竞赛氧化还原反应

1、氧氧 化化 - 还还 原原 反反 应应 与与 电电 化化 学学一、氧化一、氧化-还原反应的基本概念还原反应的基本概念(1) 得氧失氧的反应得氧失氧的反应 氧化：得氧，如氧化：得氧，如 Cu + O2 CuO还原：失氧，如还原：失氧，如 CuO + H2 Cu +H2O(3) 有电子传递的反应有电子传递的反应如：如：Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu2e1. 氧化氧化-还原概念的发展还原概念的发展(2) 元素化合价发生变化的反应元素化合价发生变化的反应 如：如：2Na + Cl2 = 2NaClH2 + Cl2 = 2HCl2. 氧化氧化-还原反应还原反应 氧化剂氧化剂 + 还原剂还

2、原剂 还原产物还原产物 + 氧化产物氧化产物化合价降低，还原反应化合价降低，还原反应化合价升高，氧化反应化合价升高，氧化反应3. 氧化氧化-还原半反应还原半反应还原反应：还原反应： Cu2+ + 2e Cu氧化反应：氧化反应： Zn Zn2+ + 2e 一般形式：氧化型一般形式：氧化型 + n e 还原型，还原型， 或或 Ox + n e RedZn + Cu2+ Zn2+ + Cu二、原二、原 电电 池池如何证明锌置换铜的反应有电子转移？如何证明锌置换铜的反应有电子转移？Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu正极反应：正极反应：Cu2+ + 2 e = Cu负极反应：负极反应：Zn

3、= Zn2+ + 2 e 电池反应：电池反应：Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu电池符号：电池符号：( ) ZnZn2+(c1) Cu2+(c2) Cu (+)原电池原电池电电 化化 学学 应应 用用锌锰干电池：锌锰干电池： (-) Zn ZnCl2, NH4Cl MnO2 C(+)1. 电电 池池电池总反应：电池总反应： Zn 2MnO2 2NH4+ = Zn2+ +Mn2O3 + 2NH3 + 2H2O锌汞电池：锌汞电池： (-) Zn(Hg) KOH (糊状，含饱和糊状，含饱和ZnO) HgO Hg (+)电池总反应：电池总反应： Zn HgO = ZnO + Hg燃料电池：燃料

4、电池： (-) C H2 KOH(aq) O2 C (+)电池总反应：电池总反应： 2H2(g) O2(g) = 2H2O(l)（）（）C|CH4|KOH（aq)|O2|C(+)(-)C|CO|K2CO3(l)|air|C(+)(-)C|CH3OH|KOH(aq)|O2|C(+)三、三、 电电 极极 电电 势势 和和 标标 准准 电电 极极 电电 势势1. 电极电势的产生：电极电势的产生：M (s) Mn+ + n e溶解溶解沉积沉积溶解趋势溶解趋势 沉积趋势沉积趋势溶解趋势溶解趋势 沉积趋势沉积趋势金属的电极电势：在金属和溶液之间由于形成双电层金属的电极电势：在金属和溶液之间由于形成双电层而

5、产生的电势差。而产生的电势差。Mn+活泼金属活泼金属Mn+不活泼金属不活泼金属2. 电极的种类电极的种类(1) 金属电极：金属及金属离子的溶液组成金属电极：金属及金属离子的溶液组成(2) 非金属电极：由非金属单质及其离子的溶液组成非金属电极：由非金属单质及其离子的溶液组成(3) 氧化氧化-还原电极：由同种金属不同价态的离子组成还原电极：由同种金属不同价态的离子组成(4) 金属难溶盐电极：金属金属难溶盐以及阴离子金属难溶盐电极：金属金属难溶盐以及阴离子Cu2+/CuCl2/Cl- ，H+/H2,PtPt|Fe3+ /Fe2+Ag -AgCl/Cl-3. 标标 准准 氢氢 电电 极极电极反应：电极

6、反应：2H+(c )+2e H2 (p )规定：规定： (H+/H2) =0.00 V (H+/H2)4. 标准电极电势标准电极电势E = (H+/H2) (Zn2+/Zn) = 0.76 VE = (H+/H2) (Cu2+/Cu) = -0.34 V (Zn2+/Zn) = - 0.76 V (Cu2+/Cu) = 0.34Va. 电极电势的数值反映物质的得失电子能力，电极电势的数值反映物质的得失电子能力，其大小与物质的量无关。其大小与物质的量无关。 如如 Cl2 + 2e 2Cl- 1/2 Cl2 + e Cl-b. 标准标准电极电势的大小可通过热力学计算得到。电极电势的大小可通过热力学

7、计算得到。应应 用用 标标 准准 电电 极极 电电 势势 时时 应应 注注 意：意： (Cl2/Cl-) = 1.36VZn2+ + 2e Zn Gm 0-(-147.03) = 147.03 kJ mol-1 (Zn2+/Zn)VnFGm763. 0485.96203.147c. 国际上有两套标准电极电势数据，即氧化电势国际上有两套标准电极电势数据，即氧化电势和还原电势，同一电极的这两套数据大小相等，和还原电势，同一电极的这两套数据大小相等，符号相反。符号相反。d. 标准电极电势表中的数据分酸性介质和碱性介标准电极电势表中的数据分酸性介质和碱性介质两种：在酸性介质中的电极反应查酸表，如质两种

8、：在酸性介质中的电极反应查酸表，如 MnO4- + 8H+ + 5 e Mn2+ + H2O； 在碱性介质中的电极反应查碱表，如在碱性介质中的电极反应查碱表，如 O2 + 2H2O + 4 e 4OH。e. 对于：反应对于：反应1 反应反应2 反应反应3， 不存在：不存在： 1 + 2 = 3四、影响电极电势的因素四、影响电极电势的因素 Nernst 公式公式对于等温条件下进行的化学反应：对于等温条件下进行的化学反应： Gm = Gm + RT lnQ Gm = - W最大有用功最大有用功电池中各物质都处于标准态时：电池中各物质都处于标准态时： Gm = -nFE-nFE = -nFE + R

9、Tln Q = -Eq = -nFEQnEQnFRTEElg0592. 0ln1. 浓度的影响浓度的影响2Fe3+Sn2+ 2Fe2+Sn4+E = (Fe3+/Fe2+) (Sn4+/Sn2+)c(Sn)Fe( c)c(Sn)Fe( c223422QE = (Fe3+/Fe2+) (Sn4+/Sn2+) = (Fe3+/Fe2+) +RT Flnc(Fe3+)c(Fe2+)c(Sn4+)c(Sn2+)lnRT 2F+ (Sn4+/Sn2+) )()()()(ln2223422SncFecSncFecFRTEbaccnFRT还原态）氧化态）(lnbaccn.T还原态）氧化态）时，(lg0592

10、0298KNernst 公式公式对于一般的电极反应：对于一般的电极反应：a氧化态氧化态 + n e b还原态还原态 MnO4- + 8H+ + 5e Mn2+4H2OCr2O72- +14H+ 6e 2Cr3+ +7H2OCl2 + 2e 2Cl- ）28)()lg505920c(MnHcc(MnO.4214()(lg605920）3272CrHO(Crccc.22()/lg205920）Clcpp(Cl.注意：电极反应的配平注意：电极反应的配平!电荷平衡电荷平衡原子数平衡原子数平衡酸性介质用酸性介质用H+, 碱性介质用碱性介质用OH-例：试计算在例：试计算在 c(H+) = 0.01molL

11、-1的酸性介质的酸性介质Cr2O72-/Cr3+的电极电势。的电极电势。Cr2O72- + 14H+ + 6e 2Cr3+ + 7H2O已知：已知： (Cr2O72- /Cr3+) = 1.23V214()(lg605920）3272(CrcHcOCrc.V95. 0)01. 0lg(6059. 023. 114例：试计算在不同碱性条件下例：试计算在不同碱性条件下O2/OH-的电极电势。的电极电势。O2 + 2H2O + 4e 4OH-4)(1lg405920OHc.pOH0592. 0当当pH = 0, (O2/OH-) = 1.228VO2 + 4H+ + 4e 2H2O= (O2/H2O

12、)例：试计算例：试计算 100 kPa下，下，pH = 3.0 溶液中溶液中 (H+/H2) 。2H+ + 2 e H2pHpHc./ )(lg20592022(） pH = 3.0时，时， (H+/H2) = -0.18 V思考：思考： (H+/H2) = 0.0 V 吗？吗？pHHc0592. 0)(lg0592. 00例：试计算在浓度都为例：试计算在浓度都为1molL-1氨水和氨水和Ag(NH3)2+溶液溶液中的中的 (Ag+/Ag)。 (Ag +/Ag) = 0.80 VAg + + e Ag = + 0.0592lgc(Ag+)Ag+ + 2NH3 Ag(NH3 )2+ K稳稳 =

13、1.1 1072323)NH)A)(NHA(cgcgcK稳 = - 0.0592lgK稳稳 (Ag(NH3)2+/Ag)= (Ag+/Ag) - 0.0592lgK稳稳稳KAgc1()= 0.388V2. 生成配离子的影响生成配离子的影响( ) AgAg(NH3 )2+ (1molL-1) Ag+(1molL-1) Ag(+)E = (Ag+/Ag) - (Ag(NH3 )2+/Ag) = 0.0592lgK稳稳 = 0.414V Ag(NH3 )2+ + e Ag + 2NH3 (Ag(NH3 )2+/Ag = 0.388V 应用：求配离子稳定常数应用：求配离子稳定常数K稳稳例：试计算在例：

14、试计算在c(OH-) = 1molL-1溶液中溶液中 (Cu2+/Cu)。 Cu(OH)2(s) Cu2+(aq) + 2OH-(aq) Ksp = 2.2 10-2022)()(OHcCucKspspKCuclg20592. 0)(lg20592. 023. 生成沉淀的影响生成沉淀的影响spspKOHcKCuc22)()(V24. 0102 . 2lg20592. 034. 020例：计算在浓度为例：计算在浓度为1molL-的的KI溶液中溶液中 (Cu2+/Cu+)。 已知已知 (Cu2+/Cu+) = 0.15 V, c(Cu2+) = 1.0 molL-1，Cu2+ + e Cu+ =

15、- 0.0592lgKsp (Cu2+/CuI)= (Cu2+/Cu) - 0.0592lgKsp(CuI)(IcKCucsp)= 0.85 V = + 0.0592lg)()(2CucCucCu+ (aq) + 2I-(aq) CuI Ksp = 1.3 10-1212102 . 1spK (I2/I-) = 0.535 V。例：计算在例：计算在c(C2O42-) = 1molL-1溶液中溶液中 (Ag+/Ag)。 spKlg0592. 01 1spspKOCcKgc)()(242AAg + + e AgAg2C2O4 + 2e 2Ag C2O42五、电五、电 极极 电电 势势 的的 应应

16、用用1. 计计 算算 原原 电电 池池 的的 电电 动动 势势例：试计算在例：试计算在 pH = 2.0溶液中，下面反应的电池的溶液中，下面反应的电池的电动势（假设其它物质是处于标准态）。电动势（假设其它物质是处于标准态）。 MnO4- + 8H+ + 5Fe 2+ Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2OE = (MnO4-/Mn2+) (Fe3+/Fe2+) = 0.547 (V)）28()(lgMnHMnO50.05924ccc)(318.1)100 .1lg(507.182V50.05922. 判判 断断 氧氧 化化 还还 原原 反反 应应 的的 方方 向向 性性 Gm = - nFE

17、Gm 0，即，即 E = + - - 0，氧化氧化 还原反应自发还原反应自发 Gm 0，即，即 E = + - - 0，反应不自发反应不自发 Gm = 0，即，即 E = + - - = 0，反应达到平衡反应达到平衡若若两个电对的标准电极电势差值大于两个电对的标准电极电势差值大于 0.2V，可，可直接用直接用E 大小来判断大小来判断氧化氧化 还原还原反应的方向性反应的方向性E = + - - 0，自发；自发； E = + - - 0，不，不自自发发例：试判断例：试判断2Fe3+ + 2I- 2Fe2+ + I2反应能否自发进行？反应能否自发进行？ (Fe3+/Fe2+) =0.771V， (I

18、2 /I-) = 0.53VE = (Fe3+/Fe2+) - (I2 /I- ) 0，自，自发发 例：试判断在酸性介质中：例：试判断在酸性介质中：2Cu+ Cu2+ + Cu歧化歧化反应能否自发进行？反应能否自发进行？E = + - - =该该反应能发生。反应能发生。 (Cu+/ Cu) - (Cu2+/ Cu+ ) = 0.512 - 0.153 0例：例：MnO2(s) + 4H+(aq) + 2Cl- (aq) = Cl2(g) + Mn2+(aq) + H2O(1) 在标准状态下，上述反应能自发进行吗？在标准状态下，上述反应能自发进行吗？(2) 若其它物质为标准态，试计算能使上述反应

19、进行所需盐酸的最若其它物质为标准态，试计算能使上述反应进行所需盐酸的最低浓度。低浓度。(1) E = + - - = (MnO2/Mn2+) - (Cl2/Cl- ) = 1.224 - 1.358 0，不能进行，不能进行设其最低浓度为设其最低浓度为x，(2)(lg118.224. 1)lg242Hcc(Mn)c(HMn(MnO020.059)/)/Mn(MnO222)(lg059.358. 1(/ )(lg22Cl020.059)/Cl(Cl)/Cl(Cl22cClcpClp）xxlg059.358. 1lg118. 0224. 1013.6Lmolx3. 判判 断断 氧氧 化化 剂剂 和和

20、 还还 原原 剂剂 的的 相相 对对 强强 弱弱 的代数值越大，的代数值越大，电对中氧化态物质的氧化能力越强电对中氧化态物质的氧化能力越强 的代数值越小，的代数值越小，电对中还原态物质的还原能力越强电对中还原态物质的还原能力越强 氧化性：氧化性： Cu2+ Zn2+; 还原性：还原性：Zn Cu 根根 据据 标标 准准 电电 极极 电电 势势 的的 大大 小小 可可 以以 判判 断断 金金 属属 的的 活活 动动 性性 顺顺 序序K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au金金 属属 性性 由由 强强 逐逐 渐渐 减减 弱弱Zn2+2e Zn (Zn

21、2+/Zn) = -0.76VCu2+2e Cu (Cu2+/Cu) = 0.34V4. 判断氧化判断氧化 还原反应进行的程度还原反应进行的程度当氧化当氧化 还原反应达到平衡时，还原反应达到平衡时， E = + - - = 0，即：，即： + = -例：例：2Fe3+ + Sn2+ = 2Fe2+ + Sn4+平衡时，平衡时， += -:）24242323S()Sn(Fe()F(lg20.0592)/Sn(Snlg0.0592)/Fe(FencccecKecnccclg)()(lg23220.0592FSFeSn20.0592)/Sn(Sn)/Fe(Fe2242423）201083. 894.

22、20lgKK0.0592)/Sn(Sn)/Fe(Fe22423对于一般的氧化对于一般的氧化 还原反应：还原反应： lgK = n ( + - -)0.0592例：例：MnO4- + 8H+ + 5 Fe 2+ Mn2+ + 5 Fe3+ + 4H2O621045. 116.620.0592.771)0-(1.50750.0592)(5lg-KK 如：如： Pb2+ + Sn Pb + Sn2+ 35. 237. 0)137. 0(126. 0lgKK0.0592(-20.0592/Sn)(Sn-/Pb)(Pb(222一般说来一般说来(n = 2)， + - - 0.2V, 可以认为该可以认为该

23、氧化氧化 还原反应进行得较完全。还原反应进行得较完全。试用原电池符号表示当以试用原电池符号表示当以1mol/L盐酸为电解质，盐酸为电解质，pH2101.325kPa时，反应时，反应1/2H2（g）AgCl（s）Ag（s）HCl（aq）所构成的原电池，并计算出所构成的原电池，并计算出298K时的热力学平时的热力学平衡常数衡常数K的常用对数值。的常用对数值。已知：已知：A（H/H2）0.00V，A（AgCl/Ag，Cl）0.222V （）（）（Pt）H2（101.325kPa）HCl（1mol/L）AgCl（s）Ag（s）（），）（），lgK3.75 习题讲解习题讲解已知银锌电池的电池符号为：已知

24、银锌电池的电池符号为：Zn（s）| ZnO（s）| KOH（40%），），K2ZnO2（aq）| Ag2O | Ag（s），写出该电池的负极反应、正极反应及电池反），写出该电池的负极反应、正极反应及电池反应。应。 负极：负极：Zn2OH2eZn(OH)2 正极：正极：Ag2O2H2O4e2Ag4OH 电池反应：电池反应：2ZnAg2O2H2O2Ag2Zn(OH)2 科学家预言，燃料电池将成为科学家预言，燃料电池将成为2020世纪获得电力的重要途世纪获得电力的重要途径。因为燃料电池有很多的优点。它的能量转化率比火力径。因为燃料电池有很多的优点。它的能量转化率比火力发电高一倍多，环境污染少，节能。

25、按燃料电池化学成分发电高一倍多，环境污染少，节能。按燃料电池化学成分的不同，有氢、一氧化碳、联氨、醇和烃等类型；按电解的不同，有氢、一氧化碳、联氨、醇和烃等类型；按电解液的性质不同，可分为碱性、酸性、熔盐和固体电解质、液的性质不同，可分为碱性、酸性、熔盐和固体电解质、高聚物电解质、离子交换膜等类型。高聚物电解质、离子交换膜等类型。以渗透于多孔基质惰性导电物材料为电极，用以渗透于多孔基质惰性导电物材料为电极，用35%35%50%KOH50%KOH为电解液，天然气和空气为原料，构成的电池为碱为电解液，天然气和空气为原料，构成的电池为碱性燃料电池。请写出：性燃料电池。请写出：阳极反应：阳极反应： ；

26、阴极反应：阴极反应： ；电池总反应式：电池总反应式： 。 CH410OH8eCO327H2OO22H2O4e4OHCH42O22OHCO323H2O。用两种或多种碳酸盐的低熔点混合物为电解质，用两种或多种碳酸盐的低熔点混合物为电解质，例如例如Li2CO3 52%、Na2CO3 48%，采用吸渗锦粉，采用吸渗锦粉作阴极，多孔性氧化镁作阳极，以含一氧化碳为作阴极，多孔性氧化镁作阳极，以含一氧化碳为主要成分的阳极燃料气，混有主要成分的阳极燃料气，混有CO2的空气为阴极燃的空气为阴极燃气，在气，在650电池中发生电极反应，这种电池在国电池中发生电极反应，这种电池在国外已经问世。请写出有关的反应式。外已

27、经问世。请写出有关的反应式。阳极反应：阳极反应： ；阴极反应：阴极反应： ；电池总反应式：电池总反应式： 。 COCO322e2CO2O22CO24e2CO322COO22CO2制取镁有一次电解法与二次电解法：制取镁有一次电解法与二次电解法：一次电解：铁锅中溶有氯化镁与氯化钾，石墨为阳一次电解：铁锅中溶有氯化镁与氯化钾，石墨为阳极，铁锅为阴极。在极，铁锅为阴极。在700下电解生成的镁（熔点为下电解生成的镁（熔点为647）浮在电解质表面，电解是在惰性气氛保护下进行）浮在电解质表面，电解是在惰性气氛保护下进行的。的。（1）为什么要在惰性气氛下电解？）为什么要在惰性气氛下电解？（2）电解时电流效率不

28、高的原因何在？）电解时电流效率不高的原因何在？ 隔绝空气，防止高温下的隔绝空气，防止高温下的Mg被被O2氧化。氧化。电解时电流效率不高是由于电解生成的电解时电流效率不高是由于电解生成的Mg浮在电解质表面，与浮在电解质表面，与Cl2反应重新生成了反应重新生成了MgCl2。二次电解：电解质同上，石墨为阳极，铅（熔点为二次电解：电解质同上，石墨为阳极，铅（熔点为323）为阴极沉于电解槽底。电解得铅镁合金，取出冷）为阴极沉于电解槽底。电解得铅镁合金，取出冷却后，以它为阳极进行第二次电解，电解质仍为氯化镁与却后，以它为阳极进行第二次电解，电解质仍为氯化镁与氯化钾，以钢为阴极，在低于氯化钾，以钢为阴极，在

29、低于650的条件下电解，在阴的条件下电解，在阴极得到镁，与一次电解相比，电流效率明显提高，原因何极得到镁，与一次电解相比，电流效率明显提高，原因何在？在？ 二次电解法电流效率较高是由于两个原因所致：二次电解法电流效率较高是由于两个原因所致：第一阶第一阶段电解时，生成的段电解时，生成的Mg与与Pb形成了合金沉于槽底，避免了与形成了合金沉于槽底，避免了与Cl2反应；反应；第二阶段电解时，阳极：第二阶段电解时，阳极：Mg2eMg2，阴极：，阴极：Mg22eMg，此时已再无，此时已再无Cl2干扰之虑。干扰之虑。以金属锌（阴）和铜（阳）为电极组成电解槽，以金属锌（阴）和铜（阳）为电极组成电解槽，以含有酚

30、酞和淀粉的碘化钾水溶液为电解液。电以含有酚酞和淀粉的碘化钾水溶液为电解液。电解开始不久，阴极区溶液呈红色，而阳极区溶液解开始不久，阴极区溶液呈红色，而阳极区溶液仍为无色。过了相当长时间后阳极区溶液才呈蓝仍为无色。过了相当长时间后阳极区溶液才呈蓝紫色。紫色。（1）写出阴、阳极上发生的化学反应方程式；）写出阴、阳极上发生的化学反应方程式；（2）怎样才能使阳极区溶液在电解开始后不久）怎样才能使阳极区溶液在电解开始后不久即呈蓝紫色？即呈蓝紫色？ 换成不易和换成不易和I2反应的金属，如锡；或在电解前把铜极表面镀上锡。反应的金属，如锡；或在电解前把铜极表面镀上锡。 阴极：阴极：2H2O2eH22OH 阳极

31、：阳极：2I2eI2 2CuI22CuI在碱性溶液中，溴的电势图如下：在碱性溶液中，溴的电势图如下：问哪些离子能发生歧化反应？并写出有关的电极问哪些离子能发生歧化反应？并写出有关的电极反应和歧化反应的离子反应方程式。反应和歧化反应的离子反应方程式。（1）从电势图可看出Br2能歧化为Br与BrO。Br22OHBrBrOH2O；Br2作氧化剂的电极反应：Br22e2Br；Br2作还原剂的电极反应：Br24OH2BrO2H2O2e Br2歧化为Br与BrO3：3Br26OH5BrBrO33H2O；Br2作氧化剂的电极反应：Br22e2Br；Br2作还原剂的电极反应；Br212OH2BrO36H2O1

32、0e （2）BrO也能发生歧化反应：3BrO2BrBrO3；BrO作氧化剂的电极反应：BrOH2O2eBr2OH；BrO作还原剂的电极反应：BrO4OHBrO32H2O4e 周期表中汞与锌、铜等元素同族，试回答以下问题：周期表中汞与锌、铜等元素同族，试回答以下问题：（1）写出汞原子的核外电子排布式；）写出汞原子的核外电子排布式；（2）化合物中汞常为）化合物中汞常为1价或价或2价，而价，而1价汞以二聚价汞以二聚体形式存在，如体形式存在，如Hg2Cl2，Hg2(NO3)2等。试用电子式表示等。试用电子式表示Hg2Cl2和和Hg2(NO3)2的结构，并说明的结构，并说明Hg2Cl2分子的形状；分子的形状； （ClHgHgCl）直线型）直线型 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s2或或Xe4f145d106s2 （3）已知下列电对的标准电极电势。）已知下列电对的标准电极电势。Hg2/Hg220.905V，Hg22/Hg0.799，Ag/Ag0.800V，Cu2/Cu0.340V。试判断：。试判断：Ag与与Hg(NO3)2溶液能溶液能否反应？若能，则写出反应的离子方程式。若不能，否反应？若能，则写出反应的离子方程式。若不能，则说明理由；则说明理由；（