经典普化课件.ppt

1、1.2. 离子 - 电子法配平氧化还原方程式 (半反应法) 步骤： a. 根据氧化数的变化分别写出氧化半反应和还原半反应的骨架反应 b. 配平半反应方程式两边的原子和电荷数 c. 根据得失电子数相同，将配平的半反应组合成净的总反应,酸性水溶液,1. 配平氧化数（氧化态）有变化的那种元素的原子数 2. 在缺m个氧原子的一侧加m个H2O分子，把O原子数配平 3. 在缺n个氢原子的一侧加n个H+ 离子，把H原子数配平 4. 在缺负电荷的一侧加数量合适的电子，把反应式二侧的电荷数配平，即得配平的半反应方程式,例如： H2O2 + I- I2 + H2O (氧) 2I- = I2 + 2e- (还) H

2、2O2 + 2H+ + 2e- = 2H2O 配平后： H2O2(aq) + 2H+(aq) + 2I- (aq) = I2(s) + 2H2O(l) H2O2 + 2H3O+ + 2I- = I2 + 4H2O,C6H5CHO + Cr2O72- C6H5COOH + Cr3+ (氧) C6H5CHO + H2O = C6H5COOH + 2H+ + 2e- (还) Cr2O72- + 14H+ + 6e- = 2Cr3+ + 7H2O 3 (氧) + (还) : 3C6H5CHO + 3H2O + Cr2O72- + 14H+ = 3C6H5COOH + 6H+ + 2Cr3+ + 7H2

3、O 整理后： 3C6H5CHO + 8H3O+ + Cr2O72- = 3C6H5COOH + 2Cr3+ + 12H2O,碱性溶液,1. 先配平氧化数有变化的那种元素的原子数 2. 在多m个O原子的一侧加m个H2O分子，同时在反应式 另一侧加2m个OH- 离子，把O原子数配平 3. 在多n个H原子的一侧加n个OH-离子，同时在反应式 的另一侧加n个H2O分子，配平H原子数 4. 在缺负电荷的一侧加数量合适的电子，把电荷数配 平，即得配平的半反应方程式,ClO- + CrO2- CrO42- + Cl- (氧) CrO2- + 4OH- = CrO42- + 2H2O + 3e- (还) Cl

4、O- + 2e- + H2O = Cl- + 2OH- 2 (氧) + 3 (还): 2CrO2- + 8OH- + 3ClO- + 3H2O = 2CrO42- + 4H2O + 3Cl- + 6OH- 整理后： 3ClO-(aq) + 2CrO2-(aq) + 2OH-(aq) = 2CrO42-(aq) + 3Cl-(aq) + H2O(l),又如： Br2 Br- + BrO3- (氧) Br2 + 12OH- = 2BrO3- + 6H2O + 10e- (还) Br2 + 2e- = 2Br- (氧) + 5 (还) : 6Br2 + 12OH- = 2BrO3- + 10Br-

5、+ 6H2O 整理后： 3Br2(l) + 6OH-(aq) = 5Br-(aq) + BrO3-(aq) + 3H2O(l),在碱性条件下配平下列半反应： NO2-(aq) N2H4(aq) （1）2NO2- N2H4 （多4个O的一侧加4个H2O，另一侧加8个OH-） （2）4H2O + 2NO2- N2H4 + 8OH- （多4个H的一侧加4个OH-，另一侧加4个H2O） （3） 4H2O + 4H2O +2NO2- N2H4 +8OH- + 4OH- （加10e平衡电荷） (4) 10e- + 4H2O(l) + 4H2O(l) +2NO2-(aq) = N2H4(aq) + 8OH-

6、(aq) + 4OH-(aq) 整理后：10e- + 8H2O(l) + 2NO2-(aq) = N2H4(aq) + 12OH-(aq),2. 原电池,原电池（化学电池）：通过氧化还原反应使化学能转变为电能的装置。它通过反应将化学能转化为电能。原电池即一种化学电源，它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负极，两电极浸泡在能提供传导作用的电解质中，当连接在某一外部载体上时，通过转换其内部的化学能来提供电能。作为一种电的贮存装置，当两种金属（通常是性质有差异的金属）浸没于电解液之中，它们可以导电，并在“极板”之间产生一定电动势。电动势大小（或电压）与所使用的金属有关，不同种类的电池其电动势也

7、不同。 蓄电池：原电池制成后即可以产生电流，但在放电完毕即被废弃。蓄电池又称为二次电池，使用前须先进行充电，充电后可放电使用，放电完毕后还可以充电再用。蓄电池充电时，电能转换成化学能；放电时，化学能转换成电能。经历可逆的氧化还原反应（充电，放电）过程。,电池简史,1780年 意大利解剖学家伽伐尼在做青蛙解剖时，两手分别拿着不同的金属器械，无意中同时碰在青蛙的大腿上，青蛙腿部的肌肉立刻抽搐了一下，仿佛受到电流的刺激，而只用一种金属器械去触动青蛙，却并无此种反应。伽伐尼于1791年发表相关结果。 1799年，意大利物理学家伏特把一块锌板和一块银板浸在盐水里，发现连接两块金属的导线中有电流通过。于是

8、，他就把许多锌片与银片之间垫上浸透盐水的绒布或纸片，平叠起来。用手触摸两端时，会感到强烈的电流刺激。伏特用这种方法成功的制成了世界上第一个电池“伏特电堆”。这个“伏特电堆”实际上就是串联的电池组。 1836年，英国的丹尼尔对“伏打电堆”进行了改良。他使用稀硫酸作电解液，得到保持平衡电流的锌铜电池，又称“丹尼尔电池”。此后，又陆续 有“本生电池”和“格罗夫电池”等问世。但是，这些电池都存在电压随使用时间延长而下降的问题。,1860年，法国的普朗泰发明出用铅做电极的电池。这种电池的独特之处是，当电池使用一段时间电压下降时，可以给它通以反向电流，使电池电压回升。因为这种电池能充电，可以反复使用，所以

9、称它为“蓄电池”。然而，无论哪种电池都需在两个金属板之间灌装液体，因此搬运很不方便，特别是蓄电池所用液体是硫酸，在挪动时很危险。 1860年，法国的雷克兰士用锌和汞的合金棒作为负极，而它的正极是盛装着研碎二氧化锰和碳混合物的一个多孔的杯子，在此混合物中插有一根碳棒作为电流收集器。负极棒和正极杯都被浸在作为电解液的氯化铵溶液中。此系统被称为“湿电池”，雷克兰士制造的电池虽然简陋但却便宜。 1887年，英国人赫勒森发明了最早的干电池。负极被改进成锌罐（即电池的外壳），电解液变为糊状而非液体，不会溢漏，便于携带，基本上这就是现在广泛使用的碳锌电池。,2.1. 化学电池,正极：Cu2+ + 2e- =

10、 Cu （阴极），还原反应 负极： Zn = Zn2+ + 2e- （阳极），氧化反应,锌-铜电池,电池反应： Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu,正极-电子流入-阴极 负极-电子流出-阳极,原电池,电解池,电子流动的方向 电流方向,导线：沟通两片金属，使电子能在两者之间传递 盐桥（KCl水溶液，琼脂）：沟通两个溶液，使正负离子能在两个溶液之间迁移 为使原电池持续地工作，导线和盐桥二者缺一不可 没有盐桥？ 电极符号： RedOx，“”表示固液两相的界面 ZnZn2+，ZnZn2+(a mol/L)，Zn(s)Zn2+(a mol/L) CuCu2+，CuCu2+(b mol/L)，Cu

11、(s)Cu2+(b mol/L),电池符号： ( - ) Zn Zn2+ ( a mol/L) Cu2+ ( b mol/L) Cu (+) i. 负极写在左边，正极写在右边。作为电极的导电材料写在两边的外侧, 两个电极的溶液写在内侧。 ii. “ ” 表示物相之间的界面。 iii. “ ” 表示沟通两个半电池的盐桥。 如果两个电极插在同一个溶液中，则没有盐桥,电极的类型： a. 金属电极：金属材料不仅仅作为导体，而且直接参与半反应,Cu = Cu2+ + 2e- CuCu2+(a mol/L),b. 惰性电极：导电材料不直接参与半反应，只是作为导体及时传递电子。 惰性的导电材料：Pt，Au，

12、石墨等,Fe2+ = Fe3+ + e- PtFe2+(a mol/L), Fe3+(b mol/L),c. 气体电极：在结构上与惰性电极一样,H2 = 2H+ + 2e- PtH2(a atm)H+(b mol/L) Pt, H2(a atm)H+(b mol/L) Pt, Cl-(b mol/L)Cl2(c atm),将两个气体电极插在HCl溶液中组成原电池： (-) Pt, H2(a atm)HCl (b mol/L)Cl2(c atm), Pt (+),例题： 将下列氧化还原反应设计成原电池 H2(g) + Sn4+(aq) = Sn2+(aq) + 2H+(aq) 解： 氧化反应：

13、H2(g) = 2H+ (aq) + 2e- 还原反应： Sn4+(aq) + 2e- = Sn2+(aq) 该反应的电池符号： (-) PtH2( a atm)H+(b mol/L)Sn4+(c mol/L) , Sn2+(d mol/L)Pt (+),2.2. 电池的电动势和电极电势 电池的电动势（电池电势） 原电池的正、负两极的电极电势差称电池电势，用 、E池 或 E 等表示 E = E正 - E负 电极电势：还原电势 Mn+(aq) + ne- M(s) E(Mn+ M) (-) Zn Zn2+ ( 1.0 mol/L) Cu2+ ( 1.0 mol/L) Cu (+) E池 = 1.

14、10 V Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu,(-) Cu Cu2+ (1.0 mol/L) Ag+ (1.0 mol/L) Ag (+) E池 = 0.46 V Cu + 2Ag+ = Cu2+ + Ag 求： (-) Zn Zn2+ ( 1.0 mol/L) Ag+ (1.0 mol/L) Ag (+) Zn + 2Ag+ = Zn2+ + 2Ag E池 = 0.46 + 1.10 = 1.56 V,电极电势是怎样产生的？ “双电层模型”,Zn = Zn2+ + 2e- 在溶液和金属的接界面的二侧就形成了带正负电荷的双电层。当半反应达到平衡时，双电层就具有确定的电势差，这个电势差就

15、是电极电势,电极电势是怎样测定的？,标 准 氢 电 极,aH+ = 1.000 mol/L PH2 = 1.000 atm 在任何温度下，标准氢电极的电势规定为0.0000 V,2H+(aq) + 2e- = H2(g) E(H+H2) = 0.0000 V 2H3O+(aq) + 2e- = H2(g) + 2H2O(l) E(H3O+H2) = 0.0000 V,(-)Pt, H2 (1 atm)H+ (1.0 mol/L)Cu2+ (1.0 mol/L) Cu(+) 电池电势： E = E(Cu2+Cu) E(H+H2) = 0.340 V 标准电极电势： E(Cu2+Cu) = 0.3

16、40 V (-) ZnZn2+(1.0 mol/L) H+ (1.0 mol/L)H2(1 atm), Pt (+) E = E(H+H2) E(Zn2+Zn) = 0.7628 V E(Zn2+Zn) = -0.7628 V,关于标准电极电势表（P. 431） a. 相对于标准氢电极的还原电势。( Mn+ + ne- = M ) b. 298.15 K 热力学标准态下的还原电势。 ( 电势与温度、压强、溶液浓度等有关。) 酸性电极电势：H3O+ = 1.0 mol/L, 碱性电极电势：OH- = 1.0 mol/L,2H+ + 2e- = H2 E(H+H2) = 0.0000 V 2H3O

17、+ + 2e- = H2 + 2H2O E(H3O+H2) = 0.0000 V,Ox + ne- = Red 氧化态 还原态 d. 电极电势的高低表明电子得失的难易，也就是表明了氧化还原能力的强弱。电极电势越大，就表明电对中氧化态物质获得电子的能力越强，即氧化能力越强，电对中还原态物质失去电子的能力越弱，即还原能力越弱。标准电极电势表中从上到下，电对中还原态物质的还原能力减弱，氧化态物质的氧化能力增强。 e. 电极电势的大小反映了物种得失电子的能力，这种性质是强度性质，与物质的量无关 Cu2+(aq) + 2e- = Cu(s) E(Cu2+Cu) = 0.34 V 2Cu2+(aq) +

18、4e- = 2Cu(s) E(Cu2+Cu) = 0.34 V,作业：P423 424：1- a, f 2-b, e, f 5-a, f 6-a, d,对应书上的内容： P419 429,判断氧化还原反应自发进行的方向： 若两个半反应相减的E 0, 能自发进行 （G = nFE 0） Zn2+(aq) + 2e- = Zn(s) E(Zn2+Zn) = -0.7628 V Cu2+(aq) + 2e- = Cu(s) E(Cu2+Cu) = 0.3402 V Cu2+(aq) + Zn(s) = Cu(s) + Zn2+(aq) E = 1.1030 V,例如： 现有一个酸性的 Cl-, Br-, I-的混合溶液，要选