氧化还原反应（课堂PPT） (2)

1、1电极电势的产生电极电势的产生溶解溶解沉积沉积将金属将金属M插入其插入其Mn+盐溶液中，可能发生：盐溶液中，可能发生： M(s) Mn+(aq) + ne- （e-留在留在M表面）表面） Mn+(aq) + ne- M(s)M活泼性活泼性，Mn+(aq)浓度浓度小小，溶解溶解占优。占优。M活泼性活泼性，Mn+(aq)浓度浓度大大，沉积沉积占优。占优。金属晶体金属晶体金属正离子金属正离子金属原子金属原子自由电子自由电子2平衡时，对于平衡时，对于Zn-Zn2+电极，电子留在锌片电极，电子留在锌片上，上，Zn2+进入溶液。进入溶液。在在Zn和和Zn2+溶液的界溶液的界面上，形成面上，形成双电层双电层

2、(a)。铜电极的铜电极的双电层双电层(b)与与锌电极相反。锌电极相反。3电极电势电极电势：金属和其盐溶液金属和其盐溶液界面上的电势差。界面上的电势差。在铜在铜-锌原电池中，由于锌原电池中，由于Zn电极和电极和Cu电极的电极的电极电势不同，因此产生了电流。电极电势不同，因此产生了电流。 平衡时，对于平衡时，对于Zn-Zn2+电极，电子留在锌片电极，电子留在锌片上，上，Zn2+进入溶液。进入溶液。在在Zn和和Zn2+溶液的界溶液的界面上，形成面上，形成双电层双电层(a)。铜电极的铜电极的双电层双电层(b)与与锌电极相反。锌电极相反。4电极电势符号：电极电势符号：E 记为：记为：E( (氧化态氧化态

3、/ /还原态还原态) )如如: E(Zn2+/Zn), E(O2/OH-), E(MnO4-/Mn2+)等。等。电极电势电极电势影响电极电势的因素影响电极电势的因素: : 电极的本性、温度、离子浓度等。电极的本性、温度、离子浓度等。电极电势电极电势：金属和其盐溶液界面上的电势差。金属和其盐溶液界面上的电势差。5电对的电对的电极电势越大电极电势越大，其氧化态越易得，其氧化态越易得电子，电子，氧化性越强氧化性越强；电对的；电对的电极电势越电极电势越 小小，其还原态越易失电子，其还原态越易失电子，还原性越强还原性越强。金属越金属越活泼活泼( (易失电子易失电子),),E E值越值越低低( (负负)

4、)；金属越金属越不活泼不活泼( (易得电子易得电子),),E E值越值越高高( (正正) ) 如如: : E(Zn2+/Zn)= -0.7618V E(Cu2+/Cu)= 0.3419V电极电势的意义电极电势的意义6 在没有电流通过的情况下，正、负两极的电极在没有电流通过的情况下，正、负两极的电极 电势之差称之为原电池的电势之差称之为原电池的电动势电动势。 EEE原电池的电动势原电池的电动势7电极电势的数值电极电势的数值 标准电极电势标准电极电势EIUPAC建议采用建议采用标准氢电极标准氢电极作为标准电极作为标准电极8电极电势的数值电极电势的数值 标准电极电势标准电极电势E在在b(H+)=1.

5、0molkg- -1 p(H2)=100.00kPa条件下，条件下，以此电极为以此电极为参比参比，可测得其他标准电极的，可测得其他标准电极的E。IUPAC建议采用建议采用标准氢电极标准氢电极作为标准电极作为标准电极E(H+/H2) = 0.0000V标准氢电极标准氢电极的标准电极电势：的标准电极电势：9方法：方法：在在25下，下，标准氢电极标准氢电极 待测待测标准电极标准电极, , 测定原电池的测定原电池的电动势电动势。=- - E- - E+ + = =以以Eyyyyyy计算计算E(Zn2+/Zn) = 0.0000 0.7618 = -0.7618(V)电极电势的数值电极电势的数值10Pt

6、 Hg Hg2Cl2 Cl- -当当KCl溶液为溶液为饱和溶液饱和溶液时，时， E =0.2415V。 由由甘汞甘汞 (Hg2Cl2)、Hg、饱和、饱和KCl溶液溶液组成组成 Hg2Cl2 + e- Hg (l) + Cl-饱和饱和甘汞电极：甘汞电极：11测出各电对的标准电极电势测出各电对的标准电极电势, ,成标准电极电势表：成标准电极电势表：电电 对对 电电 极极 反反 应应 标准电极电势标准电极电势 K+/K K+e- -K - -2.931 Zn2+/Zn Zn2+2e- -Zn - -0.7618H+/H 2H+2e- -H2 2 0.0000Cu2+/Cu Cu2+2e- -Cu +

7、 +0.3419F2/F F2+2e- -2F- + +2.8660121. 电极反应中各物质均为标准态，温度为电极反应中各物质均为标准态，温度为298.15K。Cl2 + 2e 2Cl- E = 1.3583 v Zn2+ + 2e ZnE = - 0.7618 v2. E (氧化态氧化态/还原态还原态)是强度性质的量，不具可加性。是强度性质的量，不具可加性。标准电极电势表及其应用标准电极电势表及其应用3. E (氧化态氧化态/还原态还原态)是平衡电极电势，无论作为原电是平衡电极电势，无论作为原电 池的正极还是负极，电极电势值不变。池的正极还是负极，电极电势值不变。Cl2 + e Cl-E

8、= 1.3583 v1/24. 反映了氧化反映了氧化-还原电对得失电子还原电对得失电子 的倾向。的倾向。E (氧化态氧化态/还原态还原态)13 例例题：题： 在在298.15K、标准状态下，从下列电对中选、标准状态下，从下列电对中选 出最强的氧化剂和最强的还原剂，并列出氧化态物出最强的氧化剂和最强的还原剂，并列出氧化态物 质的氧化能力和还原态物质的还原能力的强弱顺序。质的氧化能力和还原态物质的还原能力的强弱顺序。 解解：查得：查得：3+2+2+4+2+22Fe /Fe , Cu /Cu, I /I , Sn /Sn, Cl /Cl3+2+(Fe /Fe )0.769VEy2+(Cu /Cu)0

9、.3394VEy2(I /I )0.5345VEy4+2+(Sn /Sn )0.1539VEy-2(Cl /Cl )1.360VEy在标准状态下，上述电对中氧化态物质的氧化能在标准状态下，上述电对中氧化态物质的氧化能力由强到弱的顺序为：力由强到弱的顺序为：3+2+4+22Cl Fe I CuSn还原态物质的还原能力由强到弱的顺序为：还原态物质的还原能力由强到弱的顺序为：2+2+SnCuI Fe Cl非标态？非标态？141 1、电极的本性、电极的本性2 2、浓度、浓度（或压力或压力） （不是主要影响因素）（不是主要影响因素）2 2、溶液的酸碱性、溶液的酸碱性影响电极电势的因素影响电极电势的因素电

10、极电势的数值电极电势的数值(Nernst方程式方程式)( E )152. 能斯特能斯特(Nernst)方程式方程式对于对于非标准条件非标准条件下各电对的电极电势，可用下式下各电对的电极电势，可用下式 计算：计算：25时时: : / / /z z( (还还原原态态) )( (氧氧化化态态) )bb bb EElg0.0592V /bb /bbFRT EE( (还还原原态态) )( (氧氧化化态态) )lnz zZ：半反应中转移的电子数：半反应中转移的电子数纯固体、液体不写入，气体以分压纯固体、液体不写入，气体以分压pB进行计算。进行计算。164OH- O2+2H2O+4e-又如：又如：MnO4-

11、+8H+5e-Mn2+4H2O例如例如:其能斯特方程式：其能斯特方程式：其能斯特方程式：其能斯特方程式：) )( ( (22/Mn4MnO)/Mn4MnOEE)(lg50.05916828)(Mn)(H)4(MnO bbbb4 4 / /) )( () )( (4 4lg OHO0.0592V/OH2O)(2b/ppb EE= =+- -17根据根据 Nernst方程，在一定温度下，对于给定的电方程，在一定温度下，对于给定的电极，氧化态物质或还原态物质的浓度的变化将引极，氧化态物质或还原态物质的浓度的变化将引起电极电势的变化。起电极电势的变化。 增大氧化态物质的浓度或降低还原态物质的增大氧化态

12、物质的浓度或降低还原态物质的 浓度，都会使电极电势增大。浓度，都会使电极电势增大。 降低氧化态物质的浓度或增大还原态物质的降低氧化态物质的浓度或增大还原态物质的 浓度，将使电极电势减小。浓度，将使电极电势减小。18 101. 0kgmol 例题 已知 298.15 K 时， 。计算金属银插在 AgNO3 溶液中组成 电极的电极电势。 +(Ag /Ag)0.7991VEy+Ag /Ag+Ag /Ag解：298.15K时， 电极的电极电势为：0.7991V+0.05916Vlg0.010=0.6808V+(Ag /Ag)(Ag /Ag) 0.05916V lg (Ag )/EEccyyb(Ag+)

13、/b计算结果表明：当Ag浓度由 降低到 时，电极电势相应地由 0.7991V减小到 0.6806 V。 101. 0kgmol11kgmol19例题 已知298.15K时， 。把铂丝插入 , 溶液中，计算 电极的电极电势。2+4(MnOMn)1.512VEy14(MnO )1.0mol Lc2+1(Mn )1.0mol Lc+31(H )1.0 10mol Lc2+4MnOMn解：298.15 K 时，电极的电极电势为：2+2+44+842+0.05916V(MnOMn)(MnOMn)5 (MnO )/ (H )/lg(Mn)/EEccccccyyyy3 80.05916V1.512Vlg(1

14、.0 10 )51.228V20电动势与电动势与G 的关系的关系rGm=Wmax所以所以rGm= - -zFE对于电功对于电功 Wmax= - -QE = - -zFE在标准态时在标准态时: : rGm = - -zFE 在定温、定压条件下，系统的吉布斯函数变在定温、定压条件下，系统的吉布斯函数变 等于系统所做的最大非体积功。等于系统所做的最大非体积功。21电极电势的应用电极电势的应用一、比较氧化剂和还原剂的相对强弱 二、计算原电池的电动势 三、判断氧化还原反应的方向 四、确定氧化还原反应进行的程度 22例例题：题：宇宙飞船上使用的氢宇宙飞船上使用的氢-氧燃料电池，其电池氧燃料电池，其电池反应

15、为反应为： 计算计算298.15 K时时,2222H (g)+O (g)=2H O(l)反应的标准摩尔吉布斯函数变和电池标准电动势。反应的标准摩尔吉布斯函数变和电池标准电动势。解：解：298.15 K 时，反应的标准摩尔吉布斯自由能变时，反应的标准摩尔吉布斯自由能变：rmfm2fm2fm22(H O,1)2(H ,g)(O ,g)GGGG yyyy112( 237.13kJ mol )474.26kJ mol 298.15 K 时原电池的标准电动势为：时原电池的标准电动势为：rm(298.15K)GEzFyy311( 474.26 10 J mol )1.229V4 96485C mol 23

16、判判断氧化还原反应的方向断氧化还原反应的方向任何一个氧化还原反应，原则上都可以设计成任何一个氧化还原反应，原则上都可以设计成原电池。利用所设计的原电池的电动势，可以判断原电池。利用所设计的原电池的电动势，可以判断氧化还原反应进行的方向：氧化还原反应进行的方向：时，时， ，反应正向进行；，反应正向进行；rm0G0E 时，时， ，反应处于平衡状态；，反应处于平衡状态； rm0G0E 时，时， ，反应逆向进行。，反应逆向进行。 rm0G0E 24例题 判断 298.15 K 时,氧化还原反应: 在下列条件下进行的方向。解： 2+2+Sn(s)+Pb (aq)Sn (aq)+Pb(s)mol L ;c

17、c2+2+-1(1) (Sn )= (Pb )=1.0mol L ,mol Lcc2+-12+-1(2) (Sn )=1.0(Pb )=0.0102+(Sn /Sn)0.1410VE y-0.1375V (1) 由于 ，因此标准状态下Pb2+为较强的氧化剂，Sn为较强的还原剂在标准状态下，将电对 和 组成氧化还原反应时，Pb2+做氧化剂，Sn做还原剂, 上述氧化还原反应正向进行。2+2+(Pb /Pb)(Sn /Sn)EEyy2+Pb /Pb2+Sn/Sn。2+(Pb /Pb)0.1266VE y25答答: : 题给反应向逆向题给反应向逆向( () )进行。进行。Sn2+Sn为负极为负极, ,

18、 根据题意根据题意, ,Pb2+Pb为正极为正极 电动势电动势E =E(Pb2+/Pb)-E(Sn2+/Sn) = -0.0483V 0 (2) 和 的电极电势分别为：2+Sn /Sn2+Pb /Pb22+2+0.05916V(Pb)(Pb /Pb)(Pb /Pb)lg2cEEcyy0.05916V0.1266Vlg0.01020.1858V 2+2+(Sn /Sn)(Sn /Sn)0.1410VEE y-0.1375V26平衡时，平衡时，G =0 有：有：298.15K时，有：时，有：- -rGm= RTlnKzFE = RTlnK 和和0.0592VlgE Kz zRTFEK303. 2l

19、gz化为：化为：判判断氧化还原反应的进行的程度断氧化还原反应的进行的程度27 例题 试估计 298.15 K 时反应： 进行的程度。 解：反应的标准电动势为： 2+2+Zn(s)+Cu(aq) Zn(aq)+Cu(s)2+2+(Cu /Cu)(Zn /Zn)EEEyyy0.3394V( 0.7621V)1.1015V 298.15 K 时反应的标准平衡常数为： 2 1.1015Vlg37.240.05916V0.05916VzEKyy2eq372eq(Zn )1.7 10(Cu )ccKccyyy28例题：已知298.15K时下列电极的标准电极电势：+Ag (aq)+eAg(s)+(Ag /A

20、g)=0.7991VEyAgCl(s)+eAg(s)+Cl (aq)(AgCl/Ag)=0.2222VEy试求 298.15 K 时 AgCl 的标准溶度积常数。解：在 298.15 K、标准状态下将上述两个电极设计成一个原电池，原电池符号为：正极反应：Ag (aq)eAg(s) 负极反应：Ag(s)+Cl (aq)AgCl(s)+e 电池反应：+Ag (aq)+Cl (aq) = AgCl(s)+( )Ag,AgCl(s)|Cl () Ag ()|Ag(+)ccyy29298.15 K 时，电池反应的标准平衡常数为：(Ag /Ag)(AgCl/Ag)lg0.05916Vz EEKyyy1 (

21、0.7991V0.2222V)9.760.05916V95.6 10Ky298.15 K 时，AgCl 的标准溶度积常数为： +eqeqsp(Ag )(Cl )1(AgCl)ccKccKyyyy10911.8 105.6 1030例例题题 在在298.15K 时，将银丝插入时，将银丝插入AgNO3 溶液中，溶液中，铂片插入铂片插入FeSO4和和 Fe2(SO4)3 混合溶液中组成原电混合溶液中组成原电池。试分别计算出下列两种情况下原电池的电动池。试分别计算出下列两种情况下原电池的电动势，并写出原电池符号、电极反应和电池反应。势，并写出原电池符号、电极反应和电池反应。解：解：+3+2+1(1)

22、(Ag )= (Fe )= (Fe )=1.0mol L ;ccc+2+1(2) (Ag )= (Fe )=0.010mol L ,cc+(Ag /Ag)0.7991VEy3+2+(Fe /Fe )0.769VEy 3+(Fe )ccy (1) ，在标准状态下，在标准状态下将电对将电对 和和 组成原电池，标准电极组成原电池，标准电极电势较大的电对电势较大的电对 为原电池正极，标准电极为原电池正极，标准电极电势较小的的电对电势较小的的电对 为原电池的负极。为原电池的负极。 +3+2+(Ag /Ag)(Fe /Fe )EEyy+Ag /Ag3+2+Fe /Fe+Ag /Ag3+2+Fe /Fe31

23、+3+2+(Ag /Ag)(Fe /Fe )EEEEEyy0.7791V0.769V0.030V原电池的电动势为：原电池的电动势为： 原电池符号为：原电池符号为：23+( )Pt |Fe (),Fe ()Ag ()|Ag( )cccyyy=+Ag +eAg2+3+FeFe +e +2+3+Ag +FeAg+Fe电极反应和电池反应分别为：正极反应：负极反应：电池反应：32 (2) 电对电对 和和 的电极电势分的电极电势分别为：别为：+Ag /Ag3+2+Fe /Fe+(Ag /Ag)(Ag /Ag)0.05916V lg (Ag )/EEccyy0.7991V0.05916Vlg0.0100.6

24、808V3+3+2+3+2+2+(Fe )/(Fe /Fe )(Fe /Fe )0.05916V lg(Fe )/ccEEccyyy1.00.769V0.05916Vlg0.0100.887V 由于由于 ，故电对，故电对 为正极，为正极， 为负极。为负极。+3+2+(Ag /Ag)(Fe/Fe)EE3+2+Fe /Fe+Ag /Ag33 原电池电动势为：原电池电动势为：3+2+(Fe/Fe)(Ag /Ag)EEEEE0.887V0.6808V0.206V+-132+-1( )Ag|Ag (0.010mol L ) Fe (),Fe (0.010mol L )|Pt( )cy= 原电池符号为：原电池符号为：电极反应和电池反应分别为：电极反应和电池反应分别为：正极反应：正极反应：3+2+Fe+eFe 负极反应：负极反应： +A gA g +e 电池反应：电池反应：3+2+Fe+Ag = Fe+Ag34练习题：练习题：已知：已知： MnO4- -+8H+5e- -Mn2+4H2O2+4(MnOMn)1.512VEy3+2+(Fe /Fe )0.769