氧化还原与电极电势.ppt

第八章 氧化还原与电极电势,第一节 氧化还原反应,第二节 电极电势,第三节 电极电势的应用,第四节 电位法测定溶液的pH值,第五节 生物电化学简介,第一节 氧化还原反应,定义(氧化值) ：元素的氧化数是该元素一个原子的荷电数，这种荷电数是将成键电子指定给电负性较大的原子而求得的。,一、氧化值(oxidation number),元素的原子在分子中吸引电子的能力的相对大小。,根据定义，可得计算元素氧化数的几条规则,1.在单质分子中，元素的氧化数为零,2.在电中性化合物中，所有元素的氧化数之和为零,3.对于单原子离子，元素的氧化数等于离子的电荷数,F2、O2、C12,NaCl、KMnO4,Br-、Co3+,OH-、MnO4-,4.对于多原子离子，所有元素的氧化数之和等于离子的电荷数,5. 氧在化合物中氧化数一般为-2，但在过氧化物(如H2O2)中为-1，在超氧化物(如KO2)中为-1/2。在OF2中为+2（F的电负性比O大）。 氢在化合物中的氧化数一般为+l，但在金属氢化物中(如NaH、CaH2)为-1（H的电负性比金属大）。,K2Cr2O7中Cr元素的氧化数,Na2S4O6(连四硫酸钠)中S元素的氧化数,二、氧化还原反应定义,定义：元素氧化值发生了改变的反应,本质：电子的得失或转移,三、氧化剂和还原剂,氧化还原反应都可拆成两个半反应(half-reaction),如：2Fe3+ + Sn2+2Fe2+ + Sn4+,Fe3+ + e- Fe 2+ 氧化剂 发生还原反应 得电子,Sn2+2 e- Sn4+ 还原剂 发生氧化反应失电子,Fe3+和Fe2+、Sn2+和Sn4+组成氧化还原电对,一种物质的氧化型的氧化性越强，越易得电子，与它共轭的还原型的还原性就越弱，越不易失去电子；反之亦然。,返回,氧化还原半反应不能单独进行,第二节 电极电势,一、原电池,二、电极电势,back,三、影响电极电势的因素,一、原电池,从外电路伏特计指针偏转的方向可以知道有电子从锌极流向铜极(相当于电流由铜极流向锌极)，说明锌极的电势比铜极低，因此铜极为正极，锌极为负极,负极反应：,Zn 2e- = Zn2+ （电池半反应）氧化,正极反应：,Cu2+ + 2e- = Cu 还原,这就组成了一个由锌电极(Zn-Zn2+)和铜电极(Cu-Cu2+)组成的原电池，简称铜-锌电池，也叫Daniell电池。,电池反应：Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+,原电池是利用氧化还原反应产生电流的装置。,原电池是将化学能转化为电能的装置。,或者：,定义：,back,两个电极组合起来可以构成一个原电池，电池的组成式规定为：负极在左，正极在右，连接两电极的盐桥用“|”表示,如铜-锌原电池可表示为： (-) Zn| Zn2+(1mol.L-1) |Cu2+(1mol.L-1) |Cu (+),原电池的组成表示式：,back,(-)Ag ，AgCl(s) | Cl-(c1) | Ag+(c2) |Ag(+),二、电极电势,从Cu-Zn原电池中电流的方向，可以证明Cu2+/Cu电极的电势比Zn2+/Zn电极电势高。,电极电势是如何产生的？又为什么有高低之分呢？,1889年能斯特 (W. Nernst)提出了双电层理论来解释电极电势的产生 ：,示意图,金属越活泼、金属离子浓度越小、温度越高，电极电势越低。反之亦然。,解释：Daniell电池中电子流向,(一)电极电势的产生,电极电势符号： 单位 V (伏特),(二) 电池电动势,定义：电池正负极之间的平衡电势差。,电流为零时,E=+ - -,测量方法：对消法,back,（三）、标准电极电势,电极电势的绝对值无法测定,电极电势的高低与金属的活泼性、离子浓度、温度有关。当外在条件一致时，金属越活泼，电极电势越低。测出电极电势的大小，就可知道金属活泼性、金属离子的得电子能力的强弱。,只要能测出电极电势的相对数值，也可以比较出得失电子能力的强弱。需要一个参照标准。,IUPAC规定：标准氢电极(Standard Hydrogen Electrode, SHE )电极电势为零。,标准氢电极的构造,对于溶液，各电极反应物、生成物的浓度为1molL-1（严格地是活度为1） 对于气体，气体分压为100 kPa 反应温度为指定温度（通常为298.15K）,凡满足上述条件的电极其电极电势称为标准电极电势。,标准电极电势的测定： 设计电池: (-)SHE | 待测电极(+)，然后测定其电池的电动势。,标准电极电势测量装置示意图,电极的标准态规定如下：,back,（四）、标准电极电势表,1. 表中数据是以标准氢电极= 0V为标准测出的相对数值。,2. 表中各物质均处于热力学标准状态,3. 电极反应用Ox + ne- =Red表示，所以表中电极电势又称为还原电势。但是，这并不表示该电极一定作正极,4. 标准电极电势是强度性质，它反映了氧化还原电对得失电子的倾向，这种性质与物质的量无关，也与反应方程式的书写方向无关,Fe3+ + e-Fe2+ = 0.771 V 2Fe3+ 2e-2Fe2+ = 0.771 V， 而非0.7712。 Fe2+ - e- Fe3+ = 0.771V， 而非 - 0.771 V。,5. 标准电极电势是在水溶液中测定的，它不适用于非水溶剂系统及高温下的固相间的反应。,标准电极电势表的应用：,1.判断标准状态下，氧化剂、还原剂的相对强弱。,2.判断标准状态下，氧化还原反应自发进行的方向。,强氧化剂l + 强还原剂2弱还原剂1 + 弱氧化剂2,例：判断标准态下反应 2Fe2+ + I22Fe3+ +2I-自发进行的方向。,标准电极电势值愈高的电极，其氧化还原电对中的氧化型愈易得电子，氧化能力愈强；值愈低的电极，其氧化还原电对中的还原型愈易失去电子还原能力愈强。,back,三、 影响电极电势的因素,标准电极电势是在标准状态下测定的，绝大多数氧化还原反应都是在非标准状态下进行的，此