A128-基础化学-第八章-氧化还原与电极电位-基础化学-孙静ppt课件.ppt
,氧化还原反应与电极电位,第八章,Oxidation Reduction&Electrode Potential,孙静 化学教研室,化学反应,氧化还原反应,非氧化还原反应,电子转移,电化学,(chemical reaction),（电极电位）,研究电能和化学能相互转化及转化过程中有关规律的学科,氧化还原与电极电位,氧化还原反应,原 电 池,电 极 电 位,Nernst方程式,和的应用,溶液pH值测定,氧化还原反应,第一节,Oxidation-reduction Reaction,氧化还原反应,一、氧化值（oxidation number）,氧化值是某元素一个原子的荷电数，这种荷电数是由假设把每个键中的电子指定给电负性较大的原子而求得。,定义,求算原则,N,H,H,H,H+1,N-3,例如：NH3,求算元素氧化值的几条规则,在单质分子中，元素的氧化值为零。在电中性化合物中，所有元素的氧化值之和为零。单原子离子，元素的氧化值等于离子的电荷数；多原子离子，所有元素的氧化值之和等于离子的电荷数。氧化值O一般为-2；卤素原子一般为-1；H一般为+1。,P132,例8-1：试计算Cr2O72-中Cr的氧化值和Fe3O4中Fe的氧化值,解：设Cr的氧化值为x，已知O的氧化值为-2，则：2x+7(-2)=-2 x=+6,设Fe的氧化值为x，已知O的氧化值为-2，则:3 x+4(-2)=0,*由以上例子可见,元素的氧化值可以是整数、零,也可以是分数。,x=+,例：求H2S4O6 连四硫酸中S的氧化值,二、氧化还原反应和氧化还原电对,CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g),Zn+2HCl ZnCl2+H2,定义,元素的氧化值发生了变化的化学反应,有关概念,氧化剂、还原剂、氧化反应、还原反应、半反应、氧化还原电对,氧的氧化值：0-2；氧化值降低，发生了还原反应。碳的氧化值：-4+4；氧化值升高，发生了氧化反应。,锌失去电子，氧化值升高，被氧化，称为还原剂,又称电子的供体。HCl中的H+得到电子，氧化值降低，被还原,HCl称为氧化剂，又称电子的受体。,CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g),Zn+Cu 2+Cu+Zn 2+,Zn-2e-Zn 2+,Cu 2+2e-Cu,氧化反应,还原反应,还原剂,氧化剂,被氧化,被还原,氧化半反应,还原半反应,Ox+ne-Red,半反应,Zn+Cu 2+Cu+Zn 2+,Zn-2e-Zn 2+,Cu 2+2e-Cu,氧化半反应,还原半反应,还原剂,氧化剂,Ox：氧化态 Red：还原态,同种元素的不同氧化值状态，相对而言，氧化值高的称为氧化态，氧化值低的称为还原态。,Ox+n e-Red,半反应,氧化还原电对,Ox/Red（Zn 2+/Zn;Cu2+/Cu),Zn+Cu 2+Cu+Zn 2+,Zn-2e-Zn 2+,Cu 2+2e-Cu,氧化半反应,还原半反应,还原剂,氧化剂,还原半反应：Fe3+e-Fe2+氧化半反应：Sn2+Sn4+2e-,氧化还原电对为：Fe3+/Fe2+；Sn4+/Sn2+,如：2Fe3+Sn2+2 Fe2+Sn4+,可见：氧化还原反应中，电子有得必有失，且得失电子数目相等；氧化半反应和还原半反应同时并存，不能单独存在。,式中：n=5，氧化型为MnO4-和H+，还原型为Mn2+和H2O,氧化型(Ox)：应包括氧化剂及其相关介质（酸、碱等）还原型(Red)：应包括还原剂及其相关介质（酸、碱等）如半反应,MnO4-8H+5e-Mn2+4H2O,当溶液中的介质参与半反应时，,氧化还原反应,氧化半反应,还原半反应,还原半反应,氧化半反应,氧化还原反应小结：,一个氧化还原反应由两个氧化还原电对构成，Ox/Red。,三、氧化还原反应方程式的配平,离子-电子法(半反应法),原则：两半反应得失电子数相等,氧化值法,原则：氧化剂和还原剂的氧化值变化相等,离子-电子法配平氧化还原反应,2.配平原则：氧化剂与还原剂得失e总数相等,3.配平步骤：例 配平KMnO4+K2SO3 MnSO4+K2SO4(酸性介质中).,(1)写出未配平的离子方程式：,MnO4-+SO32-Mn2+SO42-,1.适应范围：水溶液中进行的氧化还原反应,还原半反应,氧化半反应,(3)配平两个半反应式,先配平原子数，使两边物料平衡后配平电荷数，使两边电荷平衡,(2)根据氧化还原电对，将离子方程式 拆分为氧化和还原两个半反应式：,(4)配平离子方程式,左-6 右-6,根据得失电子总数相等的原则，调整半反应系数,合并两个半反应式。,(5)将配平的离子方程式写为分子方程式。,介质：仅是溶液中氧化还原反应的参与者 其元素氧化值在反应前后不变,常见的Ox/Red介质有：酸性，碱性和中性（本例）,离子电子法配平关于介质及其产物的处理,大致规律：酸性介质中的反应式里不应出现OH-碱性介质中的反应式里不应出现H+。具体方法可见下表:,介质 反应物多一个O 反应物少一个O,关于介质及其产物的处理,原电池与电极电位,第二节,Primary Cell,一、原电池的概念,原 电 池,Zn,CuSO4,一、原电池的概念,原 电 池,Zn,CuSO4,Zn,Cu,Zn2+,一、原电池的组成,现象：（1）锌片逐渐溶解变成Zn2+进入溶液，而溶液底部有红色的金属铜析出。（2）溶液温度逐渐升高。,Zn,CuSO4,Zn,Cu,Zn2+,Zn+Cu 2+Cu+Zn 2+,一、原电池的组成,为了使反应的化学能转化成电能，须将上述氧化还原反应分为两个半反应：,Zn,CuSO4,Zn,Cu,Zn2+,Zn+Cu 2+Cu+Zn 2+,Zn-2e-Zn 2+,Cu 2+2e-Cu,一、原电池的组成,Cu,Zn,ZnSO4,CuSO4,Cl-,K+,e,伏特计,盐桥,Cu2+,Zn2+,铜锌原电池示意图,-,+,e,e,e,Cl-,K+,盐桥的作用：沟通两个半电池,保持电荷平衡,原电池利用氧化还原反应 将化学能转化成电能的装置(primary cell),Cu,Zn,ZnSO4,CuSO4,Cl-,K+,e,伏特计,盐桥,Cu2+,Zn2+,-,+,e,e,e,Cl-,K+,电极反应:,负极:Zn Zn 2+2e-,正极:Cu 2+2e-Cu,电池反应:,Zn+Cu 2+Cu+Zn 2+,(Red),(Ox),(半电池反应),Cu,Zn,ZnSO4,CuSO4,Cl-,K+,e,伏特计,盐桥,Cu2+,Zn2+,-,+,e,e,e,Cl-,K+,原电池中的盐桥是一支倒置的型管，管中填满了用饱和KCl(或NH4NO3)溶液和琼脂调制成的胶冻，这样KCl溶液不致流出，而阴、阳离子可以在其中自由移动。盐桥的作用是构成原电池的通路和维持溶液的电中性。原电池由两部分组成，每一部分均称为电极，又称为半电池。每一个电极都是由电极导体和电解质溶液组成。,理论上讲，任一自发的氧化还原反应都可以设计成一个原电池。,电池组成：电极、盐桥(或多空隔膜)、电解质溶液及导线。,1.半电池中不同相界面用“|”分开；同一相的不同物质之间用“,”分开。,电极组成式：表示法的统一规定,2.当气体或液体不能直接与普通导线相连时，以惰性电极(如铂或石墨)作电极板。,4.溶液中的溶质须在括号内标注浓度,气体物质须在括号内标注压力。当溶液浓度为1molL-1或气体分压100kPa时可不标注。,3.纯气体、纯液体、纯固体要紧靠电极板。,电池组成式：电极写在两边，中间用“|”表示盐桥连接，习惯上，正极写右边，负极写左边。,二、电极类型,金属金属离子电极,电极组成：ZnZn2+(c),电极反应：Zn2+2e-Zn,金属难溶盐阴离子电极,电极组成：Ag AgCl(s)Cl-(c),电极反应：AgCl+e-Ag+Cl-,二、电极类型,氧化还原电极,电极组成：PtFe 3+(c1),Fe 2+(c2),电极反应：Fe 3+e-Fe 2+,气体电极,电极组成：Pt Cl2(p)Cl-(c),电极反应：Cl2+2e-2 Cl-,二、电极类型,氧化还原电极,电极反应：Fe 3+e-Fe 2+,气体电极,电极反应：Cl2+2e-2 Cl-,惰性极板,电极组成：PtFe 3+(c1),Fe 2+(c2),电极组成：Pt Cl2(p)Cl-(c),三、原电池组成式,Cu,Zn,ZnSO4,CuSO4,Cl-,K+,Cu2+,Zn2+,-,+,e,e,三、原电池组成式,()ZnZn 2+(c1),()ZnZn 2+(c1),Cu 2+(c2)Cu(+),三、原电池组成式,Cu,Zn,ZnSO4,CuSO4,Cl-,K+,Cu2+,Zn2+,-,+,e,e,盐桥,2MnO4-+16 H+10Cl-2Mn2+8H2O+5Cl2,()MnO4-+8H+5 e-Mn2+4H2O,()2Cl-2e-Cl2,例8-2将下列反应设计为原电池,写出正、负极反应、电极组成式和电池组成式:,电极反应:,电极组成式：,()PtMnO4-(c1),Mn2+(c2),H+(c3),()Pt Cl2(p)Cl-(c),电池组成表示式：,()Pt Cl2(p)Cl-(c)MnO4-(c1),Mn2+(c2),H+(c3)Pt(),(Red),(Ox),解:,四、电池电动势,定义,电池正负极之间的平衡电势差,表示式,：正极的电极电位,：负极的电极电位,的单位均为伏特（V）,+-,E,Cu,Zn,ZnSO4,CuSO4,Cl-,K+,Cu2+,Zn2+,-,+,e,e,四、电池电动势,小结：,2.电极组成及类型,1.氧化还原反应及配平,3.铜锌原电池及电池组成,4.电池电动势,
