VIII氧化还原反应和电极电势ppt课件

1、第五章 氧化复原反响和电极电势 反响物之间有电子反响物之间有电子 转移的化学反响转移的化学反响n 当我们细心调查生命运动的化学根底时，便会发现新陈当我们细心调查生命运动的化学根底时，便会发现新陈代谢总是伴随着一连串的氧化代谢总是伴随着一连串的氧化-复原反响，伴随着电子从复原反响，伴随着电子从一个分子到另一个分子的转移。一个分子到另一个分子的转移。n例如氧化作用就是电子对从被熄灭的分子向氧的转移，并例如氧化作用就是电子对从被熄灭的分子向氧的转移，并在这一过程中释放熄灭热能。在这一过程中释放熄灭热能。n光协作用过程中，电子从水逐渐传送到辅酶光协作用过程中，电子从水逐渐传送到辅酶，使它复原，使它复原

2、并释放出氧等等。并释放出氧等等。n 第一节 氧化复原反响的根本概念第二节 原电池和电极电势第三节 电极电势的运用第四节 元素规范电极电势图和电势-pH图第五节 电解与化学电源本章主要内容四、氧化复原反响方程式的配平三、氧化复原电对第一节氧化复原反响的根本概念二、氧化剂和复原剂一、氧化值一、氧化值 n 1970年国际纯粹与运用化学结合会(IUPAC)确定： 氧化值定义为某元素一个原子的荷电数，这种荷电数由假设把每个化学键中的电子指定给电负性较大的原子而求得。如如 H : Cl H : Cl 电子接近电子接近ClCl一边一边 电负性电负性 H Cl H 0，那么该氧化复原反响可自发进展。，那么该氧

3、化复原反响可自发进展。当当 T =298.15 K 时，上式可改写为：时，上式可改写为：掌握掌握lnzFEKRTnlg0.05916VzEKn判别氧化复原反响进展程度的根据：判别氧化复原反响进展程度的根据：E越大，越大， lnK越大，反响越彻底。越大，反响越彻底。留意：留意：n为总反响的为总反响的电子转移数电子转移数2-3-2 化学平衡常数化学平衡常数 化学平衡常数化学平衡常数实验平衡常数实验平衡常数可逆反响：可逆反响：cC(g)+dD(g) yY(g)+zZ(g) c(Y)y c(Z)z Kc = c(C)c c(D)d p(Y)y p(Z)z Kp = p(C)c p(D)dKc 、 Kp

4、 数值和量纲随分压或浓度所用的单位不同而异(n=0除外)。n = (y+z) - (c+d)对于气相反响对于气相反响Kp = Kc(RT)n 规范平衡常数规范平衡常数如可逆反响：如可逆反响： S2-(aq) + 2H2O(l) H2S(g) + 2OH-(aq)K :量纲为量纲为“1。 p(H2S)/p c(OH-)/c 2 K = c(S2-)/c K 与温度有关，与压力所选单位无关。与温度有关，与压力所选单位无关。实验平衡常数有量纲，并与压力所选单位实验平衡常数有量纲，并与压力所选单位有关。有关。2+2+Zn(s)+Cu(aq) Zn(aq)+Cu(s)2+2+(Cu /Cu)(Zn /Z

5、n)EEE0.3394V( 0.7621V)1.1015V 2 1.1015Vlg37.240.05916V0.05916VzEK2eq372eq(Zn )1.7 10(Cu )ccKcc 很大，阐明反响正向进展得很完全。Kmol L-11.03815.9 10mol L例例 计算计算298.15 K时反响：时反响： Cr2O72- + 6Fe2+ + 14H+ 2Cr3+ + 6Fe3+ +7H2O的的规范平衡常数。规范平衡常数。解：查表得解：查表得E(Cr2O72-/Cr3+) = +1.33V， E(Fe3+/Fe2+) = +0.771VE= E(Cr2O72-/Cr3+) - E(F

6、e3+/Fe2+) = (l.33 0.771)V = 0.559V n = 6，那么 lgK= 56.66 ； K= 4.571056 K很大，阐明反响进展得很完全。lg0.05916VzEKn电极电势的运用电极电势的运用由电池反响设计电池，计由电池反响设计电池，计算一些非氧化复原反响平衡算一些非氧化复原反响平衡常数。常数。Cu + Cl2 Cu2+ + 2Cl- 组成原电组成原电池池补充题：知补充题：知E(PbSO4/Pb) = -0.356V，E(Pb2+/Pb) = -0.126V 求求Ksp(PbSO4)lg Ksp(PbSO4) =05916. 0)/()/(224PbPbEPbP

7、bSOE=05916. 0)126. 0(356. 02Ksp(PbSO4) = 1.710-8lg0.05916VzEKn=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：lnzFEKRTnlg0.05916VzEKnQnFRTEEln一、一、Nernst 方程方程1、电池电动势的、电池电动势的Nernst 方程方程 Nernst equation of electromotive force 重点重点bRed2)(aOx1)Ox2()Red1()(CCeCCQd 其中，其中， 对于反响对于反响 aOx1 + bRed2 = d Red1 + eOx2在非规范形状下在非规

8、范形状下298.15K时时QnEElg05916. 0注意2. 2. 纯固体或纯液体物质不写入纯固体或纯液体物质不写入 留意到：反响商Q写做电池电动势的Nernst方程变为beadccccQ2211RedOxOxRedbeadccccnFRT2211OxRedOxRedlnln_ ,EEQnFRTEEln2、电极电位的、电极电位的Nernst 方程方程整理得到：普通地： p Ox + ne- q Red这就是电极电位的Nernst方程beccnFRT22OxRed_lnadccnFRT11OxRedlnqpccnFRTRedOxOx/RedOx/Redln式中：式中：和和o 给定电极的电极电位

9、和规范电极电位，给定电极的电极电位和规范电极电位， R为气体常数，为气体常数， F为为Faraday常数，常数， T为绝对温度，为绝对温度， n为电极反响中转移电子数。为电极反响中转移电子数。 oRVVnFRTRedOxlnOx/RedOx/Red整理得：整理得：电极电位的电极电位的Nernst 方程方程banRedOxlg05916. 0Ox/RedOx/Red重点重点掌握掌握书写电极电位的书写电极电位的Nernst 方程式本卷须知：方程式本卷须知：banFRTRedOxlnOx/RedoOx/Red2+2+2+2+2+44842+222242(1)(Cu/Cu)(Cu/Cu)ln (Cu/

10、)2(2)(MnO /Mn )(MnO /Mn ) (MnO /) (H )/ln5(Mn )/(3)(O /H O)(O /H O)ln (O )/ (H )/4RTEEccFEEccccRTFccEERTppccF2+(1) Cu (aq)+2eCu(s)+2+42+22(2) MnO (aq)+8H (aq)+5eMn(aq)+4H O(l)(3) O (g)+4H (aq)+4e2H O(l)P155 实例实例l 一定温度下，对于给定的电极，氧化型物质或复原型物质的活度的变化将引起电极电势的变化；阐明l 增大氧化型物质的活度或降低复原型物质的活度，都会使电极电势增大；l 相反，降低氧化

11、型物质的活度或增大复原型物质的活度，将使电极电势减小。2+2+Sn(s)+Pb (aq)Sn (aq)+Pb(s)mol L ;cc2+2+-1(1) (Sn )= (Pb )=1.0mol L ,mol Lcc2+-12+-1(2) (Sn )=1.0(Pb )=0.0102+(Sn /Sn)0.1410VE 2+(Pb /Pb)0.1266VE 2+2+(Pb /Pb)(Sn /Sn)EE2+Pb /Pb2+Sn/Sn (2) 和 的电极电位分别为：2+Sn /Sn2+Pb /Pb0.05916V0.1266Vlg0.01020.1858V 2+2+(Sn /Sn)(Pb /Pb)EE2+

12、Pb /Pb2+Sn /Sn2+2+(Sn /Sn)(Sn /Sn)0.1410VEE 22+2+0.05916V(Pb)(Pb /Pb)(Pb /Pb)lg2cEEc+(Ag /Ag)(Ag /Ag) 0.05916V lg (Ag )/EEcc0.7991V+0.05916Vlg0.010=0.6808V 计算结果阐明：当计算结果阐明：当 Ag 浓度由浓度由 降降低低到到 时，电极电势相应地由时，电极电势相应地由 0.7991V减小到减小到 0.6806 V。 11.0 mol L10.010 mol L+(Ag /Ag)0.7991VE10.010 mol L+Ag /Ag解：解：298

13、.15K时，时， 电极的电极电势为：电极的电极电势为：+Ag /Ag3+2+(Fe /Fe )0.769VE3+1(Fe )1.0 mol Lc2+(Fe )c3+2+Fe /Fe3+2+Fe /Fe3+3+2+3+2+2+(Fe )/(Fe /Fe )(Fe /Fe )0.05916V lg(Fe )/ccEEcc1.00.769V0.05916V lg0.100.828V10.10 mol L11.0mol L10.10mol Ln酸度，沉淀的生成，弱电解质的生成，配离子的生成等= +1.62V= +1.51V + lg 0.05916 1.0 molL-1) ( 10.0 molL-1

14、)85 1.0 molL-1 c(MnO4-)=c(Mn2+)=1.0 molL-1,c(H+)=10.0 molL-1 计算：计算：E(MnO4-/Mn2+ )例例2 2：知：知:E (MnO4-/Mn2+ ) = +1.51V :E (MnO4-/Mn2+ ) = +1.51V 解解:电极反响电极反响 MnO4-+8H+ + 5e- Mn2+ + 4H2OZ E(MnO4-/Mn2+ )c(Mn2+)/c= (MnO4-/Mn2+ ) + lgE E 0.05916 c(MnO4-)/c c(H+)/c 8c(H+)c(H+)越大，越大，E E 值越大，值越大，即含氧酸盐在酸性介质中其氧化

15、性越强即含氧酸盐在酸性介质中其氧化性越强 2.2.酸度酸度= +1.62V计算：计算：E(MnO4-/Mn2+ )例例2 2：知：知:E (MnO4-/Mn2+ ) = +1.51V :E (MnO4-/Mn2+ ) = +1.51V c(H+)c(H+)越大，越大，E E 值越大，值越大，即含氧酸盐在酸性介质中其氧化性越强即含氧酸盐在酸性介质中其氧化性越强 计算结果计算结果c(MnO4-)/ mol L-1 1.01.0c(Mn2+)/ mol L-1 1.01.0c(H+)/ mol L-1 1.010.0E (MnO4-/Mn2+ )V+1.51+1.51E(MnO4-/Mn2+ )/V

16、+1.51+1.62Fe I CuSn2+2+Sn CuI Fe Cl在原电池中，电极电势较大的电极是原电池的正极，电极电势较小的电极是原电池的负极。例题例题原电池的电动势等于正极的电极电势减去负极的电极电势。+3+2+1(1) (Ag )= (Fe )= (Fe )=1.0mol L ;ccc+2+1(2) (Ag )= (Fe )=0.010mol L ,cc+(Ag /Ag)0.7991VE3+2+(Fe /Fe )0.769VE 3+(Fe )cc+3+2+(Ag /Ag)(Fe /Fe )EE+Ag /Ag3+2+Fe /Fe+Ag /Ag3+2+Fe /Fe +3+2+(Ag /A

17、g)(Fe /Fe )EEEEE0.7791V0.769V0.030V23+( )Pt |Fe (),Fe ()Ag ()|Ag( )ccc+Ag +eAg2+3+FeFe +e +2+3+Ag +FeAg+Fe+Ag /Ag3+2+Fe /Fe+(Ag /Ag)(Ag /Ag) 0.05916V lg (Ag )/EEcc0.7991V0.05916Vlg0.0100.6808V3+3+2+3+2+2+(Fe )/(Fe /Fe )(Fe /Fe ) 0.05916V lg(Fe )/ccEEcc1.00.769V0.05916Vlg0.0100.887V+3+2+(Ag /Ag)(Fe/F

18、e)EE3+2+Fe /Fe+Ag /Ag3+2+(Fe/Fe)(Ag /Ag)EEEEE0.887V0.6808V0.206V+-132+-1( )Ag|Ag (0.010mol L ) Fe (),Fe (0.010mol L )|Pt( )c= 原电池符号为：3+2+Fe+eFe +A gA g +e 3+2+Fe+Ag = Fe+Agl 从原电池的电动势与电极电势的关系来看，只需 l 时，氧化复原反响才干自动向正反响方向进展。 l 实践上，利用氧化剂和复原剂的相对强弱判别氧化复原反响方向更为方便。EEl 在氧化复原反响中，总是较强的氧化剂与较强的复原剂相互作用，生成较弱的复原剂和较弱的氧化剂。2+2+Zn(s)+Cu(aq) Zn(aq)+Cu(s)2+2+(Cu /Cu)(Zn /Zn)EEE0.3394V( 0.7621V)1.1015V 2 1.1015Vlg37.240.05916V0.05916VzEK2eq372eq(Zn )1.7 10(Cu )ccKcc 很大，阐明反响正向进展得很完全。Kmol L-11.03815.9 10mol L+Ag (aq