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第六章氧化还原与电极电位 Oxidation reductionandElectrodePotential 6 1氧化还原反应 6 2电极电位 6 3电极电位的应用 医学全在线网站 1 假设把化合物中成键的电子分配给电负性更大的原子 从而求得原子所带的电荷数 形式电荷数 在共价化合物中 元素的氧化数并不是该原子实际所带的净电荷在共价化合物中元素的氧化数与它的共价 化合价 有所不同 一 氧化还原的概念 第一节氧化还原反应 元素的氧化数 氧化态 2 元素的氧化数确定原则 在单质中元素的氧化数为零 在所有的含氟化合物中 由于氟是电负性最大的元素 因此氟的氧化数为 1 在简单离子中 元素的氧化数等于该离子所带的电荷数 氧的氧化数为 2 H2O2 KO2 OF2等例外 氢的氧化数为 1 CaH2等例外 分子中各元素氧化数的代数和等于零 3 例1 求Na2S4O6中S的氧化数 解 设Na2S4O6中S的氧化数为x 因为钠的氧化数为 1 氧的氧化数为 2 则 2 1 4x 6 2 0 例2 求CH4中C的氧化数 解 设CH4中C的氧化数为x 因为氢的氧化数为 1 则 x 4 1 0 x 4 4 氧化还原基本概念 氧化还原反应 电子得失或转移 本质 氧化反应 失电子 氧化数升高 过程 还原反应 得电子 氧化数降低 过程 还原剂 在反应中失去电子的物质 氧化剂 反应中得电子的物质 Zn Cu2 Zn2 Cu 5 氧化还原基本概念 氧化还原半反应 氧化还原电对 氧化型物质 Zn2 Zn Cu2 Cu 还原型物质 6 氧化还原反应规律 氧化反应与还原反应同时发生 得失电子总数相等 氧化还原反应方向 7 二 氧化还原方程式的配平 反应过程中得 失去电子总数相等 质量守恒 配平原则 配平步骤 确定氧化剂和还原剂 并用离子式写出主要的反应物和生成物 分别写出氧化剂被还原和还原剂被氧化的两个半反应式并配平两个半反应方程式 根据得失电子数目相等的原则写出总的离子方程式 有时根据需要 可将其改写为分子方程式 医学全在线网站 8 例 配平反应方程式 OH 9 第二节电极电位 原电池 10 一 原电池 Zn Cu2 Zn2 Cu 电极反应 电池反应 电极 正极 负极 半电池 11 电池符号及其书写原则 一般将负极写在左边 正极写在右边 写出电极的化学组成及物态 气态要注明压力 单位为kPa 溶液要注明浓度 单线 表示极板与电极其余部分的界面 同一相中不同物质之间以及电极中其它相界面均用逗号 分开 用双线 表示盐桥 气体或液体不能直接作为电极 必须附以不活泼金属 如铂 作电极板起导体作用 纯气体 液体如H2 g Br2 l 紧靠电极板 12 电极反应 电池反应 电池表示式 Pt Sn2 c1 Sn4 c2 Fe3 c3 Fe2 c4 Pt 2Fe3 Sn2 2Fe2 Sn4 电池符号及其书写原则 13 二 电极电位的产生 双电层理论 电极电位 electrodepotential 14 三 电极电位的测定 标准氢电极 H 1mol L 1 H2 100kPa Pt 15 标准电极电位的定义 参与电极反应的各有关物质均为标准状态 离子浓度为1mol L 1 气体物质的分压为100kPa 时 其电极电位称为该电极的标准电极电位 用符号 表示 三 电极电位的测定 标准电极电位的测定 标准电极电位表 与氢电极组成原电池 测电动势E 标准电动势E 16 标准电极电位的测量 例 将标准Zn2 Zn电极与标准氢电极组成原电池 Pt H2 100kPa H 1mol L 1 Zn2 1mol L 1 Zn 298K时 测得E 0 7628 V 试求Zn2 Zn电极的标准电极电位 Zn2 Zn E Zn2 Zn H H2 Zn2 Zn 0 Zn2 Zn E 0 7628 V 解 实际电池符号应为 Zn Zn2 1mol L 1 H 1mol L 1 H2 100kPa Pt 17 标准电极电位表 电极反应中氧化型和还原型物质 包括电极反应所需的H OH 浓度1mol L 1 气体则分压100kPa 标准电极电位表 18 表6 1采用的是还原电位 不论电极进行氧化或还原反应 电极电位符号不改变 标准电极电位值与电极反应中物质的计量系数无关 标准电极电位表 医学全在线网站 19 愈高 氧化型愈容易接受电子 氧化能力愈强 而它的还原型的还原能力愈弱 标准电极电位表 电极电位和标准电极电位 20 四 影响电极电位的因素 能斯特方程式 当温度为298K时 21 四 影响电极电位的因素 能斯特方程式 电极反应式中纯固体 纯液体及介质水的浓度不列入方程式中 气体物质用标准分压 若电极反应式中氧化型 还原型物质前的系数不等于1时 则在方程式中它们的浓度项应以对应的系数为指数 氧化型 还原型物质包括与它们同时参与电极反应的有关物质 22 写出下列电对的能斯特方程式 23 例1 计算298K时 Pt Fe3 1mol L 1 Fe2 0 001mol L 1 电极的电极电位 24 例2 求电极反应 在pH 5的溶液中的电极电位 其它条件均为标准状态 MnO4 Mn2 1 491 V 解 25 例3 计算298K时 电池Cu Cu2 0 1mol L 1 Fe3 0 lmol L 1 Fe2 0 01mol L 1 Pt的电动势 并指出正负极 列出电池反应式 解 E 2 1 0 83 0 31 0 52V 电极反应负极CuCu2 2e 氧化反应 正极Fe3 e Fe2 还原反应 电池反应Cu 2Fe3 Cu2 2Fe2 Cu2 Cu为负极 Fe3 Fe2 为正极 26 例4 计算在 Cu2 I 1 0mol L 1条件下 Cu2 Cu 电对的电极电位 已知 Cu2 Cu 0 16V Ksp CuI 1 1 10 12 Cu2 eCu 解 影响电极电位的因素 温度 浓度 酸度 生成沉淀 生成配合物 27 第三节电极电位的应用 判断氧化剂 还原剂的相对强弱电极电位大的其氧化态是较强的氧化剂 还原态是较弱的还原剂 电极电位小的其还原态是较强的还原剂 氧化态是较弱的氧化剂 判断氧化还原反应自发进行的方向强氧化剂 强还原剂 弱氧化剂 弱还原剂电位高的氧化态作氧化剂 电位低的还原态作还原剂时能自发进行 E 0 2V时直接用 判断 28 例 已知 Sn2 Sn 0 14V Pb2 Pb 0 13V 试判断 1 Sn2 Pb2 1 0mol L 1 2 Sn2 1 0mol L 1 Pb2 0 10mol L 1时 反应 Pb2 SnPb Sn2 进行的方向 解 1 Sn 2 Sn Pb 2 Pb 反应正向进行 2 Pb 2 Pb Pb 2 Pb 0 13 0 16V Pb 2 Pb Sn 2 Sn Sn 2 Sn 0 14V 反应逆向进行 29 判断氧化还原反应进行的程度 n 反应中得失电子总数 1 作为氧化剂的电对的标准电极电位 2 作为还原剂的电对的标准电极电位 例 计算下列反应在298K时的平衡常数 并判断此反应进行的程度 30 电位法测定溶液的pH值 参比电极 饱和甘汞电