氧化和还原课程学习

2023/2/1111.掌握原电池的工作原理，熟悉其组成，理解其符号的书写。2.了解电极电势的测定方法。3.掌握标准电极电势的意义，能正确表示能斯特方程式。重点：原电池与氧化还原反应的关系、关于能斯特方程式的计算难点：电极电势的测定、能斯特方程式的计算本节基本要求第1页/共21页第一页，共22页。2023/2/112利用氧化还原反应，将化学能转变为电能的装置。2.组成两个半电池、盐桥、外电路

②消除原电池中的液接电势盐桥的作用①让溶液始终保持电中性使电极反应得以继续进行一、原电池1.概念第2页/共21页第二页，共22页。2023/2/113负极（电子流出）Zn+Cu2+→Zn2++Cu2e-原电池总反应：原电池符号(-)Zn(s)|ZnSO4(c1)‖CuSO4(c2)|Cu(s)(+)相界面盐桥电极反应正极（电子流入）3.工作原理电池反应第3页/共21页第三页，共22页。2023/2/1142.标准电极电势的测定

电极反应：

2H++2e-→H2

E

(H+/H2)=0.0000V

①标准氢电极二、标准电极电势1.电极电势的概念

电流产生的原因：两极之间有电势差（电动势E）电势差产生的原因：参与氧化还原反应的物质得失电子的能力不同。第4页/共21页第四页，共22页。2023/2/115②标准电极电势的测定(-)Pt，H2(100kPa)H+(1mol·L-1)‖待测电极（+）E

=E

待测

-E

氢电极

=E

待测

E=E+

-E

-E

=E+-E-H2(100kpa)→H2←Pt→←H+(1mol·L-1)第5页/共21页第五页，共22页。2023/2/116

标准态

●所有的气体分压均为1×105Pa。●溶液中所有离子的浓度均为1mol/L

。●所有纯液体和固体均为1×105Pa条件下最稳定或最常见单质。注意第6页/共21页第六页，共22页。2023/2/117E的物理意义——

表示相应电对的氧化型/还原型物质在标准状态下水溶液中得失电子的能力。电对

Cu2+/CuH+/H2Zn2+/ZnE/V+0.340-0.76

E

↑，表示电对氧化型氧化性↑还原型还原性↓E

↓，表示电对还原型还原性↑氧化型氧化性↓氧化性

Cu2+>H+>Zn2+

还原性

Cu<H2<Zn3.标准电极电势E第7页/共21页第七页，共22页。2023/2/118电对电极反应E

/VLi+/LiLi++e-

Li-3.040K+/KK++e-

K-2.924Zn2+/ZnZn2++2e-Zn-0.7626H+/H22H++2e-2H20Cu2+/CuCu2++2e-Cu0.340O2/H2OO2+4H++4e-2H2O1.229Cl2/Cl-Cl2+2e-2Cl-1.229F2/HF(aq)F2+2H++2e-2HF(aq)3.053XeF/Xe(g)XeF

+e-Xe(g)+F-3.4

常用电对的标准电极电势(298K)还原型物质的还原能力越强氧化型物质的氧化能力越强

第8页/共21页第八页，共22页。2023/2/119

4.查表规则

一般标准E表都分为两种介质，即酸性介质和碱性介质，查表规律如下：（1）在电极反应中，无论产物或反应物中出现H+均查酸表；（2）在电极反应中，无论产物或反应物中出现OH-均查碱表；（3）在电极反应中，既无

H+又无OH-则根据存在状态来考虑决定。例：Sn4+/Sn2+电对，因Sn4+只能在酸性中存在，否则会水解，故查酸表。第9页/共21页第九页，共22页。2023/2/1110例1：试比较SnCl2、Zn、H2S在H+中的还原能力还原能力：Zn

>H2S>SnCl2解:0.1540.144-0.763E

/VSn4+/Sn2+S/H2SZn2+/Zn电对＜＜例2：试比较KMnO4、Cl2、FeCl3在H+中的氧化能力氧化能力：KMnO4>Cl2>FeCl3解:0.7711.35831.51E

/VFe3+/Fe2+Cl2/Cl-MnO4-/Mn2+电对＞＞5.例题讲解第10页/共21页第十页，共22页。2023/2/1111●

（3）E与反应速率无关●

（4)E只适用标态下的水溶液ZnZn2++2e-

E=-0.76VZn2++2e-ZnE=-0.76V●（2）E的数值与半反应的计量系数无关●（1）E的符号与半反应的方向无关6.说明ZnZn2++2e-

E=-0.76V2Zn2Zn2++4e-

E=-0.76V第11页/共21页第十一页，共22页。2023/2/1112

②氧化型和还原型物质的浓度、分压

③酸度对某些电对的电极电势有影响三、影响电极电势的因素1.能斯特方程①组成电对的物质的本性，决定EƟ

值

第12页/共21页第十二页，共22页。2023/2/1113氧化型还原型一侧各物种相对浓度幂的乘积电对在某一浓度的电极电势电对的标准电极电势摩尔气体常数热力学温度电极反应中转移的电子数法拉第常数氧化型

+ze-

还原型<Nernst

方程式>E

=E

+㏑zF[氧化型][还原型]RT第13页/共21页第十三页，共22页。2023/2/1114能斯特方程[氧化型]—包括电极反应中氧化型一方所有物质浓度系数次方的乘积。[还原型]—包括电极反应中还原型一方所有物质浓度系数次方的乘积。第14页/共21页第十四页，共22页。2023/2/11152.能斯特方程的应用

（1）求出离子浓度变化对E的影响；（2）可判断离子浓度变化对氧化还原反应方向的影响；（3）可预计酸度对氧化还原反应的影响。第15页/共21页第十五页，共22页。2023/2/1116（1）气体物质用分压(Pa)表示，并除以pƟ

(105Pa)溶液中的物质用浓度(molL-1)表示，并除以cƟ

(1molL-1)2

[c(Cl-)/c

]2例1

Cl2(g)+2e-2Cl-

0.0592Vp(Cl2)/p

E(Cl2/Cl-)=E(Cl2/Cl-)+lg注意3.第16页/共21页第十六页，共22页。2023/2/1117（2）纯固体或纯液体物质不写入

例2

Zn2++2e-ZnBr2(l)+2e-2Br-E(Zn2+/Zn)=E(Zn2+/Zn)+lg[c(Zn2+)/c]20.0592V2

[c(Br)/c]2-0.0592V1E(Br2/Br-)

=E(Br2/Br-)+lg第17页/共21页第十七页，共22页。2023/2/1118

（3）电极反应中电对以外物质也应写入，但溶剂(如H2O)不写入例3

Cr2O7+6e-+14H+2Cr3++7H2O2-+lg6[c(Cr3+)/c]20.0592V

[c(Cr2O7)/c]·[c(H+)/c]14E(Cr2O7/Cr3+)=E(Cr2O7/Cr3+)

2-2-2-第18页/共21页第十八页，共22页。2023/2/1119例4第19页/共21页第十九页，共22页。2023/2/1120小结1.理论上，每个氧化还原反应都可以设计为原电池。2.原电池与氧化还原反应的对应关系。3.能斯特方程式中各项的含义。第20页/共21页第二十页，共22页。2023/2/11四川化工职业技术学院21感谢您的观看！第21