基化第八章氧还反应教材课件

第八章氧化还原反应与电极电位教学目的与要求：

1.掌握氧化值的定义，能确定物质中元素原子的氧化值。

2.掌握氧化还原反应的基本概念，熟练地配平氧还反应方程式。

3.熟悉原电池的结构及正、负电极反应的特点，熟练地写出电极反应式或将氧化还原反应组成原电池。

4.了解电极电位产生的原因。掌握Nernst方程及有关计算。

5.掌握电极电位判断氧化剂与还原剂的相对强弱，判断氧还反应进行的方向和程度。

6.了解电位法测定溶液pH的原理和方法。教学重点：1.氧化值的定义及其确定；2.原电池的结构及其组成表示；3.电极反应的Nernst方程及有关计算；4.氧化还原反应的方向和限度的判断及有关计算。教学难点：1.电极电位产生的原因；2.不同电极类型的组成表示；3.电极反应的Nernst方程及有关计算。第八章思考题1.什么是氧化值？如何确定物质中元素原子的氧化值？2.原电池的作用原理？原电池结构中盐桥起什么作用？3.原电池的正、负极各发生什么反应？如何表示原电池？4.电极电位是如何产生的？影响电极电位大小的因素有哪些？5.如何组成标准氢电极？标准电极电位值有哪些方面的应用？6.怎样由电池标准电动势求算氧化还原反应的平衡常数？7.什么是电极电位的Nernst方程式？8.简述电位法测定溶液pH值的基本原理；

说明甘汞电极、玻璃电极、复合电极的基本结构。

第八章氧化还原反应与电极电位

Redoxreactionandelectrodepotential第一节氧化还原反应Zn+CuSO4=ZnSO4+CuH2+Cl2=2H:Cl:2e-（电子转移）（电子对偏移）‥‥一、氧化还原反应凡是反应前后有电子得失（或偏移）的反应称氧化还原反应。二、氧化值某元素一个原子的表观荷电数，这种荷电数是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。1．确定氧化值的规则⑴

单质中原子的氧化值为零；⑵通常氢为

+1，氧为

-2，ⅠA族

+1，ⅡA族

+2；⑶单原子离子中原子的氧化值等于离子的电荷数；多原子离子中所有原子的氧化值的和等于其电荷数；⑷

中性化合物中，所有原子氧化值的和为零。2.氧化还原反应氧化值升高，CO还原剂发生氧化反应氧化值降低，O2氧化剂发生还原反应CCO2O+2+40-2实质：反应前后氧化值发生了改变。2CO+O2=2CO2例：试确定

Na2S2O3、Na2S4O6中S元素的氧化值。讨论p.152习题1K2CrO4Na2SO3

ClO2

N2O5

NaHK2O2K2MnO4+6+4+4+5-1-1+6三、氧化还原电对共轭氧化还原电对，简称共轭电对。表示：“氧化型/还原型（Ox/Red）”氧化型氧化剂还原型还原剂1.

氧化还原反应的实质两个氧化还原电对之间电子的转移Cu2++ZnZn2++Cu2e-

Ox1

Red12.

氧化还原反应的方向

Ox1>

Ox2，反应向右进行

Ox1<

Ox2，反应向左进行若氧化性Red2Ox2Ox1+Red2Ox2+Red1四、氧化还原反应式的配平——离子-电子法

配平原则：反应中氧化剂得到的电子数必定等于还原剂失去的电子数例：MnO4-+H2C2O4+H+→Mn2++CO2↑⑴拆成两个“半反应”并分别配平MnO4-→Mn2++8H++4H2O+5e-H2C2O4→CO2+2H+–2e-2⑵根据得失电子数相等的原则，加合成配平的反应式×2×5例：配平Cr(OH)4-+H2O2+OH-→CrO42-+H2O2MnO4-+16H++5H2C2O42Mn2++8H2O+10CO2+10H+∴

2MnO4-+6H++5H2C2O4=2Mn2++8H2O+10CO2↑碱性在氧原子数较多一侧加

H2O

酸性在氧原子数较多一侧加

H+注意反应条件Cr(OH)4--3e-→CrO42-+4H2O+4OH-H2O2+2e-→2H2O+2H2O+2OH-×2×32Cr(OH)4-+3H2O2+2OH-=2CrO42-+8H2Op.134问题与思考8-1对于FeS被氧化成Fe3+和H2SO4这样的半反应，如何配平？第一步：写出半反应式FeS→Fe3++SO42-

第二步：两边原子数目相等FeS+4H2O→Fe3++SO42-+8H+第三步：两边电荷平衡FeS+

4H2O-9e-→Fe3++SO42-+8H+习题讨论2．利用离子-电子法配平下列各反应方程式：⑵Cr2O72-(aq)+SO32-(aq)+H+(aq)→Cr3+(aq)+SO42-(aq)+H2O(l)×3Cr2O72-(aq)+3SO32-(aq)+8H+(aq)=2Cr3+(aq)+3SO42-(aq)+4H2O(l)解：

+14H++6e-2+7H2O+H2O

-

2e-

+2H+

Cr2O72-

→Cr3+

SO32-

→SO42-

第二节原电池与电极电位一、原电池（一）原电池的组成ZnCu+-e-ZnSO4CuSO4(p.135图8-1)Zn-Cu原电池结构示意图AZn+CuSO4＝ZnSO4+Cu2e-离子做无序运动盐桥KCl锌-铜原电池（二）工作原理(–)极

Zn-2e-→Zn2+（氧化反应）(+)极

Cu2++2e-→Cu（还原反应）原电池反应

Zn+Cu2+=Zn2++Cu盐桥的作用：沟通半电池；维持电荷平衡，反应继续进行。负极正电荷过剩(Zn2+)，Cl-向负极迁移；正极负电荷过剩(SO42-)，K+向正极迁移。（三）原电池组成式负极在左，正极在右；“||”

代表盐桥，“|”代表两相界面（四）电极类型1.金属–金属离子电极：如，Zn|

Zn2+(c)Pt|Fe2+(c1),Fe3+(c2)每个电极（半电池）均由共轭电对组成二、电极电位的产生4.氧化还原电极：如铁离子电极，2.气体电极：如氢电极，Pt,H2

(p)|

H+(c)3.金属–金属难溶盐–阴离子电极：如甘汞电极，

Pt|

Hg2Cl2(s),Hg(l),Cl-(c)溶解析出活泼金属：不活泼金属：平衡时Mn+M+--++--++--+

Mn+M-++

-++

--++

-金属与其盐溶液的界面处形成双电层，产生电位差。三、标准电极电位影响电极电位大小的因素：电极的本性、溶液的温度和溶液的浓度等。Mn+/M电对的电极电位用符号(Mn+/M)表示。三、标准电极电位（一）标准氢电极（SHE,Standardhydrogenelectrode)规定：任何温度下Pt|H2(p

),H+(1.0mol·L-1)2H+(aq)

+2e-H2(g)电极反应：电极组成：（二）电极电位的测定(-)Pt|H2(100kPa)|H+(a=1)‖Cu2+(a)|Cu(s)(+)E=

待测

–

已知

=

(Cu2+/Cu)-

SHE

=

(Cu2+/Cu)原电池：原电池电动势：E=+--（三）标准电极电位1.电极标准态离子活度为1(近似为1.0mol·L-1)气体分压为100kPa液、固体为纯净物(四)标准电极电位的应用1.判断标态下氧化还原能力的相对强弱氧化能力

Cr2O72-、MnO4-、MnO2、Cl2、Fe3+、Zn2+p.153习题4：根据标准电极电位排列顺序2.标准电极电位例:（-）SHE‖Cu2+(1.0mol·L-1)︱Cu（+）E=0.3419V∴

(Cu2+/Cu)=0.3419V∵E=(Cu2+/Cu)–

(H+/H2)还原能力

Cr3+、Fe2+、Cl-、Li、H2氧化能力：还原能力：电对

MnO4-/Mn2+、MnO2/Mn2+、Cl2/Cl-、Zn2+/Zn/V1.5071.2241.35827-0.7618电对Cr2O72-/Cr3+、

Fe3+/Fe2+、Li+/Li、H+/H2/V1.360.771-3.04010MnO4->Cr2O72->Cl2>MnO2>Fe3+>Zn2+Li>H2

>Fe2+>

Cl-

>Cr3+例：根据Br2/Br-、I2/I-、Fe3+/Fe2+三个电对的电极电位的相对大小，判断标态下反应的方向。2I-+2Fe3+

I2+2Fe2+2Br-+2Fe3+Br2

+2Fe2+

Br2/Br-1.066V

I2/I-0.5355V

Fe3+/Fe2+0.771V标态下，反应2.判断标态下氧化还原反应的方向第三节电池电动势一、用电池电动势判断氧化还原反应的自发性Ox1+Red2Red1+Ox2若E>0反应正向自发进行E=0反应达到平衡E<0反应逆向自发进行若E>0标态下反应正向自发进行E=0标态下反应达到平衡状态E<0标态下反应逆向自发进行E=(Ox1/Red1)-(Ox2/Red2)

正极发生还原反应：Ox1+e→Red1负极发生氧化反应：Red2-e→Ox2试判断298.15K时，氧化还原反应Sn(s)+Pb2+(aq)Sn2+(aq)+Pb(s)在标准状态下进行的方向。例题解：查表（p.296附录五）

(Sn2+/Sn)=-0.1375V，

(Pb2+/Pb)=-0.1262VE=-0.1262–(-0.1375)=0.0113V>0

正向进行二、电池标准电动势和平衡常数结论:例(p.142例8-5)：试估计298.15K时反应：

Zn(s)

+Cu2+(aq)Zn2+(aq)+Cu(s)进行的程度。

lgK

=2×1.1037÷0.05916=37.3124

K=2.053×1037正向反应进行很完全！第四节电极电位的Nernst方程式

及影响电极电位的因素一、电极电位的Nernst方程式电池电动势的Nernst方程T=298.15K时，电池反应：aOx1+bRed2dRed1+eOx2

电极电位的Nernst

方程式：电极反应：pOx+ne-

qRed当T=298.15K时MnO4-+8H++5e-Mn2++4H2O例：

(Ox/Red)值越大，氧化型

(Ox)的氧化能力越强，其共轭还原型

(Red)的还原能力越弱。

2H2O例：O2+4H++4e-

例：已知298.15K时，

(Fe3+/Fe2+)=0.771V。计算将铂丝插在c(Fe3+)=1.0mol·L-1，c(Fe2+)=0.10mol·L-1时溶液中电极Fe3+/Fe2+的电极电位。

解：

(Fe3+/Fe2+)=+0.05916lgc(Fe3+)/c(Fe2+)=0.771+0.05916lg(1.0/0.10)=0.830V参见p.144表8-2及文字表达(1)、(2)、(3)解：电极反应的Nernst方程式为例：已知MnO4-+8H++5e-Mn2++4H2O，在298.15K时，

(MnO4-/Mn2+)

=1.507V。把铂丝插入c(MnO4-)=1.0mol·L-1,c(Mn2+)=1.0mol·L-1,c(H+)=1.0×10-3mol·L-1溶液中，计算电极MnO4-/Mn2+的电极电位。=1.507+0.01183lg(1.0×10-3)8=1.507–0.284=1.223V含氧酸根的氧化性随溶液pH的改变而变化二、电极溶液中各物质浓度对电极电位的影响（一）酸度对电极电位的影响例8-8：电极反应

Cr2O72-+14H++6e-

2Cr3++7H2O

=1.36V，若Cr2O72-

和Cr3+

的浓度均为

1.0mol·L-1，求298.15K，pH=6.00时的电极电位。解：c(H+)=1.0×10-6mol·L-1=1.36+0.00986lg(1.0×10-6)14=0.53V（二）沉淀的生成对电极电位的影响例8-9：已知Ag++e-Ag=0.80V若在电极溶液中加入NaCl，使其生成AgCl沉淀并保持Cl-

浓度为1.00mol·L-1，求298.15K时的电极电位（已知AgCl的Ksp

=

1.77×10-10）解：沉淀反应Ag++Cl-=AgCl平衡时[Ag+]=1.77×10-10银电极的Nernst方程:(Ag+/Ag)=0.80+0.05916lgc(Ag+)=0.80+0.05916lg1.77×10-10=0.22V

(AgCl/Ag)

=(Ag+/Ag)+0.05916

lgKsp(AgCl)实际电极反应AgCl+e-Ag+Cl-（三）生成弱酸(或弱碱)对电极电位的影响习题17：已知298.15K时甘汞电极的=0.268V问当KCl的浓度为多少时，甘汞电极的=0.327VHg2Cl2(s)+2e-2Hg(l)+2Cl-解：0.327=0.268–

0.05916

lgc(Cl-)

lgc(Cl-)=

-0.997c(Cl-)=0.101mol·L-1

=+例8-10已知(Pb2+/Pb)=-0.1262V，下述原电池(-)Pb(s)|Pb2+(1.0mol·L-1)||H+(1.0mol·L-1)|H2(100kPa)Pt(s)(+)（1）在标态下，反应Pb+2H+→Pb2++H2

能发生吗？解：[H+]=Ka=1.75×10-5

mol·L-1

E=-0.28–(-0.1262)=-0.15V<0解：E=+--=(H+/H2)-(Pb2+/Pb)=0–(-0.1262)=0.1262V>0正向能自发进行（2）若在氢电极的溶液中加入NaA