氧化还原反应与电极电位最终版

1、关于氧化还原反应关于氧化还原反应与电极电位最终版与电极电位最终版第一页，共71页幻灯片第二页，共71页幻灯片第三页，共71页幻灯片第四页，共71页幻灯片解： KMnO4： +1 + x + 4 (-2) =0 x = +7 K2Cr2O7： 2 (+1) + 2y + 7 (-2) =0 y = +6第五页，共71页幻灯片第六页，共71页幻灯片第七页，共71页幻灯片又如： Zn + 2HCl ZnCl2 + H2 HCl中的H+得到电子，氧化值降低，被还原, HCl称为氧化剂(oxidizing agent)，又称电子的受体(electron acceptor)。 锌失去电子，氧化值升高，被氧

2、化，称为还原剂(reducing agent)，又称电子的供体(electron donor)。 第八页，共71页幻灯片第九页，共71页幻灯片第十页，共71页幻灯片第十一页，共71页幻灯片Ox + ne- Red 第十二页，共71页幻灯片第十三页，共71页幻灯片如： MnO4-/Mn2+；Cu2+/Cu；Zn2+ /Zn；还原半反应：氧化半反应：Fe3+ + e- Fe2+ Sn2+ Sn4+ + 2e-又如： 2Fe3+ Sn2+ 2 Fe2+ Sn4+第十四页，共71页幻灯片第十五页，共71页幻灯片如：1. 写出离子方程式。MnO4- + Cl- Mn2+ + Cl22. 将离子方程式拆成

3、氧化和还原两个半反应还原半反应：氧化半反应：MnO4- Mn2+Cl- Cl2KMnO4 + HCl MnCl2 + Cl2第十六页，共71页幻灯片MnO4- + 8H+ + 5e- Mn2+ + 4H2O 2Cl- - 2e- Cl2 第十七页，共71页幻灯片4. 根据氧化剂和还原剂得失电子数相等，找出最小公倍数，合并成一个配平的离子方程式。2 2MnO4-16H+10e- 2Mn2+8H2O 5 10Cl- - 10e- 5Cl22MnO4-+16H+10Cl- 2Mn2+ 5Cl2 + 8H2O第十八页，共71页幻灯片2KMnO4+16HCl 2KCl +2MnCl2+ 5Cl2 + 8

4、H2O第十九页，共71页幻灯片电化学的起源第二十页，共71页幻灯片The Nobel Prize in Chemistry 2000for the discovery and development of conductive polymers第二十一页，共71页幻灯片CuCuSO4溶液Zn第二十二页，共71页幻灯片第二十三页，共71页幻灯片第二十四页，共71页幻灯片第二十五页，共71页幻灯片第二十六页，共71页幻灯片由此可见，电池反应就是氧化还原反应。正极反应就是还原半反应；负极反应就是氧化半反应。第二十七页，共71页幻灯片第二十八页，共71页幻灯片 将两电极组合起来,就可以构成一个原电池。

5、电池组成式： 电极写在两边，中间用“|”表示盐桥连接，习惯上，正极写右边，负极写左边。第二十九页，共71页幻灯片如 Cu-Zn 原电池的电池组成式为： (-) Zn Zn 2+(c1)Cu2+(c2) Cu (+) 第三十页，共71页幻灯片第三十一页，共71页幻灯片 电极反应：Fe3+ + e- Fe2+ 第三十二页，共71页幻灯片Cu + FeCl3CuCl(s)+ FeCl2还原半反应： Fe3+ + e Fe2+ 氧化半反应： Cu0 Cu+ + 2e(-) Cu , CuCl(S) Cl- (c1) Fe3+ (c2), Fe2+ (c3) Pt(+)第三十三页，共71页幻灯片例8-2

6、 高锰酸钾与浓盐酸作用制取氯气的反应如下：2KMnO4+16HCl 2KCl +2MnCl2+ 5Cl2 + 8H2O将此反应设计为原电池，写出正负极反应、电池反应、电极组成式和电池组成式。 解： 将上述反应方程式改写成离子方程式，2MnO4-+16H+10Cl- 2Mn2+ 5Cl2 + 8H2O MnO4-8H+5e- Mn2+4H2O 第三十四页，共71页幻灯片 Cl2 + 2e- 2Cl- 电池反应： 2MnO4-+16H+10Cl- 2Mn2+ 5Cl2 + 8H2O正极组成式： Pt| MnO4- (c1) ，Mn2+ (c2) ， H+ (c3)负极组成式： Pt，Cl2(p)

7、| Cl- (c ) 电池组成表示式:(-) Pt, Cl2(p) | Cl- (c ) MnO4- (c1),Mn2+ (c2), H+ (c3) | Pt(+)第三十五页，共71页幻灯片原电池的两电极间存在电位差，每个电极上存在不同的电位(势能)。电极电位是如何产生的？把金属浸入其相应盐溶液时： M - ne- Mn+(aq)M(s)Mn+(aq)在金属板上在溶液中留在金属板上沉积溶解+ne第三十六页，共71页幻灯片 当达到平衡时,若金属溶解的趋势大于金属离子析出的趋势,则金属极板上会带有过剩的负电荷,等量的正电荷将分布在溶液中，因静电引力，形成了双电层结构。双电层结构第三十七页，共71页

8、幻灯片 双电层的厚度约为10-10米的数量级,其间的电位差,称为电极电位(势)，又称绝对电极电位。符号为(氧化态/还原态) ;单位为V(伏特) 。如：(Zn2+/Zn);(Cu2+/Cu);(O2/OH-) (MnO4-/Mn2+); (Cl2/Cl-)等。 电极电位主要取决于电极的本性，并受温度、介质和离子浓度(或活度)等因素。第三十八页，共71页幻灯片第三十九页，共71页幻灯片2 H+(aq)2e- H2 (g) 第四十页，共71页幻灯片 1. 铂片上镀上一层铂粉即铂黑, 增强吸附氢气的能力并提高反应速率。 2. IUPAC规定: T=298.15K、P=100kPa H+=1mol.L-

9、1 (严格讲是活度)时， (H+/H2) = 0.000 V 第四十一页，共71页幻灯片(二)标准电极电位（ ）在标准态下，将待测电极与标准氢电极组成电池，所测得的电池的电动势就是该电极的标准电极电位。第四十二页，共71页幻灯片标准态：同热力学的标准态一致，电极反应物的浓度为1mol.L-1（严格是活度为1），气体分压为100kPa，温度未定，IUPAC推荐为298.15K。第四十三页，共71页幻灯片第四十四页，共71页幻灯片(-)ZnZn 2+(1molL-)H+ (1molL-) H2(101.3kPa),Pt (+) 0ZnZn20_00E0ZnZn0HH22V7618. 0V7618.

10、 00ZnZn2第四十五页，共71页幻灯片 1. 仅适用于标准态的水溶液。对于非水溶液、高温、固相反应并不适用（因为表中数据是在水溶液中求得的）。Ox +nebReda第四十六页，共71页幻灯片第四十七页，共71页幻灯片第四十八页，共71页幻灯片2 Fe3+ +2e 2Fe2+ (Fe3+/Fe2+)=0.771VFe3+ +e Fe2+ (Fe3+/Fe2+)=0.771V第四十九页，共71页幻灯片Company Logo例如：Zn + Cu2+ = Cu + Zn 2+ (Cu2+/Cu) = 0.3419V (Zn2+/Zn) = -0.7618V第五十页，共71页幻灯片 判断标准状态下

11、下列氧化还原反应自发进行的方向：Br2Fe2BrFe2322 Fe2+ e Fe3+ Br22e 2Br- 解：V771.00FeFe23V0873.10BrBr2第五十一页，共71页幻灯片自由能（G）：系统的状态函数，只与系统的始态和终态有关，而与过程无关。自由能变化（rGm）等于等温、等压下，可逆过程中对外作的最大非体积功（-W f,最大）。即：第五十二页，共71页幻灯片rGm可用来判断化学反应的方向：)(G)(Gmrmr反反应应物物产产物物 rGm=rGm0，反应正向自发进行。rGm 0，反应逆向自发进行。rGm= 0，反应达平衡状态。标准态各物质的自由能变rGm 可查表得到第五十三页，

12、共71页幻灯片一、电池电动势与化学反应Gibbs自由能的关系根据原电池中，最大非体积是电功。 rGm = -nFE当电池中各物质均处于标准态时 rGm = -nFE第五十四页，共71页幻灯片 二、用电池电动势判断氧化还原反应自发性Ox1 + Red1 Ox2 + Red2 反应rGm = 0，E = 0，反应达到平衡。rGm0，E 0，反应正向自发进行；rGm0 ，E 0，反应逆向自发进行；第五十五页，共71页幻灯片反应的rGm ，并判断反应是否自发进行。例8-3 根据标准电极电位，计算反应 Cr2O72- + 6Fe2+ + 14H+ 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O解：首先将氧化还

13、原反应拆成两个半反应正极反应 Cr2O72- + 14H+ +6e- 2Cr3+ + 7H2O E = (Cr2O72- / Cr3+ ) (Fe3+/ Fe2+) = 1.232V - 0.771V =0.461V第五十六页，共71页幻灯片rGm = -nFE = -6 96485C mol-1 0.461V = -2.669 105J mol-1 =-266.9kJ mol-1 0故反应正向自发进行。 E = - rGm nF第五十七页，共71页幻灯片 根据： rGm = -nFE 05916. 0lgnEK 第五十八页，共71页幻灯片05916. 0lgnEK 第五十九页，共71页幻灯片

14、解: 将以上反应设计成原电池, 电极反应为: E = (Cu2+ / Cu ) (Zn2+/Zn) = 0.34192 V (-0.7618V) =1.1037V电池反应中n=2, 3124.3705916. 01037. 1205916. 0lg nEK K = 2.503 1037第六十页，共71页幻灯片思考 rGm = + RT lnQ rGm第六十一页，共71页幻灯片 rGm = -nFE rGm = -nFE得： -nFE = -nFE + RT lnQ QlnnFRTEE 当T =298.15K时, 代入相关常数, 上式变为：QnEElg05916.0 第六十二页，共71页幻灯片对

15、于任意一个已配平的氧化还原方程式： 反应商可写为：bdaOxeOxddccccQ)()()()(2121ReRe bdaOxeOxddccccnFRTEE)()()()(ln2121ReRe bdaOxeOxddccccnEE)()()()(lg05916. 02121ReRe 第六十三页，共71页幻灯片bdaOxeOxddccccnEE)()()()(lg05916. 02121ReRe 电池电动势的Nernst方程式第六十四页，共71页幻灯片E = + - -bdaOxeOxddccccnFRT)()()()(ln)(2121ReRe )()(ln)()(ln2211ReReeOxbdaOxddccnFRTccnFRT aOxddccnFRT)()(ln11Re eOxbdccnFRT)()(ln22Re 第六十五页，共71页幻灯片 (Ox/Red) = (Ox/Red) + lg RTn F(cOx ) p(cRed)q (Ox/Red) = (Ox/Red) + lg 0.05916n(cOx ) p(cRed)q第六十六页，共71页幻灯片 (Ox/Red) = (Ox/Red) + lg 0.05916n(cOx ) p(cRed)q第六十七页，共71页幻灯片)/(23Fe