还原反应进行的方向。

若ΔrGm<0，E>0，则反应正向自发进行；

ΔrGm

>

0，E<

0，则反应逆向自发进行；

ΔrGm

=0，E=0，则反应处于平衡状态。现在是38页\一共有44页\编辑于星期五例13判断下列反应在298.15K时自发进行的方向:

Fe+Cu2+Fe2++Cu

其中[Cu2+]=0.10mol·L-1,[Fe2+]=1.0mol·L-1。解(思路:电极电势比较法)Fe2+/Fe:电极反应式：Fe2++2e

FeEFe2+/Fe

＝

EFe2+/FeΘ＋────

lg[Fe2+]

0.059162＝

-0.4402＋────

lg1.0

0.059162=-0.4402V现在是39页\一共有44页\编辑于星期五Cu2+/Cu:电极反应式Cu2++2e

CuECu2+/Cu

＝

ECu2+/CuΘ＋────

lg[Cu2+]

0.059162＝

+0.337＋────

lg0.10

0.059162=+0.307V>EFe2+/Fe

故Cu极应为正极,

又Cu2+/Cu电对中氧化态（氧化剂）为正向反应物,故此反应在298.15K时正向自发进行。现在是40页\一共有44页\编辑于星期五例14

根据下列反应组成电池，写出电池组成式，计算在298.15K时电池电动势，并判断反应自发进行的方向:

2Cr3+（0.010mol·L-1）+2Br-（0.10mol·L-1）

2Cr2+（1.0mol·L-1）+Br2(l)解(思路:电动势正负法):假设反应按所写方程式正向进行,则电池组成式为：

(-)Pt,Br2(l)|Br-（0.10mol·L-1）‖Cr3+（0.010mol·L-1）,2Cr2+（1.0mol·L-1）|Pt(+)

E＝EΘCr3+/Cr2+-

EΘBr2/Br-

+

———lg──