《氧化还原反应》PPT课件.ppt

4 1原电池 4 2电极电势 4 3元素电势图及其应用 4 4电解 4 5化学电源简介 第四章氧化还原反应 1掌握氧化值的概念 掌握离子 电子法配平 了解原电池等基本概念 2 掌握标准电极电势的概念 熟悉标准氢电极 参比电极和甘汞电极 会用标准电极电势表 3 掌握能斯脱方程 掌握酸度 沉淀的生成 配合物的生成对电极电势的影响 4 掌握电极电势应用 4 1原电池 1 1原电池 将化学能转变成电能的装置 电池反应 氧化还原反应 Zn Cu2 aq Cu s Zn2 aq 1 和 2 称为半电池反应 或半反应 1 2盐桥的作用 沟通电路 减小液接电位 电子流动方向 负极到正极 e 电流方向 正极到负极 I Zn Cu ZnSO4 CuSO4 饱和KCl和琼脂 1 3半电池 原电池符号 电极的分类 原电池符号 Zn Zn2 C Cu2 C2 Cu 界面 盐桥 两个半电池 例4 将反应 组成一个原电池 写出其电池组成及正负极的电极反应 解 Pt Sn4 a1 Sn2 a2 Fe3 a1 Fe2 a1 Pt 不可选用Fe 因为选Fe后 Fe与Fe3 或Fe2 又可构成金属 金属离子电极 与题意不符 把以下两个反应分别组成原电池 分别写出它们的电极反应 电池组成 Question2 电对 氧化型 还原型Zn Zn2 H H2 O2 OH Fe3 Fe2 氧化态 Ze 还原态 Z表示得失电子数 氧化型 1 还原型 2 还原型 1 氧化型 2 Zn2 aq 2e Zn s Zn Cu2 aq Cu s Zn2 aq 电极 金属导体如Cu ZnCu2 Cu Zn2 Zn惰性导体如Pt 石墨棒 Pt Fe3 C1 Fe3 C2 仅起传递电子的作用 电极的分类 1 4电动势 EMF 电动势 V F 法拉第常数96485 C mol 1 Z 电池反应中转移的电子的物质的量 电功 W 电量 Q 电势差 E 电池反应 原电池正 负两极的电势差 E 正极 负极 4 2电极电势 双电层理论 双电层理论 溶解 沉积 沉积 溶解 M s 溶解 沉积 Mn aq ne 在金属板上 在溶液中 在金属板上 一电极电势的产生 双电层 Doublelayer 理论 双电层 厚度约10 10米的数量级 电极电位 双电层之间形成的电位差为绝对电极电位 表示为 与电极的本性 温度 介质 离子活度等因数相关 E Mn M 二 标准电极电势 物质皆为纯净物有关物质的浓度为1mol L 1涉及到的气体分压为100kPa 待测电极处于标准态 所测得的电极电势即为标准电极电势记为Eo M M 1标准氢电极 电极电势的绝对值现还无法测知但可用比较方法确定它的相对值 选用标准氢电极作为比较标准规定它的电极电势值为零 即Eo H H2 0V 2标准电极电势的测定 饱和甘汞电极 电极反应Hg2Cl2 2e 2Hg 2Cl 符号Pt Hg Hg2Cl2 KCl标准电极电势E 0 268V 饱和甘汞电极电势E 0 2415V 3甘汞电极 实际测量非常重要的一种电极 标准氢电极使用不多 原因是氢气不易纯化 压强不易控制 铂黑容易中毒 4标准电极电势表 采用还原电势 氧化态 Ze 还原态 电极反应是可逆 值不因电极反应的写法而不同 且与半反应中的系数无关 标准电极电势是热力学数据 与反应速率无关 一些电对的E与介质的酸碱性有关 酸性介质 碱性介质 E小的电对对应的还原型物质还原性强 E大的电对对应的氧化型物质氧化性强 标准电极电势表都分为两种介质 附录 酸性 碱性溶液 什么时候查酸表 或碱表 有几条规律可循 a H 无论在反应物或产物中出现皆查酸表 b OH 无论在反应物或产物中出现皆查碱表 c 没有H 或OH 出现时 可以从存在状态来考虑 如Fe3 e Fe2 Fe3 只能在酸性溶液中存在 故在酸表中查此电对的电势 若介质没有参与电极反应的电势也列在酸表中 如Cl2 2e 2Cl 等 5 电池反应的Nernst方程式 氧化型还原型一侧各物种相对浓度幂的乘积 电对在某一浓度的电极电势 电对的标准电极电势 摩尔气体常数 热力学温度 电极反应中转移的电子数 法拉第常数 E E zF 氧化型 还原型 RT WaltherNernst 电池反应 电池反应 Nernst方程式的推导 第7章氧化还原反应电化学基础 电极反应的Nernst方程式 正确书写Nernst方程式 气体物质用分压 Pa 表示并除以p 105Pa 溶液中的物质用浓度 mol L 1 表示并除c 1mol L 1 纯固体或纯液体物质不写入 电极反应中电对以外物质也应写入 但溶剂 如H2O 不写入 例6 例如298K时 写出下列反应的Nernst方程 2H 2e H2 Cr2O72 14H 6e 2Cr3 7H2O 1 2影响电极电势的因素 或 氧化型或还原型的浓度或分压 例7计算298K时电对Fe3 Fe2 在下列情况下的电极电势 酸度的影响 例8重铬酸根离子和铬离子的电极反应 Cr2O72 14H 6e 2Cr3 7H2O c H 越大 E值越大 即含氧酸盐在酸性介质中其氧化性越强 1 0 1 0 1 0 1 0 1M 6M 1 33 1 33 1 33 1 44 沉淀对电极电势的影响 已知 E Ag Ag 0 7991V 计算 E AgBr Ag 例9 在含有Ag Ag电对体系中 加入NaCl溶液 使溶液中c Cl 1 00mol L 1 0 22V 同理计算 结果如下 型形成沉淀 E 还原型形成沉淀 E 氧化型和还原型都形成沉淀 看二者的相对大小 若 氧化型 还原型 则E 反之 则E 氧化 4 3电极电势的应用 一 判断氧化剂 还原剂的强弱 标准电极电势数值越小 其还原型的还原性越强 氧化型的氧化性越弱 反之亦然 二 判断氧化还原反应的方向 反应自发进行的条件为 rGm 0因为 rGm ZFEMF即 EMF 0反应正向自发进行 EMF 0反应逆向自发进行 对于非标准态下的反应 两组电对 E 高的氧化态可以氧化E 低的还原态生成各自对应的还原态和氧化态 斜对角线 强氧化型1 强还原型2 弱氧化型2 弱还原型1 接受电子 被还原 对于标准态下的反应 Eo Eo Eo 0反应正向自发 判断在酸性溶液中H2O2与Fe2 混合时 能否发生氧化Fe还原反应 若能反应 写出反应方程式 解 例 三 计算氧化还原反应的平衡常数 或 rGm T rG m T RTlnJ 解 例11 求反应 的平衡常数 四 计算难溶电解质的溶度积 Kosp 求 PbSO4的溶度积Ksp 已知PbSO4 2e Pb SO4Eq 0 359V 2 Pb2 2e PbEq 0 126V 解 把以上两电极反应组成原电池 则电Pb2 Pb为正极 PbSO4 Pb为负极 电池反应为 所以 Kq 5 56 107 此即氧化还原反应的平衡常数 例12 4 4化学电源简介 1 锌锰电池 一次性电池 正极反应 2NH4 2MnO2 2e 2NH3 Mn2O3 H2O 负极反应 Zn Zn2 2e 锌锰电池示意图 封盖锌皮负极NH4Cl ZnCl2淀粉糊4MnO2炭棒正极 2 银锌电池 纽扣电池是银锌电池 正极反应Ag2O2 2H2O 4e 2Ag 4OH 负极反应Zn 2OH Zn OH 2 2e 3 铅蓄电池 铅蓄电池是一种单液可充电电池电池 其电池符号为 Pb PbSO4 s H2SO4 浓度 PbSO4 s PbO2 Pb 正极反应PbO2 SO42 4H 2e PbSO4 2H2O负极反应Pb SO42 PbSO4 2e电池反应PbO2 Pb 2H2SO4 2PbSO4 2H2O 4 燃料电池 这一反应是在碱性体系中完成的 正极反应O2 2H2O 4e 4OH 负极反应H2 2OH 2H2O 2e电池反应2H2 O2 2H2O 燃料电池的成功与否在于选择适当的电极材料和催化剂 使得反应物能够顺利进行电极反应 燃料电池的关键是动力学问题 氢氧燃料电池示意图 负极2正极H2入口4O2入口5电解质溶液6 7H2O及气体出口 电池符号 Pt H2 KOH 或NaOH NiOOH 电池反应NiOOH 1 2H2 Ni OH 2该电池的工作寿命很长 适于卫星和航天飞机等 5 镍氢电池 正极用Ni Cd电池用的氧化镍电极 负极是燃料电池用的氢电极 特点 气体电极和固体电极共存 压强 3 105 40 105Pa高压密封的可充电电池 第11章氧化还原反应 利用电能发生氧化还原反应的装置被称为电解池 4 5电解 1 定义 电解是在外电源作用下被迫发生的氧化还原过程 把电能转变为化学能 而在原电池中正好相反 是自发地把化学能转变为电能 当电源和电解他两极接通时 在电场作用下 阳离子向负极迁移 同时阴离子向正极迁移 根据离子迁移的方向又可把电解池的两极称为阴阳极 阴极发生还原反应 是阳离子移向的极 阳极发生氧化反应 是阴离子移向的极 习惯上 原电池的电极常称正极 负极 电解池的电极常称阴极 阳极 2 电解原理 几种常见的电解池 5 5 2电解定律 第7章氧化还原反应电化学基础 1 Faraday定律 当给定的电量通过电池时 电极上所产生或消失B的质量正比于它的摩尔质量被相应转移的电子数除的商 1834年 M Faraday提出电化学过程的定量学说 在电化学电池中 两极所产生或消耗的物质B的质量与通过电池的电量成正比 第7章氧化还原反应电化学基础 例 铜电极 Z 2 析出铜的质量 1mol电子所带电量 F 1 6021773 10 19C 6 022137 1023mol 1 9 648531 104C mol 1F被称为Faraday常数 m 例 在镀银的镀槽中 以15A的电流电镀30分钟 问能沉积出多少克银 解 电极反应 Ag e Ag 银的M 1 0787 10 1kg mol 1 z 1 I 15A t 30 60s F 96485C mol 1 银的析出量 5 5 3分解电压 正极反应O2 4H 4e 2H2OE 1 23V负极反应2H 2eE 0V 氢氧原电池反应 2H2 O2 2H2O 现在要通电