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1、第五章第五章 氧化还原反应与电极电位氧化还原反应与电极电位 Zn + CuSO4 ZnSO4 + Cu 氧化还原反应氧化还原反应 被氧化被氧化 还原剂还原剂 被还原被还原 氧化剂氧化剂 +2 0 +2 0 第一节第一节 氧化还原的基本概念氧化还原的基本概念 一、氧化还原反应一、氧化还原反应 化学反应化学反应 氧化还原反应氧化还原反应 非氧化还原反应非氧化还原反应 二、氧化还原半反应二、氧化还原半反应 （一）半反应（一）半反应 2Fe3+Sn2+=2Fe2+Sn4+ 还原反应还原反应 Fe3+e- =Fe2+ 氧化反应氧化反应 Sn2+-2e-=Sn4+ 半反应通式：半反应通式： Ox+ne-
2、= Red 两个半反应之和就是一个氧化还原反应。两个半反应之和就是一个氧化还原反应。 Oxidant Reducer （二）电对（二）电对 1、定义：、定义： 电对电对 氧化型氧化型 还原型还原型 较高价态较高价态 较低价态较低价态 2、表示：、表示： 氧化型氧化型(Ox)/还原型还原型(Red) Fe3+ /Fe2+ Sn4+/Sn2+ 3、Ox与与Red之间的共轭关系之间的共轭关系 1) 转化转化 Ox+ ne- = Red 2) 能力强弱能力强弱 MnO4-/Mn2+ Zn2+/Zn 氧化能力氧化能力 MnO4- Zn2+ 还原能力还原能力 Mn2+ Zn Cu2+Pb2+ 还原型还原能
3、力还原型还原能力: Fe2+ 强强Ox Pb2+ 强强Red Sn 正向正向 (2) (Pb2+/Pb)=-0.1262+0.05916/2lg0.100=-0.156 (Pb2+/Pb) (Sn2+/Sn) 失电子失电子 Pb 得电子得电子 Sn2+ 逆向逆向 标准状态下标准状态下 强强Ox Pb 强强Red Sn2+ 例例由反应由反应1/2H2(100kPa)+Fe3+(0.01mol L- 1)=H+(0.1mol L-1)+Fe2+ (1mol L-1)组成原电池，组成原电池，(1) 计算计算298.15K时电池电动势时电池电动势(2)判断反应进行方向判断反应进行方向(3) 写出原电池
4、组成式。已知写出原电池组成式。已知 Fe3+/Fe2+=0.771v 解解 (H+/H2)=0+ 205916. 0 100/100) 1 . 0(lg2=-0.0591(V) (Fe3+/Fe2+)= 0.771+ 0.05916lg0.01 =0.653(V) 负极负极 正极正极 (1)E= 0.653-(-0.0592) =0.712(V) (2) 得电子得电子 Fe3+ 失电子失电子 H2 正向正向 (3)(-)Pt,H2(100kPa) H+(0.1)Fe3+(0.01),Fe2+(1) Pt(+) 例例298.15K时，将银片插入时，将银片插入0.1mol L-1AgNO3溶液中溶
5、液中 和铜片插入和铜片插入0.1mol L-1CuSO4溶液中组成原电池溶液中组成原电池(1)判判 断原电池的正、负极；断原电池的正、负极；(2)计算电池电动势；计算电池电动势；(3)写出写出 原电池组成式原电池组成式(4)写出电极和电池反应式。已知写出电极和电池反应式。已知 Ag+/Ag=0.80v、 Cu2+/Cu=0.34v 解解(1) (Ag+/Ag)= 0.80+ 0.05916 lg0.1 =0.74(V) (Cu2+/Cu)= 0.34+ 0.05916/2 lg0.1 =0.31(V) 正极正极 负极负极 (2)E= 0.74-0.31 =0.43(V) (3)(-)Cu Cu
6、2+(0.1mol L-1)Ag+(0.1mol L-1) Ag(+) (4)负负 Cu-2e-=Cu2+ 正正 Ag+e-=Ag 电池电池 Cu+2Ag+=Cu2+2Ag 三、判断氧化还原反应进行程度三、判断氧化还原反应进行程度 298.15K lgK = 05916. 0)(nn 电池反应得失电子数电池反应得失电子数 例例求求298.15K下下Zn+Cu2+= Cu+Zn2+反应的平反应的平 衡常数。衡常数。 Zn2+/Zn=-0.76v， Cu2+/Cu=0.34v 解解 lgK= 05916. 0)76. 034. 0(2=37.31 K=2.1 1037 aA + bB dD + e
7、E 平衡时：平衡时： K = baedBAED 任一氧化还原反应：任一氧化还原反应： 例例2：写出下列反应组成的电池符号，计算：写出下列反应组成的电池符号，计算298K时时 的，的，E，K，并判断反应自发进行的方向。，并判断反应自发进行的方向。 2Ag(s)+Cu(NO3)2 (0.1 mol/L)=2AgNO3(0.1mol/L)+Cu(s) 解：将该氧还反应设计成原电池解：将该氧还反应设计成原电池 负极负极 Cu2+ + 2e-= Cu 正极正极 Ag -e-= Ag+ Cu2+/Cu=0.34v Ag+/Ag=0.80v (一一)Ag|AgNO3(0.1mol/L)|Cu(NO3)2 (
8、0.1)|Cu (+) E = Cu2+/Cu- Ag+/Ag =-0.46(V) lgK = 05916. 0)(n 05916. 0)80. 034. 0(2=-15.52 K=3.0 10-16 逆向进行逆向进行 第四节第四节 电位法测定溶液的电位法测定溶液的pH 电位法电位法: 根据测得的原电池电动势的数值根据测得的原电池电动势的数值 来确定被测离子浓度的方法来确定被测离子浓度的方法 (Ox/Red)= (Ox/Red)+ )(Re)(lg0592. 0 dCOxC nba电池电动势电池电动势E = + - - 需要两个电极组成测量电池：需要两个电极组成测量电池： 测量电池测量电池 参
9、比电极：参比电极： 电极电位值已知、固定，不随电极电位值已知、固定，不随 溶液有关离子浓度变化而变化。溶液有关离子浓度变化而变化。 饱和甘汞电极饱和甘汞电极(SCE) 指示电极：指示电极： 电极电位值随溶液有关离子电极电位值随溶液有关离子 浓度变化而变化。浓度变化而变化。 玻璃电极（玻璃电极（G） 测定时，将饱和甘汞电极和玻璃电极一起插入测定时，将饱和甘汞电极和玻璃电极一起插入 待测待测pH值的溶液中组成测量电池值的溶液中组成测量电池(原电池原电池) E = SCE G = 0.2415 (KG-0.05916pH) = 0.2415 - KG+0.05916pH = K+ 0.05916pH
10、 KG值一定值一定,但并不需知道，可通过二次测量法来消去但并不需知道，可通过二次测量法来消去 已知已知pH值的缓冲溶液值的缓冲溶液 ES = 0.2415- KG+0.05916pHS （1） EX = 0.2415- KG+0.05916pHX （2） (-) 玻璃电极玻璃电极 待测待测pH溶液溶液 饱和甘汞电极饱和甘汞电极 (+) SCE 指示电极指示电极 参比电极参比电极 （2）-（1）得：）得： EX - ES = 0.05916pHX - 0.05916pHS pHX = pHS + 05916. 0EXSE式中式中EX 、ES为测定值，为测定值，pHS为已知。为已知。 E = K+
11、 0.05916pH 用已知用已知pH值的标准缓冲溶液“定位”值的标准缓冲溶液“定位” 复合电极：将指示电极(玻璃电极)和参比电极(饱和甘汞电极)组装在一起就构成复合电极。 本章小结本章小结 一、原电池的基本概念：一、原电池的基本概念： 电对、正极、负极、盐桥、电极反应、电对、正极、负极、盐桥、电极反应、 电池反应、原电池表示式电池反应、原电池表示式 二、二、Nernst方程式及有关计算方程式及有关计算 三、电极电位三、电极电位(或或)的应用的应用 四、电位法测定溶液四、电位法测定溶液pH值的原理值的原理 1.在原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原在原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原
12、 反应。（反应。（ ） 2.原电池是原电池是_装置，其中盐桥的作用是装置，其中盐桥的作用是_。 3.将氧化还原反应将氧化还原反应2Fe3+Cu=Cu2+2Fe2+设计成原设计成原 电池，其电池组成式为电池，其电池组成式为 _ 。 (-) Cu Cu2+(c1) Fe3+(c2) Fe2+(c3) , Pt (+) (MnO4-/Mn2+)+ )()()(lg505916. 028 4 MnCHCMnOC (MnO4-/Mn2+)= 4.写出写出298K时下列电对的能斯特方程表示式：时下列电对的能斯特方程表示式： MnO4-(c1)+8H+(c2)+5e Mn2+(c3)+4H2O 5.已知电极
13、反应已知电极反应Cr2O72-+14H+6e=2Cr3+7H2O , 298K时，时， 和和的关系式中，正确的是的关系式中，正确的是( ) a. b. c. d. lg605916. 023142 72 OHCrHOCr 23142 72 lg605916. 0 CrHOCrlg605916. 032 72 CrHOCr7 223142 72 lg605916. 0 OHCrHOCr 6 6、标准态时标准态时, ,下列电对中下列电对中, ,其还其还 原型还原性最强的电对是原型还原性最强的电对是（ ） A A、 ( (Fe3+/Fe2+ )=)= 0 0. .7777V V B B、 (Cd(C
14、d2 2+ +/Cd)=)=- -0 0. .4040V V C C、 (Al(Al3 3+ +/Al)=)=- -1 1. .6666V V D D、 (Cu(Cu2 2+ +/Cu)=/Cu)=0 0. .3434V V 7 7、已知、已知 (Sn(Sn4+4+/Sn/Sn2+2+)=0.15V)=0.15V， ( (Fe2+/Fe)=)=- -0.41V0.41V，则，则SnSn2+2+能将能将 FeFe2+2+还原为还原为FeFe。（。（ ） 8、反应反应Zn+Fe2+(0.1mol L-1)= Zn2+(0.01mol L-1)+Fe在在298.15K时的时的 lgK等于等于（ ） A. B. C. D. 0592. 0)( 2/22ZnZnFeFe0592. 0)(2/22FeFeZnZn0592. 0)(2/22ZnZnFeFe0592. 0)(2/22FeFeZnZn9.溶液酸度的大小溶液酸度的大小，对下列电对中电极电对下列电对中电极电 位影响最大的是位影响最大的是（ ） A. Ag+/Ag
