医用化学 课件 10-第九章-氧化还原与电极电势

第九章氧化还原与电极电势医用化学

把苹果切开，暴露在空气中，一段时间后果肉颜色就会逐渐变深，最后变成褐色，这种现象叫做“褐变”。苹果果肉“褐变”的原理是什么？有什么措施可以延缓“褐变”的发生？问题导入

1.掌握氧化还原反应的特征及实质，运用能斯特方程式计算电极电势的方法及电极电势的应用。

2.熟悉原电池符号的书写，原电池反应，标准电动势与标准平衡常数之间的关系。

3.了解电极电势产生的原理，原电池的结构及工作原理。学习目标第一节

氧化还原反应的基本概念

氧化数是某元素一个原子的形式电荷数，这个电荷数是假设每个化学键中的电子都指定给电负性较大的原子而求得。例如：一、氧化数离子化合物共价化合物电子偏移电子得失确定元素氧化数的规则如下：

氧化数单质0Na，K，Fe，H2，O2，C，S多原子分子代数和为0

H2SO4

：(+1)×2+(+6)+(-2)×4=0

多原子离子代数和等于离子电荷数

MnO4-

：(+7)+(-2)×4=-1一、氧化数确定元素氧化数的规则如下：

氧化数H

+1、-1+1：HCl、H2O、NH3；-1：NaH、B2H6O-2、-1-2：H2O、CO2、CaO；-1：H2O2、Na2O2碱金属（Na、K）+1碱土金属（Mg、Ca）+2卤素-1、+1、+3、+5、+7一、氧化数例9-1求中Cr的氧化数和HClO2中Cl的氧化数。解：设中Cr的氧化数为x，由于氧的氧化数为-2，则2x+7×（-2）=-2x=+6故Cr的氧化数为+6。设HClO2中Cl的氧化数为y，由于氢的氧化数为+1，氧的氧化数为-2，则（+1）+y+2×（-2）=0y=+3故Cl的氧化数为+3。一、氧化数请计算出高锰酸钾(KMnO4)中Mn的氧化数，连四硫酸钠(Na2S4O6)中S的氧化数。课堂讨论二、氧化还原反应的概念反应前后元素的氧化数发生变化的化学反应称为氧化还原反应。例如：Zn氧化数升高，氧化反应Cu氧化数降低，还原反应（一）氧化还原反应有单质参与的化学反应是否一定是氧化还原反应？举例说明。课堂讨论二、氧化还原反应的概念（二）氧化剂和还原剂氧化剂：得电子→氧化数降低→发生还原反应→还原产物还原剂：失电子→氧化数升高→发生氧化反应→氧化产物例如：(还原剂)(氧化剂)氧化还原哥俩好二、氧化还原反应的概念知识拓展歧化反应在氧化还原反应中，如果氧化数的升高和降低都发生在同一分子内处于同一氧化态的某种元素上，这类反应被称为歧化反应。例如：

氧化数降低，被还原氧化数升高，被氧化Zn+Cu2+Cu+Zn2+三、氧化还原电对任何氧化还原反应都由两个半反应组成。例如：Zn=Zn2++2e-Cu2++2e-=Cu氧化还原反应：氧化反应：还原反应：氧化态（Ox）：还原态（Red）：Zn2+、Cu2+Zn、Cu三、氧化还原电对

在半反应中，把通过电子的转移而相互转化的一对物质称为氧化还原电对。

氧化还原电对表示方法：“氧化态/还原态”例如：Zn2+/Zn、Cu2+/Cu。半反应通式：氧化态+ne-

还原态或Ox+ne-

Red三、氧化还原电对课堂练习将下列氧化还原反应分拆为两个半反应：1.2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-；2.2KMnO4+16HCl(浓)=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O第二节

原电池与电极电势一、原电池Cu-Zn原电池

能将氧化还原反应的化学能转变为电能的装置称为原电池。负极(Zn极)：Zn-2e-Zn2+（氧化反应）

正极(Cu极)：Cu2++2e-

Cu（还原反应）

电池反应：Zn+Cu2+

Zn2++Cu

一、原电池（1）将原电池负极写在最左边，正极写在最右边。（2）电极或原电池物质均用化学式表示，在化学式后面的括号中注明溶液的浓度或气体的分压。（3）用单垂线“∣”表示相界面。（4）同一相中不同物质之间用逗号分开。（5）用双垂线“”表示盐桥。（6）气体或液体不能直接作为电极，必须依附惰性电极（不参与电极反应，仅起导电作用的电极，如铂电极和石墨电极）。原电池符号书写规定一、原电池

铜锌原电池：(-)Zn∣ZnSO4(c1)‖CuSO4(c2)∣Cu(+)氯化铁和氯化亚锡原电池：2FeCl3+SnCl22FeCl2+SnCl4相界面盐桥相界面离子浓度离子浓度原电池符号化学史话2019年诺贝尔化学奖公布锂电池成得奖主角

2019年10月9日，诺贝尔化学奖揭晓。瑞典皇家科学院决定将该奖项授予三位化学家——来自美国的约翰·巴尼斯特·古迪纳夫、M·斯坦利·威廷汉和来自日本的吉野彰，以表彰他们在锂离子电池领域的研发工作。二、电极电势（一）电极电势产生

如果把金属放在其盐溶液中，在金属与溶液的接触界面上就会发生溶解和沉积两个相反的过程。最终达到动态平衡：Mn++ne-M电极电势的产生二、电极电势

金属溶解>金属离子沉积，或金属离子沉积>金属溶解，都能产生电势差。这种在双电层之间产生的电势差称为金属电极的电极电势()。电极电势的产生（一）电极电势产生二、电极电势

电极电势绝对值无法测定，统一用标准氢电极作为基准电极测量电极电势。标准氢电极待测电极海拔高度标准电动势（二）标准电极电势1.标准氢电极二、电极电势标准氢电极结构图标准状态：温度——298.15KH+浓度——1.0mol/LH2压力——101.325kPaPt片上吸附的H2达到饱和电极反应：2H+(aq)+2e-H2(g)规定：1.标准氢电极（二）标准电极电势二、电极电势

电极在标准状态下的电极电势，称为该电极的标准电极电势。符号为，单位为V。标准状态：温度为298.15K溶液离子浓度为1.0mol/L气体的分压为101.325kPa液体或固体均为纯净物质（二）标准电极电势二、电极电势2.标准电极电势

两个标准电极组成标准电池，对应的电动势为标准电动势，即：

测定某电极的标准电极电势时，可在标准状态下将待测电极与标准氢电极组成原电池，测出该原电池的标准电动势，即为该电极的标准电极电势。（二）标准电极电势二、电极电势2.标准电极电势三步测定Cu电极标准电极电势：①组成原电池(-)Pt∣H2(101.325kPa)∣H+(1.0mol/L)‖Cu2+(1.0mol/L)∣Cu(+)②298.15K时，测得=0.3417V③求出Cu电极标准电极电势∵∴（二）标准电极电势二、电极电势2.标准电极电势标准电极电势值的大小反映了氧化态氧化能力或还原态还原能力的相对强弱。电对的值越大，表明电对中氧化态越容易获得电子，氧化能力越强。反之，还原态的还原性越强。

的意义（二）标准电极电势二、电极电势2.标准电极电势三、影响电极电势的因素对于任意电极反应：Ox+ne-Red电极电势可以用能斯特方程式表示为：氧化态浓度还原态浓度热力学温度标准电极电势气体常数8.314J/(K·mol)法拉第常数96485C/mol电子转移数（一）能斯特方程式三、影响电极电势的因素令T=298.15K，并将自然对数换算成常用对数，简化为：注意事项：固体、纯液体或稀溶液中的溶剂浓度按1处理。如果电极反应式中氧化态物质或还原态物质的计量数不是1，以计量数作为其浓度的指数。除氧化态和还原态物质外，若有H+或OH-参加电极反应，也应出现在能斯特方程式中。气体用其相对分压表示。（一）能斯特方程式三、影响电极电势的因素例如，电极反应MnO2(s)+4H++2e-Mn2++2H2O和O2+4H++4e-2H2O(l)在298.15K时的能斯特方程式分别为：H+浓度列入算式H+浓度列入算式气体浓度用分压表示（一）能斯特方程式三、影响电极电势的因素1.浓度对电极电势的影响例9-2已知298.15K时，，试分别计算电对在下列情况的电极电势：（1）（2）解：电极反应为Fe3++e-Fe2+，（1）=0.712(V)（2）=0.830(V)（二）电极电势的影响因素三、影响电极电势的因素2.酸度对电极电势的影响例9-3已知298.15K时，=1.224V，试分别计算pH为7和1时电对的电极电势（假设其他离子浓度均为1.0mol/L）。解：电极反应为MnO2(s)+4H++2e-Mn2++2H2OpH=7时，==0.395(V)（二）电极电势的影响因素三、影响电极电势的因素2.酸度对电极电势的影响pH=1时，==

1.106(V)

由此而见，H+参与电极反应时，酸度对电极电势有较大影响，影响程度与系数有关。（二）电极电势的影响因素溶液的酸度对所有电对的电极电势都有影响吗？举例说明。课堂讨论第三节

电极电势的应用一、比较氧化剂和还原剂的相对强弱

代数值越大，该电对氧化态的氧化能力越强，其对应的还原态的还原能力越弱。

代数值越小，该电对氧化态的氧化能力越弱，其对应的还原态的还原能力越强。一、比较氧化剂和还原剂的相对强弱Cl2+2e-2Cl-，=1.357

93V；Br2+2e-2Br-，=1.066V。<因此氧化性：Cl2>Br2还原性：Br->Cl-在非标准态下，必须利用能斯特方程式求出值，然后再进行比较。

已知，则在标准状态下，Fe3+、Fe2+、Cu2+、Sn4+、Sn2+几种离子中，氧化性和还原性最强的分别是哪种离子？课堂练习二、判断氧化还原反应进行的方向对于氧化还原反应：Ox2+Red1Ox1+Red2若，氧化还原反应正向自发进行；若，氧化还原反应逆向自发进行。二、判断氧化还原反应进行的方向

例9-4已知298.15K时，。判断在下列两种情况下，反应Hg2++2AgHg+2Ag+进行的方向。(1)(2)解：两种情况下的两个电极的电极电势分别为(1)

，组成原电池时，Hg2+/Hg电极是正极，反应Hg2++2AgHg+2Ag+正向自发进行。二、判断氧化还原反应进行的方向(2)=

=

0.762(V)

，组成原电池时，Ag+/Ag电极是正极，反应Hg2++2AgHg+2Ag+逆向自发进行。

由此而见，当反应中氧化剂和还原剂浓度发生变化时，氧化还原反