《无机化学》课件-项目九 氧化还原与电化学

化学无机项目九氧化还原与电化学

1.氧化还原反应概述化学镇Cl气体村放心吧，我一定搬家式救援，我这有的你都拿去太给力了，老铁，为你打callNaCl村长，虽然俺力量小，但是俺也想帮忙只要能帮忙的都是铁子，奥利给HCl+11+17NaClCl-Na+

2Na+Cl2==2NaCl

化合价升高，被氧化化合价降低，被还原Na+Cl-+17+11HCl+17+1+1+17HClHClHCl

2H+Cl2==2HCl

化合价升高，被氧化化合价降低，被还原苟利国家生死以，岂因福祸以避之2.生活中的氧化还原反应生活中的氧化还原反应生活中的氧化还原反应生活中的氧化还原反应ClO－+污渍分子（有色）→Cl－+被氧化的污渍分子（无色）生活中的氧化还原反应84消毒液不能与洁厕灵混用ClO-+Cl-Cl2生活中的氧化还原反应维生素C的奇妙用途维生素C（英语：VitaminC，又称L-抗坏血酸）是一种抗氧化剂。是人体必需营养素。其广泛的食物来源为各类新鲜蔬果水果。生活中的氧化还原反应钢铁结构的建筑易发生腐蚀生活中的氧化还原反应钢铁结构的建筑易发生腐蚀生活中的氧化还原反应利用重铬酸钾与酒精反应变色的原理测驾驶员是否酒驾Cr3+Cr2O72-

C2H5OH重铬酸根铬离子氧化还原反应涉及生活衣食住行，方方面面，那么请同学们细心观察，查阅资料，说出生活中还有哪些氧化还原反应吧兴趣活动3.氧化还原反应方程式的配平第一套系统第二套系统Al+NH4ClO4Al2O3+NH3+HCl那么到底科学家在制作火箭的时候到底应该放入多少的铝粉和高氯酸铵呢，这就需要我们一起来学习一下氧化还原方程式的配平。配平原则1、得失电子守恒：氧化剂和还原剂得失电子总数相等，化合价升高总数==化合价降低总数；2、质量守恒：反应前后原子的种类和个数不变；3．电荷守恒：离子反应前后，所带电荷总数相等。配平基本方法化合价升降法写出反应物和生成物的化学式，标出有化合价变化的元素的化合价。配平步骤1、标价态：C+HNO3——NO2↑+CO2↑

+H2O0+5+4+4列出反应前后元素化合价的变化值。2、列变化：C+HNO3——NO2↑+CO2↑

+H2O0+5+4+4升高4降低1将化合价升高数和化合价降低数的最小公倍数定为电子转移总数。依据电子守恒，确定氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物的系数。配平步骤3、求总数：C+HNO3——NO2↑+CO2↑

+H2O0+5+4+4升高4降低1×1×4化合价升高的C原子为1个化合价降低的N原子为4个4411用观察法配平其他物质的化学计量数，配平后，把单线改成等号。配平步骤4、配系数：(1)C+4HNO3—

4NO2↑+(1)CO2↑+

H2O2—利用守恒三原则，检查是否配平。5、细检查：配平步骤Al+NH4ClO4Al2O3+NH3+HCl

0+7+3-1升高3降低8×3×8化合价升高的Al原子为8个化合价降低的Cl原子为3个33843练习配平：KI＋KIO3＋H2SO4

—I2+K2SO4+H2OH2S+SO2—S+H2ONH3+O2—NO+H2O4.原电池一、原电池的基本概念二、电极反应三、电池符号的书写氧化还原反应：Zn+Cu2+=Zn2++Cu

一般化学反应，氧化剂和还原剂之间

①直接有效碰撞，电子的转移

②电子的移动无方向，不形成电流

③化学能以热能的形式表现出来电子直接转移探索实验ZnCuSO4原电池的基本概念怎样把化学能转化为电能呢？原电池的基本概念

原电池：若设计一个装置，使氧化还原反应中电子的移动变成电子的定向移动，可以将化学能转变为电能。铜锌原电池原电池的基本概念盐桥是在U型管中填入KCl饱和溶液和琼脂制成的，起到构成通路的作用。实验现象检流计的指针发生偏转锌片开始溶解铜片上有铜沉积Cu-Zn原电池装置e电极反应电子流出的一端为负极，通常是活泼性较强的金属。电子流入的一端为正极，通常是活泼性较弱的金属或非金属导体。电极：组成原电池的导体负极:锌电极，失去电子，发生氧化反应Zn→Zn2++2e-正极:铜电极，得到电子，发生还原反应Cu2++2e-→Cu电池反应：Zn+Cu2+Zn2++Cu

电极反应原电池的构成条件有两种活泼性不同的金属（或其中一种为非金属导体）存在电解质溶液构成闭合回路能自发地发生氧化还原反应（

–

）Zn|Zn2＋(c1)||Cu2+(c2)|Cu（＋）两相界面盐桥溶液的浓度正极负极1：负极在左，发生氧化反应；正极在右，发生还原反应；2：“|”—相界面，“||”—盐桥；3：注明物质状态、离子浓度和气体分压；电池符号的书写4：若电极中没有金属导体时，可选用惰性金属Pt或石墨作电极导体。电池符号的书写例如：电池符号：(–)Pt|H2(P1)|H+(c1)||Fe3+(c2),Fe2+(c3)|Pt(+)表示的是：负极H22H++2e–

正极2Fe3++2e–2Fe2+电池反应H2+2Fe3+2H++2Fe2+练习：利用反应Zn+2FeCl32FeCl2+ZnCl2

，设计一个原电池，画出原电池的示意图，并写出电极反应及电池符号。解：负极：Zn-2e–→Zn2+

正极：2Fe3++2e-→2Fe2+

电池符号：(–)Zn|ZnCl2(c1)

||FeCl3(c2)|C(+)练习题盐桥AZnCZnCl2

溶液FeCl3溶液5.电极电势电极电势的产生铜锌原电池负极:Zn→Zn2++2e-正极:Cu2++2e-→Cu电池反应：Zn+Cu2+Zn2++Cu

电子流动方向：负极→正极电流方向：高电势→低电势电势差电极电势的产生单个电极的电势是怎么产生的，为什么不同的电极具有不同的电势呢？双电层理论瓦尔特·赫尔曼·能斯特(WaltherHermannNernst)1864-1941在金属和其盐溶液的界面上，会发生金属晶体的溶解，和金属离子沉积两个相反的过程。双电层理论M溶解倾向过程描述：金属晶体表面的金属离子，脱离金属晶体进入溶液，将电子留在金属上。影响因素：金属越活泼，溶液越稀，这种溶解倾向越大。Mn+

Mn+双电层理论M沉积倾向过程描述：溶液中的金属离子从金属表面获得电子而沉积在金属上。影响因素：金属越不活泼，溶液浓度越大，离子沉积的倾向越大。MMM活泼：溶解倾向>沉积倾向双电层理论达到平衡M

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+M不活泼：沉积倾向>溶解倾向M

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+双电层双电层（a）（b）电极电势这种产生在双电层之间的电势差称为金属电极的电极电势（φ），单位为V。φ与电极金属的活泼性有关，可以来衡量金属单质的还原能力、金属离子的氧化能力。电极电势的定义电极电势金属的活泼性越强、溶液浓度越稀，溶解倾向>沉积倾向，金属负电荷越多，平衡时电势越低——负极。金属活泼性越小、溶液浓度越浓，沉积倾向>溶解倾向，金属负电荷数越少，电极电势越高——正极。电极电势φ的大小取决于电极的本性离子的浓度温度一定√

Zn2+/Zn电极（活泼）的电极电势低Cu2+/Cu电极（不活泼）的电极电势高电势低Zn片Cu片电势高

●不同的电极具有不同的电极电势。因此组成原电池时，在两极间就会存在电势差。促使电势的定向移动，实现化学能转化为电能。电子电极电势两个电极的电极电势之差称为该原电池的电动势，符号为E，E=φ(+)

–φ

(–)

原电池的电动势6.标准电极电势目录1234标准电极电势的基本概念标准氢电极标准电极电势的测定标准电极电势表contents●气体分压均为1×105Pa●溶液中所有物质的活度为1

●纯液体和固体为1×105Pa条件下最稳定或最常见的形态标准电极---凡是符合标准态条件的电极标准电极的电势

标准电极电势的基本概念氢电极反应：2H++2e-H2电对：H+/H2

标准氢电极表示为：Pt，H2(101.3kPa)

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H+(1mol/L)标准氢电极规定标准氢电极的电极电势为0：标准氢电极标准电极电势的测定

标准状态下待测电极与标准氢电极组成原电池，测出该原电池的电动势，即可求出待测电极的标准电极电势。标准电极电势的测定实验测得原电池的标准电动势为0.3419V，即例如：由标准铜电极与标准氢电极组成原电池:（－）Pt，H2（101.3kPa）|H+（1mol/L）||

Cu2+（1mol/L）|Cu（+）由此，依次测出各种电极的标准电极电势，得到了标准电极电势表，见附录五。标准状态下：

θ值越大，Ox的氧化能力越强；

θ值越小，Red的还原能力越强。标准电极电势的测定

θ的大小与电极反应中物质的计量系数无关。

θ的符号和大小与电极反应的书写方法无关。

θ是在标准状态时的水溶液中测定的，不适用于非水溶液。应用标准电极电势应注意以下几点：

θ有H+出现，查酸表

Aθ；若有OH-出现，查碱表

Bθ。标准电极电势的测定

电对

电极反应

E

/VNa+/NaNa+(aq)+eˉ=Na(s)-2.714Zn2+/ZnZn2+(aq)+2eˉ=Zn(s)-0.7626H+/H22H+(aq)+2eˉ=H2(g)0Cu2+/CuCu2+(aq)+2eˉ=Cu(s)0.340O2/OHˉ

O2(g)+2H2O+4eˉ=4OHˉ(aq)0.401F2/Fˉ

F2(g)+2eˉ=2Fˉ(aq)2.87氧化能力逐渐增强还原能力逐渐增强标准电极电势表1.表中E

代数值按从小到大顺序编排。如:E

(Cl2/Cl-)=1.3583VE

(I2/I-)=0.5355VE

(Br2/Br-)=1.066V可知：Cl2氧化性较强，而I-还原性较强。E

氧化态就是越强的氧化剂E

还原态就是越强的还原剂标准电极电势表注意事项2.E

代数值与电极反应中化学计量数的选配无关如：Zn2++2e-=Zn与2Zn2++4e-=2ZnE

数值相同3.E

代数值与电极反应进行的方向无关Zn+Cu2+=Zn2++CuE

(Cu2+/Cu)=+0.337VCu+2Ag+=Cu2++2AgE

(Cu2+/Cu)=+0.337V标准电极电势表注意事项4.查阅标准电极电势数据时，要注意电对的具体存在形式、状态和介质条件等都必须完全符合。如：Fe2+(aq)+2e-=Fe(s)E

(Fe2+/Fe)=-0.447vFe3+(aq)+e-=Fe2+(aq)E

(Fe3+/Fe2+)=0.771v标准电极电势表注意事项

7.电解池Pb+PbO2+2H2SO4==2PbSO4+2H2O原电池把化学能转变成电能的装置。G

ZnCuCuCl2溶液CCCuCl2溶液如果把两根石墨棒作电极插入CuCl2溶液中，外接直流电源，这还是原电池装置吗？CuCl2溶液电极反应通电前CuCl2溶液电极反应阴极Cu2+

＋2e－

=Cu（还原反应）阳极2Cl－－2e－

=Cl2↑（氧化反应）通电后－＋阴极阳极总反应式CuCl2Cu+Cl2↑电解直流电通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。电解电能转变为化学能的装置。电解池构成电解池的条件直流电源阴、阳电极与电源负极相连的电极为阴极；与电源正极相连的电极为阳极。电解质溶液或熔融电解质构成闭合回路CC放电顺序Ag+>Fe3+>Cu2+>H+Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>

Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+阴极（还原反应）氧化性强的阳离子先得电子。只在熔融状态下放电，在水溶液中永远不放电。注：电镀时通过控制条件，Fe2+和Zn2+得电子的能力强于H+放电顺序金属（除Pt、Au）>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根>F－阳极（氧化反应）还原性强的阴离子先失电子。金属阳极先放电，离子后放电。总结明确溶液中存在哪些离子（先电离）。判断阳极材料及阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序。根据阳极氧化、阴极还原分析得出产物。电解质溶液用惰性电极电解的规律电解类型举例电极反应溶液pH变化溶液复原方法物质类别实例水电解含氧酸H2SO4

阳极：4OH—-4e—=O2↑+2H2O阴极：4H++4e—=2H2↑减小H2O强碱NaOH增大活泼金属的含氧酸盐Na2SO4

不变溶质电解无氧酸HCl阳极：2Cl—-2e—=Cl2↑阴极：4H++4e—=2H2↑增大HCl不活泼金属的无氧酸盐CuCl2

阳极：2Cl—-2e-

=Cl2↑阴极：Cu2++2e—=Cu

CuCl2

溶质和水同时电解活泼金属的无氧酸盐NaCl阳极：2Cl—-2e—=Cl2↑阴极：2