第八章氧化还原反应与电极电位.ppt

第八章氧化还原反应与电极电位 第一节氧化还原反应 2 200 1 2 失去氧 化合价降低 氧化剂 氧化性 得到e 被还原 发生还原反应 得到氧 被氧化 发生氧化反应 还原产物 还原剂 还原性 化合价升高 失去e 氧化剂 氧化性 得电子 化合价降低 被还原 还原反应 还原产物还原剂 还原性 失电子 化合价升高 被氧化 氧化反应 氧化产物氧化还原反应的特征 判断方法 化合价升降氧化还原反应的实质 电子的转移 得失 偏移 归纳总结 氧化产物 一 氧化值定义 指某元素一个原子的表观荷电数 这种表观荷电数是假设把原子间每个键中的电子指定给电负性较大的原子而求得 氧化值的确定 单质中 元素的氧化值为0 中性分子中所有元素的氧化值的代数和为0 单原子离子的氧化值等于它所带的电荷数 多原子离子的所有元素的氧化值的代数和等于该离子所带的电荷数 H为 1 1 O为 2 1 1 2 2 F为 1 2 200 1 2 失去氧 氧化值降低 氧化剂 氧化性 得到e 被还原 发生还原反应 得到氧 被氧化 发生氧化反应 还原产物 还原剂 还原性 氧化值升高 失去e 氧化剂 氧化性 得电子 氧化值降低 被还原 还原反应 还原产物还原剂 还原性 失电子 氧化值升高 被氧化 氧化反应 氧化产物氧化还原反应的特征 判断方法 氧化值升降氧化还原反应的实质 电子的转移 得失 偏移 归纳总结 氧化产物 二 氧化还原反应 一 氧化还原反应 二 氧化还原半反应和氧化还原电对 Zn Zn2 2e氧化半反应 还原剂被氧化的半反应 氧化还原电对 Ox Red 同一元素原子的氧化型物质及对应的还原型物质组成 氧化型 Ox 组成元素氧化值较高的物质 还原型 Red 组成元素氧化值较低的物质 Cu2 Zn Cu Zn2 Cu2 2e Cu还原半反应 氧化剂被还原的半反应 Zn2 Zn Cu2 Cu 氧化型物质与还原型物质的共轭关系 氧化型 ne还原型氧化型物质的氧化能力越强 其对应的还原型物质的还原能力就越弱 氧化型物质的氧化能力越弱 其对应的还原型物质的还原能力就越强 Ox1Ox2Ox3Ox4Ox5Ox6 Red1 Red2 Red3 Red4 Red5 Red6 氧化型物质的氧化能力增强 还原型物质的还原能力增强 三 氧化还原反应方程式的配平氧化值法和离子 电子法 一 氧化值法 写出反应物和生成物的化学式 标出氧化值有变化的组成元素的氧化值 计算氧化值升高和降低的数值 根据元素氧化值降低的数值 元素氧化值升高的数值 利用最小公倍数确定氧化剂和还原剂的化学计量数 配平氧化值没有变化的元素的原子 7 1 20 2 7 5 0 1 2 2 2 5 2 2 5 10 8 2 16 二 离子 电子法 根据氧化和还原两个半反应得失电子数目相等的原则进行配平 写出离子反应方程式 将离子反应方程式拆分成氧化和还原两个半反应 配平两个半反应 配平离子反应方程式 配平分子反应方程式 5 2 最小公倍数 离子反应拆分拆分配平配平 酸性介质 多n个O加2n个H 另一边加n个H2O 碱性介质 多n个O加n个H2O 另一边加2n个OH 中性介质 左边多n个O加n个H2O 右边加2n个OH 右边多n个O加2n个H 左边加n个H2O 其实 往往是最简单的H OH 和H2O很难配平 这里介绍一种方法供参考 第二节原电池与电极电位 一 原电池 一 原电池的组成氧化还原反应中 电子的流动是无序的 不能形成电流 反应中释放出来的化学能转变成了热能 原电池 借助氧化还原反应将化学能转变成电能的装置 盐桥构成原电池的通路和维持溶液的电中性 锌电极 半电池 电极导体 Zn 和电解质溶液 ZnSO4 组成 负极 失去电子的电极 还原剂发生氧化反应Zn Zn2 2e 铜电极 半电池 电极导体 Cu 和电解质溶液 CuSO4 组成 正极 得到电子的电极 氧化剂发生还原反应Cu2 2e Cu 二 原电池组成式 原电池符号 一 Zn s Zn2 lmol L 1 Cu2 lmol L 1 Cu s 负极在左边 用 表示 正极在右边 用 表示 用 表示两相间的间隔 同一相中的不同物质用 隔开 溶液之间用盐桥相连通时 用 表示盐桥 纯物质的状态用 s l 溶液中的溶质标明浓度 c 气体标明分压 p 气态 固态物质紧挨电极 溶液紧靠盐桥 若电极中没有电极导体 外加惰性电极导体 三 电极的类型1 金属 金属离子电极电极组成式 Zn s Zn2 c 电极反应 Zn2 aq 2e Zn s 2 气体电极电极组成式 Pt s Cl2 p Cl c 电极反应 Cl2 g 2e 2Cl aq 3 金属 金属难溶盐 阴离子电极电极组成式 Ag s AgCl s Cl c 电极反应 AgCl s e Ag s Cl aq 4 氧化还原电极电极组成式 Pt s Fe2 c1 Fe3 c2 电极反应 Fe3 aq e Fe2 aq 二 电极电位的产生溶解M s Mn aq ne沉积留在极板上当溶解与沉淀速率相等时 达到平衡 M Mn 浓 M 活泼 不活泼 溶解 沉积 沉积 溶解 Mn 稀 此时 金属极板表面带有过剩的电荷 会吸引带有相反电荷的异号离子 由于热运动 异号离子的分布是不均匀的 因此金属极板表面与异号离子间形成双电层 双电层与均匀液相之间的电势差就是电极电位 电极的电极电位主要取决于电极的本性 此外也受溶液中离子的浓度和溶液温度的影响 三 标准电极电位标准状态 气体物质 p p 溶液中的溶质 cB c 温度 298 15K作为参考温度 一 标准氢电极电极组成式 Pt s H2 100kPa H c 电极反应 2H aq 2eH2 g 氧化还原电对 H H2标准电极电位 H H2 0 0000V 标准氢电极装置图 二 标准电极电位的测定将待测电极在标准态下与标准氢电极组成一个原电池 测出该电池的标准电动势 E 就可计算出待测电极的标准电极电位 标准电动势 E 例如 Cu2 Cu电极的标准电极电位的测定 电极电位正负号的确定 若待测电极中还原型物质的还原性 H2 则待测电极作负极 标准氢电极作正极 得到的电极电位为负值 若待测电极中还原型物质的还原性 H2 则待测电极作正极极 标准氢电极作负极 得到的电极电位为正值 例如 Zn2 Zn电极的标准电极电位的测定 四 标准电极电位的应用1 比较氧化剂和还原剂的相对强弱 电极电位值越高 氧化还原电对中氧化态的氧化性越强 则还原态的还原性越弱 电极电位值越低 氧化还原电对中还原态的还原性越强 则氧化态的氧化性越弱 最强的氧化剂是 Ag 最强的还原剂是Mn 金属活动顺序 Mn Zn Cr Fe Ni Ag 2 判断氧化还原反应的方向较强的氧化剂和较强的还原剂作用 生成较弱的还原剂和较弱的氧化剂 强Ox1 强Red2 弱Ox2 弱Red1第三节电池电动势与Gibbs自由能二 用电池电动势判断氧化还原反应的自发性 一 用电对的电极电位判断电极电位值较大的电对的氧化型物质作氧化剂 电极电位值较小的电对的还原型物质作还原剂时 氧化还原反应自发进行 Cu2 Cu 0 3419V Zn2 Zn 0 7618V 二 G0 反应正向自发进行 G 0 E 0 反应处于平衡状态 G 0 E 0 反应逆向自发进行 注意 按给定的正向反应确定氧化剂和还原剂 氧化剂所在的电极是正极 还原剂所在的电极是负极 例如 强Ox1 强Red2 弱Ox2 弱Red1 Cu2 Cu 0 3419V Zn2 Zn 0 7618VE 0 419 0 7618 0 故反应正向自发进行 三 电池标准电动势和平衡常数氧化还原反应进行的限度可以用反应的平衡常数来衡量 K 值越大 反应正向进行的趋势越大 两个电对的标准电极电位差越大 反应进行得越完全 计算弱酸的标准解离常数 计算难溶强电解质的溶度积常数 第四节电极电位的Nernst方程式及影响电极电位的因素一 电极电位的Nernst方程式对于任一电池反应 对于任一电极反应 当T 298 15K R 8 314J mol K F 96485C mol使用能斯特方程应注意 适用于任意状态 标准状态和非标准状态 若电极反应中除了 Ox 和 Red 外还有其他反应物质 则必须将其考虑进去 纯固体 纯液体物质和溶剂不写入方程 若为气体 气体的分压须除以100kPa 二 电极溶液中物质浓度对电极电位的影响 1 氧化型或还原型的浓度或分压当c 氧化型 或c 还原型 时 增大 当c 氧化型 或c 还原型 时 减小 2 酸度对电极电位的影响 3 沉淀的生成对电极电势位的影响 为什么 答案在这里 4 生成弱酸 或弱碱 对电极电势位的影响 第五节电位法测定溶液的pH一 常用参比电极参比电极 电极电位为定值并可作为参照标准的电极 一 甘汞电极电极组成式 Pt s Hg2Cl2 s Hg l Cl c 电极反应 Hg2Cl2 s 2e 2Hg l 2Cl aq 电极电位表达式 0 05916lg Cl 饱和甘汞电极 SCE 0 2412V优点 电极电位值稳定 容易制备 使用方便 缺点 电极电位随温度变化较大 二 AgCl Ag电极电极组成式 Ag s AgCl s Cl c 电极反应 AgCl s e Ag s Cl aq 电极电位表达式 0 05916lg Cl 当KCl溶液分别为饱和溶液 1mol L和0 1mol