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1、1 第10章 氧化还原反应 10-1 氧化还原反应与原电池 10-2 电池反应的热力学 10-3 影响电极电势的因素 10-4 化学电源与电解 10-5 图解法讨论电极电势 2 化合价 一种元素一定数目的原子 跟其他元素一定数目的原子化合 的性质,叫做元素的化合价. Na+ Cl- FeF3 10- 1-1 化合价与氧化数 10-1 氧化还原反应与原电池 正负化合价代数和=零 多数元素在不同的条件下可以表现出不 同的化合价。 3 硫代硫酸根S2O32- 从化学式出发, S元素 氧化数=2 微观结构 S化合价 =-2 S化合价 =+6 4 S4O6 2- 微观结构 S化合价 =+5或6 S化合价
2、 = 0或-1 从化学式出发, S元素 氧化数=2.5 5 氧化数 氧化数（又叫氧化值）,是 某元素一个原子的荷电数，这 种荷电数由假设把每个键中的 电子指定给电负性更大的原子 而求得。 确定氧化数的方法如下： 6 1.一些规定： (1)在单质中，元素的氧化数皆为零。 如白磷(P4)中磷的氧化数。 (2)氧的氧化数在正常氧化物中皆为 -2。例外的是过氧化物中氧为-1，氟 化氧中氧为正值等。 (3)氢除了在活泼金属氢化物中为-1外 ，在一般化合物中的氧化数皆为+1 。 7 2. 在离子型化合物中，元素原子的 氧化数就等于该原子的离子电荷. Na+ Cl- 8 3.在共价化合物中，将属于两原 子的
3、共用电子对指定给两原子中 电负性更大的原子以后，在两原 子上形成的电荷数就是它们的氧 化数。共价化合物中元素的氧化 数是原子在化合状态时的一种“ 形式电荷数”。 H1+-F 1- 9 4.在结构未知的化合物中，某元素 的氧化数可按下述规则求得： 分子的总电荷数=0 离子 总电荷数=各元素氧化数的代数和 (-26)+(S4) = -2 S= (26) -2/4= +2.5 S4O6 2- 10 Zn+Cu2+Zn2+Cu -2e- +2e- 10-1-2 原电池 11 12 基本概念 1 原电池 是由氧化还原反应产生电流的 装置, 它使化学能转变为电能 。 13 正极：还原反应 Cu2+2e-C
4、u Zn+Cu2+Zn2+Cu -2e- 负极：氧化反应 ZnZn2+2e- 电池反应：氧化还原反应 +2e- 半反应 14 锌半电池 铜半电池 丹尼 尔电 池 2 盐桥 盐桥 15 Zn Zn2+(aq) + 2e- Zn2+ + + + + + Cu 2+(aq) + 2e- Cu Cu2+ - - - - - Zn Cu NO3-Na+ e 正负 16 盐桥 随着上述过程的进行左池显正电性，右池 显负电性，外电路中电子从左向右的移动 受到阻碍，不能维持持续的电流。将饱和 的 NaNO3溶液灌入 U 形管中，用琼胶封 口，架在两池中。 由于 Na+ 和 NO3- 的定 向移动， 使两池中过
5、剩的正负电荷得到平 衡， 恢复电中性。于是两个半电池反应继 续进行，乃至电池反应得以继续，电流得 以维持。这就是盐桥的作用。 17 (-) Zn Zn2+(1M) 3 电池符号 Cu 2+(1M) Cu (+) Cu2+ Cu + + + + + - - - - - Zn2+ Zn + + + + + - - - - - Zn Cu e e 18 原电池的表示方法： 用|表示有一界面，表示盐桥。 原电池中习惯用正极和负极的名称 。电极的正负可根据电子运动方向 来定。电子从哪个极出来，对外电 路供给电子，那个极叫负极。电子 从哪个极进去，对外电路供给正电 ，那个极称为正极。 19 Zn电极双电层
6、 10-1-3 电极电势和电动势 Zn2+ Zn + + + + + - - - - - Cu电极双电层 Cu2+ Cu + + + + + - - - - - Zn Cu Zn Zn2+(aq) + 2e-Cu 2+(aq) + 2e- Cu 20 M插入Mn+的溶液中构成金属电极, 有两种过程可能发生： M-ne- = Mn+ (1) Mn+ne- =M (2) 金属越活泼,溶液越稀,则过程 (1)进 行的程度越大; 金属越不活泼,溶液越浓,则过程(2) 进行的程度越大. 这种电极属于M-Mn+电极 21 对于Zn-Zn2+电极来说,一般认为是锌 片上留下负电荷而Zn2+进入溶液。 在Zn
7、和Zn2+溶液的界面上,形成双电 层.双电层之间的电势差就是Zn-Zn2+ 电极的电极电势. 22 金属越活泼，溶解成离子的倾向越 大，离子沉积的倾向越小。达成 平衡时，电极的电势越低；反之 ，电极的电势越高. 电极电势E表示电极中极板与溶液 之间的电势差. -0.76V +0.34V 23 1 电极电势(金属-金属离子电极) Cu-Zn电池中, Cu为正极，Zn 为负极,在中学化学课程中这是依据 金属活动顺序表进行判断的.电极是 多样的,仅靠这一方法去判断是远不 够的. 24 标准电极电势，E 非标准态的电极电势 E 单位 V(伏特) E = -0.76V Zn2+/Zn 25 电极电势E表
8、示电极中极板与溶 液之间的电势差.当用盐桥将两 个电极的溶液连通时,若认为两 溶液之间等电势,则两极板之间 的电势差即两电极的电极电势 之差,就是原电池的电动势. E池=E+-E- 2 原电池的电动势 26 标准电动势 E池 = E+ - E- -0.76V+0.34V 27 E池0是氧化还原反应可以自 发进行的判据. Zn+Cu2+Zn2+Cu E池=0.34V-(-0.76V)=1.10V 所以Zn+Cu2+=Cu+Zn2+可以 以原电池方式完成. E池 = E+ - E- 28 标准氢电极 EH= 0.0000V 3 标准氢电 极 负极: Zn Zn2+ + 2e- -0.76V 正极:
9、 2H+ 2e- H2 0.00V anode cathode 29 电池反应为： 2H+Zn H2+ Zn2+ E池 =E+ - E- = 例: 锌半电池与标准氢电极组成原电池： (-) Zn| Zn2+| H+ | H2| Pt (+) 负极: Zn Zn2+ + 2e- -0.76V 正极: 2H+ 2e- H2 0.00V H+/H2 E Zn2+/Zn E- = - E 池 = 0-0.76= -0.76V Zn2+/Zn E H+/H2 E 30 电池反应为： 1/2H2+1/2 Cu2+=H+1/2Cu E 池 =E+- E-= 例:铜半电池与标准氢电极组成原电池： (-) Pt
10、,H2|H+Cu2+|Cu(+) 负极: H2 2H+ 2e- 0.00V 正极: Cu2+ 2e- Cu 0.337V Cu2+/Cu E H+/H2 E- = 0.337 - 0 = 0.337 V Cu2+/Cu E H+/H2 E=E 池+ 31 4 其它类型的电极 甘汞电极 32 以甘汞电极作为标准电极测定电极电势 Hg2Cl2 + 2e = 2Hg + 2Cl 电池符号： () PtHgHg2Cl2KCl(浓度) Mn+ (浓度) M (+) (KCl 为饱和) (KCl 为1 moldm-3) 33 5 标准电极电势表 标准氢电极与其它各种标准状态 下的电极组成原电池，测得的 原
11、电池的电动势，既该电极的 标准电极电势。 34 酸表和碱表 (1)在电极反应中，H+无论在 反应物或产物中出现皆查酸表 。 (2)在电极反应中，OH-无论在 反应物或产物中出现皆查碱表 。 规定：标准氢电极H= 0.0000V 标准电极电势表 35 (3)在电电极反应应中没有H+或OH- 出现时现时 ，可以从存在状态态来考 虑虑,例如,Fe3+只存在酸性溶液中, 在酸表中查查 Fe3+ + e- = Fe2+(= 0.770V) 36 (4) 介质质没有参与电电极反应应的 电势电势 也列在酸表中，例如 Cl2(g)+2e-2Cl- (E =1.3583V) (5)表现现两性的金属与它的阴 离子
12、盐盐的电对应查电对应查 碱表。 如ZnO22-/Zn的E查碱表。 37 电极反应通式： 氧化型+ze- =还原型 电对：氧化型/还原型 38 强氧化型1+强还原型2=弱还原型1+弱氧化型2 39 利用标准电极电势定量地判断 氧化还原反应方向的具体步骤： (1)求出反应物和生成物中元素的 氧化数，根据氧化数的变化确定氧 化剂和还原剂； 氧化剂还原剂 Zn + Cu2+=Zn2+ + Cu 40 (2)分别查出氧化剂电对的标准电极 电势和还原剂电对的标准电极电势 41 (3)以反应物中还原型作还原剂，它的电 对为负极，以反应物中氧化型作氧化剂 ，它的电对为正极，求出电池标准状态 的电动势： E=
13、E+ - E- Zn + Cu2+=Zn2+ + Cu 还原剂 氧化剂 E= E+ - E-= 0.337-(-0.7628) 1.1V 42 若E 0，则反应自发正向（向右）进行 ，以符号表示； 43 反应式 Fe+2H+=Fe2+H2 （-）氧化反应 : Fe= Fe2+ （+）还原反应: 2H + =H2 电池电动势：E= E+ - E-= 0-(-0.44) E=0.44V 0, 反应自发向右进行。 44 Cu2+ + H2 = Cu+ 2H+ （-）氧化反应 : H2= 2H+ （+）还原反应: Cu2+ =Cu E=0.337V 0, 反应自发向右进行。 45 (1) E与反应速度
14、无关。 E仅从 热力学的角度衡量反应进行的可 能性和进行的程度. E是电极处 于平衡状态时表现出的特征值， 它与平衡到达的快慢、反应速度 的大小无关。 应用标准电极电势注意的问题 46 Na+e - Na E = -2.7109V Li+e - Li E = -3.0401V Ca2+2e - Ca E = -2.86V 与水反应的激烈程度： Na Li (Na的熔点低） Na Ca (Ca2+的水合热大) 按标准电极电势次序排列出的金属活动顺 序表，只是从热力学角度指出了氧化还原 反应进行的可能性和趋势的大小，但不能 说明其反应的快慢。 47 (2) E的应用是有条件的。首先， 给出的E数据是在标准状态下水 溶液中测出的。非水溶液、高温 、固相反应的情况下，不适用。 2Cu+4HCl(浓)=
