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

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1、,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

2、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

3、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)

4、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+,C

5、u 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,

6、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

7、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,Pr

8、imary 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-

9、,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

10、,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

11、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

12、 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,2

13、MnO4-+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,