氧化还原反应和氧化还原滴定法学习教案

1、会计学1氧化还原氧化还原(hun yun)反应和氧化还原反应和氧化还原(hun yun)滴定法滴定法第一页，共143页。1. 1. 理解氧化值、氧化还原反应、氧化反应、还原反应、氧化剂、还原剂、理解氧化值、氧化还原反应、氧化反应、还原反应、氧化剂、还原剂、 氧化态、还原态、电对、电极电势、标准电极电势等基本概念。氧化态、还原态、电对、电极电势、标准电极电势等基本概念。2. 2. 能进行氧化还原反应方程式的配平及氧化值的计算。能进行氧化还原反应方程式的配平及氧化值的计算。3. 3. 掌握原电池的组成、原理、电极反应，了解原电池符号表示方法。掌握原电池的组成、原理、电极反应，了解原电池符号表示方法

2、。 4. 4.掌掌 握握NernstNernst方程，能利用方程，能利用NernstNernst方程计算氧化还原电对在不同条件下方程计算氧化还原电对在不同条件下 电极电势，并进行氧化剂，还原剂的强弱电极电势，并进行氧化剂，还原剂的强弱(qin ru)(qin ru)判断；氧化还原反应进行的判断；氧化还原反应进行的 方向和次序判断；选择氧化剂还原剂。方向和次序判断；选择氧化剂还原剂。5. 5. 会利用元素电势图判断歧化反应能否发生。会利用元素电势图判断歧化反应能否发生。6. 6. 掌握掌握KMnO4KMnO4滴定法及碘量法的原理，氧化还原滴定法的计算。滴定法及碘量法的原理，氧化还原滴定法的计算。

3、7. 7. 能利用氧化还原平衡的原理，进行物质的定量分析。能利用氧化还原平衡的原理，进行物质的定量分析。 学习学习(xux)目标目标第1页/共143页第二页，共143页。7.1氧化还原(hun yun)反应的基本概念 化学反应可分为两大类化学反应可分为两大类: :一类是在反应过一类是在反应过程中程中, ,反应物之间没有电子的转移；另一类，反应物之间没有电子的转移；另一类，反应物之间发生了电子的转移，这一类就是反应物之间发生了电子的转移，这一类就是(jish)(jish)氧化还原反应。氧化还原反应。第2页/共143页第三页，共143页。元素的氧化值（氧化数）：某元素一个原子的表观电荷数。假元素的

4、氧化值（氧化数）：某元素一个原子的表观电荷数。假设把每一个化学键中的电子指定给电负性更大的原子而求得。设把每一个化学键中的电子指定给电负性更大的原子而求得。确定氧化值的一般规则：确定氧化值的一般规则： 单质中元素的氧化值为零。单质中元素的氧化值为零。 中性分子中各元素的正负氧化值代数和为零。多原子中性分子中各元素的正负氧化值代数和为零。多原子离子中各元素原子正负氧值代数和等于离子电荷。离子中各元素原子正负氧值代数和等于离子电荷。 在共价在共价(n ji)(n ji)化合物中，共用电子对偏向于电负化合物中，共用电子对偏向于电负性大的元素的原子，原子的性大的元素的原子，原子的“形式电荷数形式电荷数

5、”即为它们的氧化值即为它们的氧化值。一一. 氧氧 化化 值值第3页/共143页第四页，共143页。第4页/共143页第五页，共143页。第5页/共143页第六页，共143页。第6页/共143页第七页，共143页。第7页/共143页第八页，共143页。氧化还原反应：凡化学反应中，反应前后元素的原子氧化值发氧化还原反应：凡化学反应中，反应前后元素的原子氧化值发生了变化的一类反应。如生了变化的一类反应。如 Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+ Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+ 氧化：失去电子，氧化值升高的过程氧化：失去电子，氧化值升高的过程(guchng)(guchng)。如。如:

6、Zn- : Zn- 2e=Zn2+2e=Zn2+ 还原：得到电子，氧化值降低的过程还原：得到电子，氧化值降低的过程(guchng)(guchng)。如：。如：Cu2+2e=CuCu2+2e=Cu 还原剂：反应中氧化值升高的物质。如还原剂：反应中氧化值升高的物质。如: Zn: Zn 氧化剂：反应中氧化值降低的物质。如：氧化剂：反应中氧化值降低的物质。如：Cu2+Cu2+ 氧化态物质：氧化数高的物质。氧化态物质：氧化数高的物质。 如：如：Cu2+Cu2+、Zn2+ Zn2+ 还原态物质：氧化数低的物质。还原态物质：氧化数低的物质。 如：如：CuCu、 Zn Zn 二二. 氧化氧化(ynghu)与还

7、原与还原第8页/共143页第九页，共143页。三三. 氧化还原氧化还原(hun yun)反应方程反应方程式的配平式的配平1. 1. 离子离子电子法电子法 配平原则：配平原则：（1 1）反应过程中氧化剂所夺得的电子数必）反应过程中氧化剂所夺得的电子数必须等于还原剂失去须等于还原剂失去(shq)(shq)的电子数；的电子数；（2 2）根据质量守恒定律，反应前后各元素）根据质量守恒定律，反应前后各元素的原子总数相等。的原子总数相等。 第9页/共143页第十页，共143页。H2O2 + I- H2O + I2（2）再将上述(shngsh)反应分解为两个半反应方程式（一个是氧化反应，一个是还原反应），并

8、分别加以配平，使每一半反应的原子数和电荷数相等（加一定数目的电子）。配平步骤配平步骤(bzhu)：第10页/共143页第十一页，共143页。 氧化反应(fnyng)H2O2 + 2H+ + 2e = 2H2O 还原反应(fnyng) 对I-来说，必须有2个氧化为I2，2I- I2再根据(gnj)反应式两边不但电子数要相等，同时电荷数也要相等的原则，可确定所失去电子数为2，则得： 对于H2O2被还原为H2O来说，需要去掉一个O原子，为此可在反应式的左边(zu bian)加上2个H+（因为反应在酸性介质中进行），使所去掉的O原子变成H2O，H2O2 + 2 H+ 2 H2O然后再根据离子电荷数可确

9、定所得到的电子数为2。 第11页/共143页第十二页，共143页。（3）根据氧化剂得到(d do)的电子数和还原剂失去的电子数必须相等的原则，以适当系数乘氧化反应和还原反应，然后将两个半反应方程式相加就得到(d do)一个配平了的离子反应方程式。 第12页/共143页第十三页，共143页。 在半反应方程式中，如果反应物和生成物内所含的氧原子数目不同，可以根据(gnj)介质的酸碱性，分别在半反应方程式中加H+或OH或H2O，并利用水的电离平衡使反应式两边的氧原子数目相等。介质条件 比较方程式两边氧原子数 配平时左边应加入物质 生成物 酸 性左边O多H+H2O左边O少 H2OH+ 碱 性左边O多

10、H2OOH左边O少 OHH2O中性（或弱碱性）左边O多H2OOH左边O少H2O（中性）H+OH（弱碱性）H2O第13页/共143页第十四页，共143页。平非氧化还原部分的原子数平非氧化还原部分的原子数目。目。第14页/共143页第十五页，共143页。步骤：步骤：（1）写出反应）写出反应(fnyng)物和生成物的分子式，标出氧化物和生成物的分子式，标出氧化值有变化的元素，计算出反应值有变化的元素，计算出反应(fnyng)前后氧化值变化的前后氧化值变化的数值。数值。 （5）2 +7 2 +2 0 KMnO4 + H2S + H2SO4 MnSO4 + S +K2SO4+H2O （+2）5第15页/

11、共143页第十六页，共143页。（2）根据氧化值降低总数和氧化值升高总数必面相等的原则，在氧化剂和还原剂前面(qin mian)乘上适当的系数。KMnO4 + 5H2S 2MnO4 + 5S + K2SO4第16页/共143页第十七页，共143页。方程式两边H原子总数(zngsh)相等。配平的方程式为：2KMnO4 + 5H2S + 3 H2SO4 = 2MnO4 + 5S + K2SO4 + 8H2O第17页/共143页第十八页，共143页。有时在有些反应中，同时出现几种原子被氧化(ynghu)，例如硫化亚铜和硝酸的反应： （+1）23 （3）10 +1 2 +5 +2 +6 +2Cu2S

12、+ HNO3 Cu(NO3)2 + H2SO4 + NO （+8）3 根据元素(yun s)的氧化值的增加和减少必须相等的原则，Cu2S和HNO3的系数分别为3和10，得到下列不完全方程式3Cu2S + 10HNO3 Cu(NO3)2 +3 H2SO4 + 10NO第18页/共143页第十九页，共143页。对于N原子，发现(fxin)生成6个Cu (NO3)2，还需消耗12个HNO3，于是HNO3的系数变为22。 3Cu2S + 22HNO3 = 6Cu(NO3)2 + 3H2SO4 + 10NO 最后(zuhu)配平H、O原子，找出H2O的分子数3Cu2S + 22HNO3 = 6Cu(NO

13、3)2 + 3H2SO4 + 10NO + 8 H2O 第19页/共143页第二十页，共143页。7 .2 电极电势电极电势 一一. .原电池原电池 把一块锌放入把一块锌放入 CuSO4 CuSO4溶液中，锌开始溶解，溶液中，锌开始溶解，而铜从溶液中析出。反应的离子方程式而铜从溶液中析出。反应的离子方程式 Zn Zn（s s）+ Cu2+ Cu2+（aqaq） Zn2+ Zn2+（aqaq）+ + CuCu（s s） 这是一个可自发进行的氧化还原反应，由于这是一个可自发进行的氧化还原反应，由于氧化剂与还原剂直接接触，电子直接从还原剂转氧化剂与还原剂直接接触，电子直接从还原剂转移移(zhuny)

14、(zhuny)到氧化剂，无法产生电流。到氧化剂，无法产生电流。 第20页/共143页第二十一页，共143页。第21页/共143页第二十二页，共143页。 原原 电电 池池 结结 构构第22页/共143页第二十三页，共143页。 如果用一个灵敏电流计（如果用一个灵敏电流计（A A）将图中两金属片联接起来：）将图中两金属片联接起来： 电流表指针发生偏移，说明有电流发生。电流表指针发生偏移，说明有电流发生。 在铜片上有金属铜沉积上去，而锌片被溶解。在铜片上有金属铜沉积上去，而锌片被溶解。 取出盐桥，电流表指针回至零点；取出盐桥，电流表指针回至零点； 放入盐桥时，电流表指针又发生偏移。说明了盐桥使放入

15、盐桥时，电流表指针又发生偏移。说明了盐桥使整个装置构成通路的作用。整个装置构成通路的作用。 原电池：借助于氧化还原反应产生电流的装置。原电池：借助于氧化还原反应产生电流的装置。 在原电池中，组成原电池的导体在原电池中，组成原电池的导体( (如铜片和锌片如铜片和锌片) )称为电极。称为电极。 规定规定: : 电子电子(dinz)(dinz)流出的电极称为负极流出的电极称为负极, ,负极上发生氧化反负极上发生氧化反应应; ;电子电子(dinz)(dinz)进入的电极称为正极进入的电极称为正极, ,正极上发生还原反应。正极上发生还原反应。第23页/共143页第二十四页，共143页。 在在CuCuZn

16、Zn原电池中：原电池中： 负极（负极（ZnZn）：）： Zn Zn（s s） 2e 2e Zn2 Zn2（aqaq） 发生氧化反应发生氧化反应 还原剂还原剂ZnZn：氧化数升高：氧化数升高(shn o)(shn o)变为变为Zn2Zn2 正极（正极（CuCu）：）： Cu2+ Cu2+（aqaq） 2e Cu 2e Cu（s s） 发生还原反应发生还原反应 氧化剂氧化剂Cu2+Cu2+：氧化数降低变为：氧化数降低变为CuCu Cu CuZnZn原电池的电池反应为原电池的电池反应为 Zn Zn（s s）Cu2+ Cu2+ （aqaq） Zn2 Zn2（aqaq）十）十CuCu（s s）第24页/

17、共143页第二十五页，共143页。（一）（一）ZnZnSO4ZnZnSO4（clcl） CuSO4 CuSO4（c2c2）CuCu（）（） 把负极（一）写在左边，正极（）写在右边。其中把负极（一）写在左边，正极（）写在右边。其中“”“”表示金表示金属和溶液两相之间的接触界面，属和溶液两相之间的接触界面，“”“”表示盐桥，表示盐桥，c c表示溶液的浓度，表示溶液的浓度，当溶液浓度为当溶液浓度为1molL1molL1 1时，可不写。时，可不写。 “ “半电池半电池” ” ：由同一种元素不同氧化值的两种物质构成。一种是：由同一种元素不同氧化值的两种物质构成。一种是处于低氧化值的物质（还原态物质）；另

18、一种是处于高氧化值的物质（处于低氧化值的物质（还原态物质）；另一种是处于高氧化值的物质（氧化态物质）。氧化态物质）。 原电池由两个原电池由两个(lin )(lin )半电池组成的。半电池组成的。 原电池(dinch)电池(dinch)符号：第25页/共143页第二十六页，共143页。Zn和和Cr2O72-Cr3+。氧化氧化(ynghu)还原电对：还原电对：第26页/共143页第二十七页，共143页。 任一自发的氧化还原反应都可以组成一个原电池。任一自发的氧化还原反应都可以组成一个原电池。 在用在用 Fe3+Fe2+、Cl2Cl一、一、O2OH一等电对作为半电池时一等电对作为半电池时，可用金属铂

19、或其他惰性导体作电极。，可用金属铂或其他惰性导体作电极。 氧化态物质和还原态物质在一定条件下，可以互相转化；氧化态物质和还原态物质在一定条件下，可以互相转化； 氧化态氧化态 (Ox) 十十 ne 还原态还原态 ( Red) 式中式中n表示互相转化时得失电子数。表示互相转化时得失电子数。 半电池反应半电池反应(电极反应电极反应):表示氧化态物质和还原态物质之间相互转化的表示氧化态物质和还原态物质之间相互转化的关系式。电极反应包括参加关系式。电极反应包括参加(cnji)反应的所有物质，不仅仅是有氧化反应的所有物质，不仅仅是有氧化值变化的物质。如电对值变化的物质。如电对Cr2O72-Cr3+ ，对应

20、的电极反应为，对应的电极反应为Cr2O72- 6e14H+ Cr3+ 7H2O。 第27页/共143页第二十八页，共143页。 例例7-3将下列将下列(xili)氧化还原反应设计成原电池，并写出氧化还原反应设计成原电池，并写出它的原电池符号。它的原电池符号。 (1)Sn2 + Hg2Cl2 Sn4+ + 2Hg + 2Cl- (2)Fe2+(0.10molL1)Cl2(100kPa) Fe3+ ( 0.10molL1 ) + 2Cl- (2.0molL1 ) 第28页/共143页第二十九页，共143页。第29页/共143页第三十页，共143页。电极电势的产生电极电势的产生: : 以以MMnMM

21、n为例：金属晶体内有金属原子，金属为例：金属晶体内有金属原子，金属阳离子和共用电子。阳离子和共用电子。M M放入放入MnMn中：一方面，金属表面构成晶格的金属离子和中：一方面，金属表面构成晶格的金属离子和极性大的极性大的H2OH2O分子相互吸引，从而使金属具有一种以水合分子相互吸引，从而使金属具有一种以水合离 子 的 形 式 进 入 金 属 表 面 附 近 的 溶 液 中 的 倾 向离 子 的 形 式 进 入 金 属 表 面 附 近 的 溶 液 中 的 倾 向(qngxing)(qngxing)。 金属越活泼，溶液越稀，这种倾向金属越活泼，溶液越稀，这种倾向(qngxing)(qngxing)

22、就越大。就越大。二二. 电极电势电极电势第30页/共143页第三十一页，共143页。表面的倾向：表面的倾向：金属越不活泼，金属越不活泼，溶液越浓，这溶液越浓，这种倾向就越大。种倾向就越大。图图 金属金属(jnsh)(jnsh)的电的电极电势极电势 第31页/共143页第三十二页，共143页。（2）M不活泼 沉积占主导M正电荷，电极电位，M的氧化(ynghu)能力强。通常用来判断电对物质的氧化(ynghu)还原能力第32页/共143页第三十三页，共143页。（a）电势差）电势差E=V2V1 （b）电势差）电势差E=V2V1 图图8-2 金属金属(jnsh)的电极电势的电极电势 氧化还原氧化还原(

23、hun yun)(hun yun)电对的电极电势电对的电极电势: :金属与其盐溶液金属与其盐溶液接触界面之间的电势差接触界面之间的电势差, ,简称为该金属的电极电势。简称为该金属的电极电势。第33页/共143页第三十四页，共143页。 氧化还原电对不同，对应氧化还原电对不同，对应(duyng)(duyng)的电解质溶的电解质溶液的浓度不同，它们的电极电势就不同。液的浓度不同，它们的电极电势就不同。 若将两种不同电极电势的氧化还原电对以原电若将两种不同电极电势的氧化还原电对以原电池的方式联接起来，两极之间有一定的电势差，会池的方式联接起来，两极之间有一定的电势差，会产生电流。产生电流。第34页/

24、共143页第三十五页，共143页。第35页/共143页第三十六页，共143页。 将铂片镀上一层蓬松的铂（称铂黑），浸入将铂片镀上一层蓬松的铂（称铂黑），浸入H H离子浓离子浓度为度为 lmolL lmolL1 1的稀硫酸溶液的稀硫酸溶液(rngy)(rngy)中，在中，在298.15K298.15K时不时不断通入压力为断通入压力为100KPa100KPa的纯氢气流，这时氢被铂黑所吸收，此的纯氢气流，这时氢被铂黑所吸收，此时被氢饱和了的铂片就像由氢气构成的电极一样。铂片在标时被氢饱和了的铂片就像由氢气构成的电极一样。铂片在标准氢电极中只是作为电子的导体和氢气的载体，并未参加反准氢电极中只是作为电

25、子的导体和氢气的载体，并未参加反应。应。H2H2电极与溶液电极与溶液(rngy)(rngy)中的中的H H离子建立了如下平衡离子建立了如下平衡: : H2 H2（g g） 2 H 2 H (aq) + 2e (aq) + 2e第36页/共143页第三十七页，共143页。规定规定(gudng)：标准氢电极的电极电势为零：标准氢电极的电极电势为零， 即即 (HH2) = 0.0000V图图标准标准(biozhn)氢电极氢电极第37页/共143页第三十八页，共143页。 金属汞和金属汞和Hg2Cl2及及KCl溶液组成的电极。内玻璃管中封接一根溶液组成的电极。内玻璃管中封接一根(y n)铂丝，铂丝插入

26、纯汞中（厚度为铂丝，铂丝插入纯汞中（厚度为0.51cm），下置一层甘汞），下置一层甘汞（Hg2Cl2 ）和汞的糊状物，外玻璃管中装入）和汞的糊状物，外玻璃管中装入KCl溶液，即构成甘汞溶液，即构成甘汞电极。电极下端与待测溶液接触部分是熔结陶瓷芯或玻璃砂芯等多电极。电极下端与待测溶液接触部分是熔结陶瓷芯或玻璃砂芯等多孔物质或是一毛细管通道。孔物质或是一毛细管通道。 甘汞电极可以写成甘汞电极可以写成 Hg，Hg2Cl2（S） KCl 电极反应：电极反应：Hg2Cl2(s)+ 2e 2Hg（1）2Cl(aq） 当温度一定时，不同浓度的当温度一定时，不同浓度的KCl溶液使甘汞电极的电势具有不溶液使甘汞

27、电极的电势具有不同的恒定值。同的恒定值。2. 甘汞甘汞(n n)电极电极第38页/共143页第三十九页，共143页。 使用标准氢电极不方便，一般使用标准氢电极不方便，一般常用常用(chn yn)易于制备、使用易于制备、使用方便且电极电势稳定的甘汞电极或方便且电极电势稳定的甘汞电极或氯化银电极等作为电极电势的对比氯化银电极等作为电极电势的对比参考，称为参比电极。参考，称为参比电极。 如：右图的甘汞电极：如：右图的甘汞电极：Pt Hg Hg2Cl2 Cl-第39页/共143页第四十页，共143页。1-导线；导线；2-绝缘体；绝缘体；3-内部电极；内部电极；4-橡皮橡皮(xingp)帽；帽；5-多孔

28、物质；多孔物质；6-饱和饱和KCl溶液溶液图图-甘汞电极甘汞电极表表7-2 甘汞甘汞(n n)电极的电极电势电极的电极电势 KCl浓度浓度 饱饱 和和 1molL1 0.1molL1 电极电势电极电势/V +0.2445 +0.2830 +0.3356第40页/共143页第四十一页，共143页。3 . Ag-AgCl 电极电极(dinj) 银丝镀上一层AgCl，浸在一定浓度的KCl溶液(rngy)中，即构成银-氯化银电极（下图），可以写成Ag，AgCl(s) | KCl 电极(dinj)反应为：AgCl(s)+e Ag(s)+Cl(aq) 第41页/共143页第四十二页，共143页。4. 4.

29、 标准电极电势的测定标准电极电势的测定(cdng) (cdng) 电极的标准电极电势可通过实验电极的标准电极电势可通过实验方法测得。方法测得。未知未知 的测定的测定: 标准标准(biozhn)氢电极氢电极与待测电极组成原与待测电极组成原电池后电池后,测其电池反测其电池反应的电动势应的电动势E。第42页/共143页第四十三页，共143页。例如，测定锌电极例如，测定锌电极(dinj)(dinj)的标准电极的标准电极(dinj)(dinj)电势，电势， Zn- Zn-H2H2在标准条件下组成电池：在标准条件下组成电池：( ()Zn2+(lmolL)Zn2+(lmolL1)|ZnH2(100KPa)|

30、H+(lmolL1)|ZnH2(100KPa)|H+(lmolL1)|Pt(1)|Pt() ) 测定时，根据电势计指针偏转方向，可知电流是由氢电测定时，根据电势计指针偏转方向，可知电流是由氢电极极(dinj)(dinj)通过导线流向锌电极通过导线流向锌电极(dinj)(dinj)（电子由锌电极（电子由锌电极(dinj)(dinj)流向氢电极流向氢电极(dinj)(dinj)）。所以氢电极）。所以氢电极(dinj)(dinj)是正是正极，锌电极极，锌电极(dinj)(dinj)为负极。为负极。 测得电池的电动势。测得电池的电动势。 E E 0.7618V 0.7618V 因为因为 (H(HH2)

31、 H2) 0.0000V 0.0000V 所以所以 (Zn2+/Zn) (Zn2+/Zn) 0.7618V0.7618V第43页/共143页第四十四页，共143页。 用类似的方法可以测得一系列电对的标准电极电势，按电极用类似的方法可以测得一系列电对的标准电极电势，按电极电势的代数值递增顺序排列的。该表称为标准电极电势表，可以电势的代数值递增顺序排列的。该表称为标准电极电势表，可以看出：看出： 电极电势代数值越小，电对的还原态物质还原能力越强，电极电势代数值越小，电对的还原态物质还原能力越强，氧化态物质氧化能力越弱；电极电势代数值越大，电对的还原态氧化态物质氧化能力越弱；电极电势代数值越大，电对

32、的还原态物质还原能力越弱，氧化态物质氧化能力越强。物质还原能力越弱，氧化态物质氧化能力越强。(1) (1) 代数值是反映物质得失电子倾向的大小，代数值是反映物质得失电子倾向的大小， 如如ZnZn比比H2H2更容易失去电子，它与物质的数量无关。更容易失去电子，它与物质的数量无关。 电极反应式乘以任何常电极反应式乘以任何常数数(chngsh), (chngsh), 代数值不变。代数值不变。 代数值与半反应写法无代数值与半反应写法无关。关。 第44页/共143页第四十五页，共143页。第45页/共143页第四十六页，共143页。第46页/共143页第四十七页，共143页。 电 对 电 极 反 应 (

33、V) Na+/Na Na+(aq)+e- Na(s) -2.71 Zn2+/Zn Zn2+(aq)+2e- Zn(s) -0.7618 H+/H2 2H+(aq)+2e- H2 (g) 0.0000 Cu2+/Cu Cu2+(aq)+2e- Cu(s) 0.3419 O2/OH O2(g)+2H2O+4e- 4 OH(aq) 0.401 F2/F F2(g)+2e- F(aq) 2.866 氧化能力逐渐增强氧化能力逐渐增强还原能力逐渐增强还原能力逐渐增强第47页/共143页第四十八页，共143页。第48页/共143页第四十九页，共143页。 a氧化态氧化态 十十 ne b还原态还原态 （1）

34、式中式中R为气体常数为气体常数(chngsh)；F为法拉弟常数为法拉弟常数(chngsh)；T为热为热力学温度；力学温度；n为电极反应得失的电子数。为电极反应得失的电子数。 在温度为在温度为298.15K时，将各常数时，将各常数(chngsh)值代入式（值代入式（1） （2） (2)式为电极电势的能斯特方程式，简称能斯特方程式。式为电极电势的能斯特方程式，简称能斯特方程式。 baccnFRT)还原态(氧化态）(ln四四. 影响影响(yngxing)电极电极电势的因素电势的因素baccnV)还原态(氧化态）(lg059. 01. 能斯特方程能斯特方程(fngchng)第49页/共143页第五十页

35、，共143页。 (1)组成电对的物质为固体或纯液体组成电对的物质为固体或纯液体(yt)时，它们的浓度时，它们的浓度不列入方程式中不列入方程式中,气体物质用相对压力气体物质用相对压力 p 表示。表示。 例如：例如： Zn2+(aq) 2e Zn (Zn2+/Zn) = （Zn2+/Zn） Br2 (l) 2e 2 Br(aq) (Br2/Br)= （Br2/Br） 2H(aq ) 2e H2 (g) (H+/H2)= （H+/H2）pcZnc/ )(lg2059. 02)(1lg2059. 02Brc注意注意(zh y)以下问题以下问题:pHpHc/ )()(lg2059. 022第50页/共1

36、43页第五十一页，共143页。 例：例： 计算计算(j sun)当当Cl -浓度为浓度为0.100molL-1, p(Cl2)=303.9kPa时，求组成电对的电极电势。时，求组成电对的电极电势。 解：解： Cl2 (g) + 2e 2 Cl(aq) 由附表查得由附表查得 (Cl2/Cl-) = 1.359V(Cl2/Cl-)= (Cl2 /Cl-) = 1.359 )(/ )(lg2059. 022ClcpClpV43. 1)100. 0(100/9 .303lg2059. 02第51页/共143页第五十二页，共143页。第52页/共143页第五十三页，共143页。3+2+Fe +eFe0.

37、771V 例：例：已知 ，试求:c(Fe3+) =1.00 molL-1，c(Fe2+)=0.00100 molL-1时电对的电极电势。第53页/共143页第五十四页，共143页。33+2+3+2+20.0592()(Fe /Fe )(Fe /Fe )lg1()0.05921.000.771lg0.95V10.00100c Fec Fe第54页/共143页第五十五页，共143页。第55页/共143页第五十六页，共143页。 例例: 298K时，在时，在Fe3、Fe2的混合溶液中加入的混合溶液中加入NaOH时，有时，有Fe(OH)3、Fe(OH)2沉淀生成（假设无其它反应发生）。当沉淀反应沉淀生

38、成（假设无其它反应发生）。当沉淀反应达到平衡达到平衡,并保持并保持(boch)c(OH-)=1.0molL-1时。时。求求 (Fe3+Fe2+)=? 解解 : Fe3(aq) e Fe2+（aq） 加加NaOH发生如下反应发生如下反应: Fe3+(aq)3OH- (aq) Fe(OH)3（s） (1) Fe2+(aq)2OH- (aq) Fe(OH)2（s） (2) )()(1)(13331OHcFecOHFeKKsp)()(1)(12222OHcFecOHFeKKsp第56页/共143页第五十七页，共143页。 平衡平衡(pnghng)时时, c(OH-)=1.0molL-1 则则 = Ks

39、p Fe(OH)3 = Ksp Fe(OH)2 (Fe3+Fe2+)= (Fe3+Fe2+) = (Fe3+Fe2+）+ =0.771 = 0.54V333)()()(OHcOHFeKFecsp222)()()(OHcOHFeKFecsp)()(lg059. 023FecFec)()(lg059. 023OHFeKOHFeKspsp1739109 . 4106 . 2lg059. 0第57页/共143页第五十八页，共143页。 根据标准电极电势的定义根据标准电极电势的定义, c(OH-)=1.0molL-1时，时， (Fe3+Fe2+)就是就是(jish)电极反应电极反应Fe(OH)3 + e

40、 Fe(OH)2+OH的标准电极电势的标准电极电势 Fe(OH)3Fe(OH)2。即。即 Fe(OH)3Fe(OH)2 = (Fe3+Fe2+)+ )()(lg059. 023OHFeKOHFeKspsp第58页/共143页第五十九页，共143页。spKspKspK第59页/共143页第六十页，共143页。例例:：计算说明：计算说明(shumng)；（1）标准态下）标准态下Fe3+能否将能否将I-氧化成氧化成 I2，写出相应的电极反应，写出相应的电极反应，电池反应。，电池反应。（2）若在反应体系中加入固体）若在反应体系中加入固体NaF，使平衡后，使平衡后，c（F-）=1.0 molL-1，且使

41、其他物质处于标准态。求反应自发进行，且使其他物质处于标准态。求反应自发进行的方向。的方向。 第60页/共143页第六十一页，共143页。I-I2。3+2FeFee3+2FeFee3+2+(Fe /Fe )0.771V3+2+(Fe /Fe )0.771V2I +22Ie2(I /I )0.536V3+222Fe +2II +2Fe3+2+2(Fe /Fe )(I /I )第61页/共143页第六十二页，共143页。3+36Fe +6FFeF 121.25 10K3116(FeF ) 1.01.0cmol Lxmol L 13663-6+(FeF )(Fe)(F)1.0(1.0)cKxccx33

42、 +2 +3 +2 +23 +2 +1 2()( F e/F e)( F e/F e)0 .0 5 9 2 lg()1( F e/F e)0 .0 5 9 2 lg10 .7 7 10 .0 5 9 2 lg0 .0 5 5 V1 .2 51 0cF ecF eK第62页/共143页第六十三页，共143页。2+3262Fe +12FI2FeF 2IFe3+氧化氧化(ynghu)I- 为为I2，反应自发进行的方，反应自发进行的方向为向为:3+2+2(Fe /Fe )(I /I )第63页/共143页第六十四页，共143页。第64页/共143页第六十五页，共143页。 例例: 已知电极反应已知电极

43、反应 (NO3-NO)=0.96V。求：。求：c(NO3-) =1.0molL-1, p(NO)=100KPa, c(H+)=1.010-7molL-1 时的时的(NO3-NO)。 解解: (NO3-NO) = (NO3-NO) =0.96V+ =0.96V-0.55V=0.41V 可见可见(kjin)，NO3-的氧化能力随酸度的降低而降低。所以的氧化能力随酸度的降低而降低。所以浓浓HNO3氧化能力很强，而中性的硝酸盐（氧化能力很强，而中性的硝酸盐（KNO3）溶液氧化能）溶液氧化能力很弱。力很弱。 pNOpHcNOc/ )()()(lg3059. 043100/100)100 . 1 (0 .

44、 1lg3059. 047第65页/共143页第六十六页，共143页。33432AsO2H2AsOH O,0.559eV解：解： 则则: 33143(AsO )(AsO )1.00mol Lcc81(H )1.0 10 mol Lc323333443433382()()0.0592(AsO/AsO )(AsO/AsO )lg2()0.05920.559lg(1.0 10 )0.085V2c AsOcHc AsO第66页/共143页第六十七页，共143页。 可以看出，氧化态或还原态物质离子浓度的改变对电可以看出，氧化态或还原态物质离子浓度的改变对电极电势有影响极电势有影响(yngxing)，但在

45、通常情况下影响，但在通常情况下影响(yngxing)不大。另外介质的酸碱性对含氧酸盐氧化性的不大。另外介质的酸碱性对含氧酸盐氧化性的影响影响(yngxing)较大，一般来说，含氧酸盐在酸性介质中较大，一般来说，含氧酸盐在酸性介质中表现出较强的氧化性。表现出较强的氧化性。 第67页/共143页第六十八页，共143页。 在组成原电池在组成原电池(dinch)的两个半电池的两个半电池(dinch)中，电中，电极电势代数值较大的一个半电池极电势代数值较大的一个半电池(dinch)是原电池是原电池(dinch)的正极，代数值较小的一个半电池的正极，代数值较小的一个半电池(dinch)是原是原电池电池(d

46、inch)的负极。原电池的负极。原电池(dinch)的电动势等于正极的电动势等于正极的电极电势减去负极的电极电势：的电极电势减去负极的电极电势： E (+)(-) 7.3 电极电势的应用电极电势的应用(yngyng)一一. 计算计算(j sun)原电池的电原电池的电动势动势E第68页/共143页第六十九页，共143页。 例：例： 计算下列原电池的电动势，并指出正、负极计算下列原电池的电动势，并指出正、负极(fj)Zn Zn2(0.100 molL1) Cu2(2.00 molL1) Cu 解：解： 先计算两极的电极电势先计算两极的电极电势 (Zn2+Zn)= (Zn2+Zn)+ = 0.763

47、 =0.793V (作负极作负极(fj)） (Cu2+Cu) = (Cu2+Cu)+ = 0.3419 + = 0.351V（作正极）（作正极） 故故 E (+) (-)= 0.351（0.793）1.14V)(lg2059. 02Cuc00. 2lg2059. 0)(lg2059. 02Znc)100. 0lg(2059. 0第69页/共143页第七十页，共143页。 MnO4-/Mn2+ ，Fe3+/Fe2+ ，I2/I- 第70页/共143页第七十一页，共143页。第71页/共143页第七十二页，共143页。第72页/共143页第七十三页，共143页。第73页/共143页第七十四页，共1

48、43页。 电动势电动势 E 反应正向进行反应正向进行 E 反应处于平衡反应处于平衡 E 反应逆向进行反应逆向进行 如果在标准状态下，则可用如果在标准状态下，则可用或或 进行判断。进行判断。 在氧化还原反应组成的原电池中，使反应物中的氧化剂电对作正极，还原剂电对电极作负极，比较在氧化还原反应组成的原电池中，使反应物中的氧化剂电对作正极，还原剂电对电极作负极，比较(bjio)两电极的电极电势值的相对大小即可判断氧化还原反应的方向。两电极的电极电势值的相对大小即可判断氧化还原反应的方向。三三. 判断氧化还原反应进行判断氧化还原反应进行(jnxng)的方向的方向E第74页/共143页第七十五页，共14

49、3页。 例如例如 2Fe3(aq)Sn2+(aq) 2Fe2(aq)Sn4+(aq)在标准状态下，反应是从左向右进行还是从右向左进在标准状态下，反应是从左向右进行还是从右向左进行？行？ 查表：查表： (Sn4+/Sn2+)= 0.151V, (Fe3+/Fe2+)= 0.771V (Fe3+/Fe2+) (Sn4+/Sn2+），）， Fe3+/Fe2+作作正极正极,反应中反应中Sn2给出电子给出电子(dinz)，而，而Fe3接受电子接受电子(dinz)，所以反应是自发地从左向右进行。，所以反应是自发地从左向右进行。 第75页/共143页第七十六页，共143页。n当当E 0.5V，一般不会因浓，

50、一般不会因浓度变化而使度变化而使E 值改变符号；值改变符号；而而E 0.2V，离子浓度改变，离子浓度改变时，氧化还原反应的方向常因时，氧化还原反应的方向常因反应物的浓度和酸度的变化，反应物的浓度和酸度的变化，可能产生逆转。可能产生逆转。第76页/共143页第七十七页，共143页。 例： 判断下列反应能否自发进行(jnxng)？Pb2+(aq,0.10 molL-1)Sn(s) Pb(s)Sn2+(aq,1.0 molL-1) 解： 先计算E 查表 Pb22e Pb (Pb2+/Pb)= - 0.1262V Sn22e Sn (Sn2+/Sn= - 0.1375V 在标准状态下反应式中，Pb2+

51、为较强氧化剂，Sn2+为较强还原剂，因此 =0.1262（0.1375）=0.0113V E 0.2V =0.0113-0.030= -0.019V（0） 反应自发向逆方向进行(jnxng)。 )Sn/Sn()Pb/Pb(E220 . 110. 0lg2059. 00113. 0)()(lg2059. 0)(lg2059. 0)/()(lg2059. 0)/(222222SncPbcESncSnSnPbcPbPbE第77页/共143页第七十八页，共143页。 有有H+和和OH一参加一参加(cnji)的氧化还原反应，溶液的酸度对氧化还原电的氧化还原反应，溶液的酸度对氧化还原电对的电极电势有影响，

52、从而有可能影响反应的方向。对的电极电势有影响，从而有可能影响反应的方向。 例如碘离子与砷酸的反应为：例如碘离子与砷酸的反应为： H3AsO4 + 2I- + 2H+ HAsO2 + I2 +2H2O 其氧化还原半反应为：其氧化还原半反应为： H3AsO4 + 2H+ +2e HAsO2 +2H2O (H3AsO4/ HAsO2)=+0.56 V I2 +2e 2I- (I2I)= +0.5355V 从标准电极电势来看，从标准电极电势来看，I2不能氧化不能氧化HAsO2；相反；相反H3AsO4能氧化能氧化I- 。但但H2AsO4HAsO2电对的半反应中有电对的半反应中有H+参加参加(cnji)。

53、 第78页/共143页第七十九页，共143页。如果如果(rgu)在溶液中加入在溶液中加入NaHCO3使使pH8，即，即c(H+)由标准状态由标准状态时的时的l molL-1降至降至 10-8molL-1，而其他物质的浓度仍为，而其他物质的浓度仍为 l molL-1，则则 (H3AsO4/ HAsO2)= (H3AsO4/ HAsO2)+ =0.56 + =0.088V 而而(I2I-)不受不受c(H+)的影响。的影响。 这时这时 (I2I-) (H3AsO4/ HAsO2)，反应自右向左进行，反应自右向左进行，I2能氧化能氧化HAsO2。)()()(lg2059. 02243HAsOcHcAs

54、OHc28)10lg(2059. 0第79页/共143页第八十页，共143页。 如果水溶液中同时存在多种离子如果水溶液中同时存在多种离子(如如Fe2+ 、Cu2+)，且都能和加入的还原剂，且都能和加入的还原剂(如如 Zn)发生氧化还原反应：发生氧化还原反应： Zn(s) Fe2(aq) Zn2(aq) + Fe(s) Zn(s) Cu2(aq) Zn2(aq) + Cu(s) 上述两种离子是同时被还原，还是上述两种离子是同时被还原，还是(hi shi)按一定的次按一定的次序先后被还原呢？序先后被还原呢？ 第80页/共143页第八十一页，共143页。)Fe/Fe()Cu( clg2059. 0)

55、Cu/Cu(222第81页/共143页第八十二页，共143页。 当当Fe2+ 、Cu2+同时被还原时同时被还原时Cu2+的浓度的浓度(nngd)： = (0.4470.3419) = 26.74 c(Cu2+) = 1.810-27 molL1 当当Fe2+开始被开始被Zn还原时，还原时，Cu2+已被还原完全。已被还原完全。 在一定条件下，氧化还原反应先发生在电极电势差值最大在一定条件下，氧化还原反应先发生在电极电势差值最大的两个电对之间。的两个电对之间。 )Cu/Cu()Fe/Fe(059. 02)Cu(clg222059. 02第82页/共143页第八十三页，共143页。 例如：例如：Cu

56、Zn原电池的电池反应为：原电池的电池反应为： Zn(s) 十十 Cu2+(aq) Zn2+(aq) Cu(s) 平衡常数平衡常数 K= 这个反应能自发进行。随着反应的进行，这个反应能自发进行。随着反应的进行，Cu2+浓度不断地减浓度不断地减小，而小，而Zn2+浓度不断地增大。因而浓度不断地增大。因而(yn r) (Cu2+/Cu)的代数的代数值不断减小，值不断减小， (Zn2+/Zn)的代数值不断增大。当两个电对的的代数值不断增大。当两个电对的电极电势相等时，反应进行到了极限，建立了动态平衡。电极电势相等时，反应进行到了极限，建立了动态平衡。 四四. 确定确定(qudng)氧化还原反应的平衡常

57、氧化还原反应的平衡常数数第83页/共143页第八十四页，共143页。 平衡平衡(pnghng)时，时， 即即 即：即： K= =2.91037, 这个反应进行得非常完全。这个反应进行得非常完全。)Cu/Cu()Zn/Zn(22)(lg2059. 0)/()(lg2059. 0)/(2222CucCuCuZncZnZn)Zn/Zn()Cu/Cu()Cu( c)Zn( clg2059. 02222)Zn/Zn()Cu/Cu(059. 02)Cu( c)Zn( clg2222)Zn/Zn()Cu/Cu(059. 02Klg223 .37)763. 0(342. 0059. 0222()()c Znc

58、 Cu第84页/共143页第八十五页，共143页。 对一般反应对一般反应(fnyng)，氧化还原反应，氧化还原反应(fnyng)的平衡常的平衡常数数K可由能斯特方程式从有关电对的标准电极电势得到：可由能斯特方程式从有关电对的标准电极电势得到： 式中式中n为两电对得失电子的最小公倍数为两电对得失电子的最小公倍数 。 氧化还原反应氧化还原反应(fnyng)平衡常数的大小，与平衡常数的大小，与1-2的差值有关的差值有关. 差值越大，差值越大，K值越大，反应值越大，反应(fnyng)进行得进行得越完全。越完全。)(059. 0lg负正nK第85页/共143页第八十六页，共143页。 例：例： 计算计算

59、(j sun)下列反应的平衡常数：下列反应的平衡常数： Cu(s) 十十 2Fe3+(aq) 2Fe2+(aq) Cu(s) 解：解： 1 (Fe3Fe2)0.771V 2 (Cu2Cu) 0.3419V lgK= K=3.51014 55.14059. 02)3419. 0771. 0(059. 02)(21第86页/共143页第八十七页，共143页。 例：例： 计算计算(j sun)下列反应：下列反应： Ag+(aq）十）十Fe2+(aq） Ag(s) 十十Fe3+(aq） 在在29815K时的平衡常数时的平衡常数K； 反应开始时，反应开始时，c(Ag+)=1.0 molL1,c(Fe2+

60、)=0.10 molL1 求达到平衡时的求达到平衡时的Fe3+浓度。浓度。 解：解： 1 (Ag+/Ag)0.7996V 2 (Fe3Fe2)0.771V. 因因 n1=n2=1，所以，所以lgK= 故故 K=3.04 483. 0059. 0)771. 07996. 0(059. 0n)(21第87页/共143页第八十八页，共143页。 设达到平衡时设达到平衡时 c(Fe3+) x molL1 Ag+(aq)十十 Fe2+(aq) Ag(s) 十十Fe3+(aq)初始浓度初始浓度/(molL-1) 1.0 0.10 0平衡浓度平衡浓度/(molL-1) 1.0一一x 0.10一一x x K=