氧化还原反应与电极电位ppt课件

1、第八章第八章 氧化复原反响与电极电位氧化复原反响与电极电位 本章学习要求本章学习要求1、掌握氧化数的概念及氧化数规那么，、掌握氧化数的概念及氧化数规那么，氧化复原反响的根本概念。氧化复原反响的根本概念。2、掌握原电池的组成，电极反响，电池、掌握原电池的组成，电极反响，电池符号；规范电极电位的意义，规范电极电符号；规范电极电位的意义，规范电极电位的运用。位的运用。3、掌握、掌握Nernst方程并能运用方程并能运用Nernst方程方程式进展计算。式进展计算。4、掌握原电池电动势、掌握原电池电动势E与与 电电 池池 反响反响rGm的关系，掌握规范电动势与氧化的关系，掌握规范电动势与氧化复原反响规范平

2、衡常数复原反响规范平衡常数K 的关系。的关系。 一、一、 氧化复原反响的根本概念氧化复原反响的根本概念 氧化数是假设把原子间每个键中的电子指定给电负性氧化数是假设把原子间每个键中的电子指定给电负性大的原子时所求得的原子所带的电荷数。是指某元素大的原子时所求得的原子所带的电荷数。是指某元素一个原子的表观荷电数。一个原子的表观荷电数。规定：规定： 1单质中元素的氧化数为零单质中元素的氧化数为零 2简单离子中元素的氧化数为该元素离子的电荷数简单离子中元素的氧化数为该元素离子的电荷数1. 1. 氧化数氧化数 3共价化合物中共价化合物中,把两个原子共用的电子对指定给把两个原子共用的电子对指定给电负性较大

3、的原子后电负性较大的原子后,各原子所具有的方式电荷数即各原子所具有的方式电荷数即为他们的氧化数为他们的氧化数.4在化合物中，氢的氧化数普通为在化合物中，氢的氧化数普通为+1 (在在 活泼金属活泼金属氢化物中为氢化物中为-1) ; 氧的氧化数普通为氧的氧化数普通为-2 (在过氧化物在过氧化物中为中为-1; 在超氧化物在超氧化物 KO2中为中为-1/2; 在在OF2中为中为+2 ) ; 碱金属碱金属 元素氧化数为元素氧化数为 +1; 氟的氧化数为氟的氧化数为 1 。5中性分子中各元素氧化数的代数和为零，复杂离中性分子中各元素氧化数的代数和为零，复杂离子中各元素氧化数的代数子中各元素氧化数的代数 和

4、等于离子所带电荷数。和等于离子所带电荷数。v按确定元素氧化数规那么的先后顺序，就能正确确按确定元素氧化数规那么的先后顺序，就能正确确定化合物中各元素的氧化值。定化合物中各元素的氧化值。v 例：例：KMnO4KMnO4，先确定，先确定K K，+1+1；v 再确定再确定O O，-2-2；v 最后确定最后确定MnMn，+7+7v氧化数可为整数，也可为分数。氧化数可为整数，也可为分数。v例：例： Fe3O4 Fe3O4 中，中，FeFe：+8/3+8/3v 例：例： 求求S2O32-S2O32-，S2O82-S2O82-，Na2S4O6 Na2S4O6 中中 S S的氧化数。的氧化数。 2 2、氧化复

5、原反响、氧化复原反响 1) 1) 不同类型的氧化复原反响不同类型的氧化复原反响: :电子转移电子转移Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+电子偏移电子偏移C + O2 = CO2C + O2 = CO2这两类不同的氧化复原反响可以用氧化数概念一致：这两类不同的氧化复原反响可以用氧化数概念一致：元素的氧化数发生了变化元素的氧化数发生了变化 。2) 2) 定义氧化复原反响定义氧化复原反响元素的氧化数发生了变化的化学反响称为氧元素的氧化数发生了变化的化学反响称为氧化复原反响。化复原反响。 Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+Zn + Cu2+ =

6、Cu + Zn2+氧化数升高称为氧化反响，例如氧化数升高称为氧化反响，例如ZnZn2+ ZnZn2+ ；氧化数降低称为复原反响，例如氧化数降低称为复原反响，例如Cu2+Cu Cu2+Cu 。电子供体失去电子，称为复原剂，如电子供体失去电子，称为复原剂，如 Zn Zn；电子受体得到电子，称为氧化剂，如电子受体得到电子，称为氧化剂，如Cu2+Cu2+。 3) 3) 氧化复原半反响和氧化复原电对氧化复原半反响和氧化复原电对氧化复原反响可以根据电子的转移，由两个氧化复原氧化复原反响可以根据电子的转移，由两个氧化复原半反响构成：半反响构成： Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+Zn + Cu2+

7、= Cu + Zn2+一个半反响是氧化反响：一个半反响是氧化反响：Zn - 2e- Zn2+ Zn - 2e- Zn2+ ；一个半反响为复原反响：一个半反响为复原反响：Cu2+ + 2e- Cu Cu2+ + 2e- Cu 。氧化反响和复原反响同时存在，在反响过程中得失电氧化反响和复原反响同时存在，在反响过程中得失电子的数目相等。子的数目相等。氧化复原半反响用通式写做氧化复原半反响用通式写做氧化型氧化型 + ne- + ne- 复原型复原型或或 Ox + ne- RedOx + ne- Red 式中式中n n为半反响中电子转移的数目。为半反响中电子转移的数目。 Ox Ox 表示氧化数相对较高的

8、氧化型物质；表示氧化数相对较高的氧化型物质； RedRed表示氧化数相对较低的复原型物质。表示氧化数相对较低的复原型物质。v同一元素的氧化型和复原型构成的共轭同一元素的氧化型和复原型构成的共轭体系称为氧化复原电对。体系称为氧化复原电对。v 用用“氧化型氧化型/ /复原型复原型 Ox/RedOx/Red表表示。示。v氧化复原电对的书写方式与反响式有关。氧化复原电对的书写方式与反响式有关。v半反响半反响 电对电对vMnO4-+8H+5e=Mn2+4H2O MnO4-MnO4-+8H+5e=Mn2+4H2O MnO4-/Mn2+/Mn2+vMnO4-+2H2O+3e=MnO2+4OH- MnO4-M

9、nO4-+2H2O+3e=MnO2+4OH- MnO4-/MnO2/MnO2二、 原电池和电极电位1、原电池将氧化复原反响的化学能转化成电能的安装称为原电池(primary cell)，简称电池。原电池可以将自发进展的氧化复原反响所产生的化学能转变为电能，同时做电功。实际上讲，任何一个氧化复原反响都可以设计成一个原电池。 1 1原电池的组成原电池的组成两个半电池或电极。半电池包括电极资料电极两个半电池或电极。半电池包括电极资料电极板和电解质溶液，电极板是电池反响中电子转移板和电解质溶液，电极板是电池反响中电子转移的导体，氧化复原电对的电子得失反响在溶液中进的导体，氧化复原电对的电子得失反响在溶

10、液中进展。展。 盐桥衔接两个半电池，沟通原电池的内电路。盐桥衔接两个半电池，沟通原电池的内电路。半电池 Zn2+/Zn半电池 Cu2+/Cu电极板 电极板 盐桥2 2电池的反响电池的反响将将ZnSO4 ZnSO4 溶液和溶液和ZnZn片构成片构成ZnZn半电池，是原电池的负极半电池，是原电池的负极(anode)(anode)； CuSO4 CuSO4溶液和溶液和CuCu片构成片构成CuCu半电池，是原半电池，是原电池的正极电池的正极(cathode)(cathode)。负极反响负极反响 Zn Zn2+ + 2e- Zn Zn2+ + 2e- 氧化反响氧化反响正极反响正极反响 Cu2+ + 2e

11、- Cu Cu2+ + 2e- Cu 复原反响复原反响由正极反响和负极反响所构成的总反响，称为电池反由正极反响和负极反响所构成的总反响，称为电池反响响(cell reaction)(cell reaction)。Zn + Cu2+ Cu + Zn2+Zn + Cu2+ Cu + Zn2+3 3原电池组成式原电池组成式“|“|表示相界面，同一相的表示相界面，同一相的不同物质用不同物质用“,“,隔开。隔开。“|“|表示盐桥。表示盐桥。溶液标浓度；气体标压力。溶液标浓度；气体标压力。溶液靠盐桥，电极板在两边。溶液靠盐桥，电极板在两边。负极在左，正极在右。负极在左，正极在右。(-) Zn | Zn2+

12、 (c1) | Cu2+ (c2) | Cu (+)2、电极电位的产生金属电极板浸入其盐溶液中，存在相反的过程，速率相等时，建立动态平衡： 金属极板外表上带有过剩负电荷；溶液中等量正电荷的金属离子受负电荷吸引，较多地集中在金属极板附近，构成所谓双电层构造，其间电位差称为电极电位。 M (s)Mn+ (aq) + ne-溶解析出3 3、规范电极电位、规范电极电位电极电位符号电极电位符号ox/redox/red，单位，单位V V。电极电位与电对本性、温度、电极电位与电对本性、温度、浓度有关。浓度有关。电极电位绝对值无法直接测定，电极电位绝对值无法直接测定，运用的是相对值，以规范氢运用的是相对值，以

13、规范氢电极电极( SHE)( SHE)为参照。为参照。1 1IUPACIUPAC规定规范氢电极规定规范氢电极SHE=0.00000VSHE=0.00000V2H+(aq) + 2e- H2(g)p(H2)=100kPac(H+)=1 molL-12电极电位的测定将待测电极和知电极组成原电池原电池的电动势：E=待测-知)/CuCu( V00000. 0)/CuCu( )/CuCu(22SHE2E铜电极电极电位的测定3规范电极电位及运用规范态下测得的氧化复原电对的电极电位就是规范电极电位，符号qox/red。是热力学规范态下的电极电位；反响用 Ox + ne- Red表示，所以电极电位又称为复原电

14、位；电极电位是强度性质，与物质的量无关，如 Zn2+ + 2e- Zn q (Zn2+/Zn)= -0.7618V1/2Zn2+ + e- 1/2Zn q (Zn2+/Zn)= -0.7618V规范电极电位表规范电极电位表(298.15K) (298.15K) 氧化剂的氧化才干加强氧化剂的氧化才干加强 复原剂的复原才干加强复原剂的复原才干加强 规范电极电位的运用规范电极电位的运用判别氧化复原才干的相对强弱判别氧化复原才干的相对强弱电极电位愈高，电对中氧化型物质得电子才干电极电位愈高，电对中氧化型物质得电子才干愈强，是较强氧化剂；愈强，是较强氧化剂；电极电位值愈低，电对中复原剂型物质失电子电极电

15、位值愈低，电对中复原剂型物质失电子才干愈强，是较强复原剂。才干愈强，是较强复原剂。表中，最强的氧化剂是表中，最强的氧化剂是MnO4-MnO4-，最强的复原剂是，最强的复原剂是NaNa。较强氧化剂对应的复原型物质的复原才干较弱，较强氧化剂对应的复原型物质的复原才干较弱，较强复原剂对应的氧化型物质的氧化才干较弱。较强复原剂对应的氧化型物质的氧化才干较弱。vvv771.036.151.1)FeFe()Cl(Cl)MnMnO(23224例：在酸性介质中，比较以下电对的氧化例：在酸性介质中，比较以下电对的氧化复原才干：复原才干：例：在例：在Cl-,Br-,I-的混合溶液中，欲使的混合溶液中，欲使I-氧化

16、氧化成成I2，而不使，而不使Cl-,Br-氧化，应选择氧化，应选择Fe 2(SO4)3和和KMnO4哪一种氧化剂？哪一种氧化剂？ 电对电对 Cl2/Cl- Br2/Br- I2/I- Fe3+/Fe2+ MnO4-/Mn2+ j q(V) 1.358 1.065 0.535 0.771 1.51v氧化复原反响进展的方向：氧化复原反响进展的方向：v j j大的氧化型物质大的氧化型物质+ j+ j小的复原型物质小的复原型物质v vjj小的氧化型物质小的氧化型物质+ j+ j大的复原型物质大的复原型物质例：规范形状下，以下反响自发进展：例：规范形状下，以下反响自发进展：Cr2O72-+6Fe2+14

17、H+= 2Cr3+ + 6Fe3+7H2O2 Fe3+Sn2+=2Fe2+Sn4+可推断，可推断，j 最大的电对为哪个电对？最大的电对为哪个电对？复原性最强的是哪种物质？复原性最强的是哪种物质？三、原电池的电动势和自在能变化的关系三、原电池的电动势和自在能变化的关系 G G nEF nEF 当电池中一切物质都处于规范态时，当电池中一切物质都处于规范态时，电池的电动势就是规范电动势电池的电动势就是规范电动势EE， 即即: G: GnEF nEF (F=96485C.mol-1, Faraday Constant)1 1计算原电池的电动势计算原电池的电动势EE或或rGmrGm例：试计算以下电池的例

18、：试计算以下电池的EE和和rGmrGm： ( ()Zn(s)|ZnSO4(1molL-1) )Zn(s)|ZnSO4(1molL-1) | CuSO4(1molL-1)|Cu(s) ( | CuSO4(1molL-1)|Cu(s) () )2 2判别氧化复原反响进展的方向判别氧化复原反响进展的方向 定温定压时：定温定压时：0mrG，0E0mrG0mrG，0E，0E即即即即即即正反响自发正反响自发平衡形状平衡形状逆反响自发逆反响自发 假设在规范形状下，那么用假设在规范形状下，那么用EE或或 进展判进展判别：别：当当E0 E0 即即+ + 正反响能自发进展正反响能自发进展当当EE0 0 即即+ 反

19、响到达平衡反响到达平衡当当E0 E0 即即+ + 逆反响能自发进展逆反响能自发进展例：判别反响在规范形状下能否自发进展。例：判别反响在规范形状下能否自发进展。Pb + Sn2+ Sn + Pb2+ 3 3判别氧化复原反响进展的程度判别氧化复原反响进展的程度ln KRTGmr 298K时时R RT TF Fl ln nE En nK K0 0. .0 05 59 92 2n nl lg gE EK KFnEGmr例：计算反响在例：计算反响在298.15K298.15K的规范平衡常数。的规范平衡常数。Zn + Cu2+ Cu + Zn2+ Zn + Cu2+ Cu + Zn2+ (Cu2+/Cu)

20、= 0.341 9V(Cu2+/Cu)= 0.341 9V (Zn2+/Zn)= -0.761 8V(Zn2+/Zn)= -0.761 8V氧化复原反响的平衡常数有以下规律：氧化复原反响的平衡常数有以下规律：平衡常数与电池的规范电动势有关，而与物质浓度无平衡常数与电池的规范电动势有关，而与物质浓度无关；关；氧化复原反响的平衡常数与电子转移数，即与反响方氧化复原反响的平衡常数与电子转移数，即与反响方程式的写法有关；程式的写法有关；氧化复原反响的平衡常数与温度有关；氧化复原反响的平衡常数与温度有关；1 1、电极电位的、电极电位的NernstNernst方程式方程式由热力学等温方程由热力学等温方程

21、Gm= Gm= Gm + RTlnQ Gm + RTlnQ 又又 Gm= - nFEGm= - nFE， Gm= - nFEGm= - nFE有有 -nFE = - -nFE = - nFE + RTlnQnFE + RTlnQ两边同除以两边同除以-nF-nF，得，得这就是电池电动势的这就是电池电动势的NernstNernst方程。方程。nFQRTEElno四、电极电位的四、电极电位的NernstNernst方程式及影响方程式及影响电极电势的要素电极电势的要素电极电位的电极电位的NernstNernst方程方程 p Ox + ne- q p Ox + ne- q RedRedqpccnFRTR

22、edOxOx/RedOx/Redln)Red()Ox(lg0592. 0baccn298K时时 1) 电极反响中固体.纯液体.不写入公式。 2) 对气体，以相对压力代入公式。 3) 除氧化态、复原态物质外，参与电极反响的其它物质如H+、 OH-浓度也应写入。 运用运用Nernst公式时应留意：公式时应留意：MnO4 + 8H+ + 5e = Mn2+ + 4H2O当当H+, OHH+, OH 出如今出如今 氧化型时，氧化型时，H+, OHH+, OH 写在方程分写在方程分子项中，子项中， H+, OH H+, OH 出如今复原方时，出如今复原方时，H+, OH H+, OH 写在写在方程中分母项中。方程中分母项中。从电极电位的从电极电位的NernstNernst方程可以看出：方程可以看出：电极电位不仅取决于电极本性，还取决于温度和氧化电极电位不仅取决于电极本性，还取决于温度和氧化剂、复原剂及相关介质的浓度或分压。剂、复原剂及相关介质的浓度或分压。在温度一定的条件下，氧化型浓度愈大，那么在温度一定的条件下，氧化型浓度愈大，那么值愈值愈大；复原型浓度愈大，那么大；复原型浓度愈大，那么值愈小。值愈小。