氧化还原反应与原电池

《氧化还原反应与原电池》由会员分享，可在线阅读，更多相关《氧化还原反应与原电池（72页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第9章 氧化还原反应与原电池学习内容：9.1 氧化还原反应的基本概念9.2 原电池9.3 电极电势9.4 电动势与反应的吉布斯自由能变9.5 浓度对电极电势和电动势的影响9.6 电极电势的应用9.7 元素的电势图及其应用2006-81第9章 氧化还原反应与原电池基本要求：1.了解氧化还原反应的基本概念2.掌握原电池的组成和表示3.掌握标准电极电势和标准电动势的定义和应用4.掌握能斯特方程的应用5.掌握电极电势的应用6.了解元素的电势图及其应用2006-829.1 氧化还原反应的基本概念9.1.1 元素的氧化数9.1.2 氧化还原反应9.1.3 氧化还原反应方程式的配平什么是氧化？ 什么是还原？

2、2006-839.1.1 元素的氧化数1970年国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)对氧化数 作出定义：氧化数某元素一个原子所带的形式电荷数原子的形式电荷数通过如下假设而得到：把含有该原 子的化学键中的电子指定给电负性大的原子。元素的电负性分子中原子吸引成键电子的能力在周期表中，同一周期从左到右元素的电负性增大； 同一主族从上到下元素的电负性减小。2006-84确定元素氧化数的规则（1）单质中元素的氧化数为零。（2）分子中所有元素氧化数的代数和等于零。（3）单原子离子的氧化数等于该离子所带的电荷数；多原子离 子中各元素氧化数的代数和等于该离子所带的电荷数。（4）在化合物中，氧的氧化数一般为-

3、2(在过氧化物如H2O2中为 -1，在超氧化物如KO2中为-0.5，在氟氧化物如OF2中为+2)；氢 的氧化数一般为+1(在金属氢化物如NaH中为-1)；氟的氧化数皆 为-1。例题：确定下列物质中S元素的氧化数。H2S、S8、H2SO2、H2SO3、H2SO4、S2O32-、S4O62-、S2O82-2 0 +2 +4 +6 +2 +2.5 +72006-859.1.2 氧化还原反应Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu氧化失去电子的过程还原得到电子的过程还原剂失去电子的物质氧化剂得到电子的物质氧化还原反应有电子得失的反应还原剂1 + 氧化剂2 = 氧化剂1 + 还原剂22006-86半反应及半反

4、应式的书写一个氧化还原反应可分为两个半反应。例如氧化还原反应：Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu氧化半反应：Zn=Zn2+2e还原半反应：Cu2+2e=Cu半反应的通式：氧化型+ne=还原型 或：Ox+ne=Red书写时先写出氧化型物质和还原型物质，然后加入电子 和介质离子、水等，使半反应式配平。例如：Cu2+2e=CuAgCl+e=Ag+Cl-MnO4-+8H+5e=Mn2+4H2OClO3-+3H2O+6e=Cl-+6OH-2006-87氧化还原电对半反应中氧化型物质与还原型物质之间也存在共轭关 系，氧化型物质得到电子后转变为还原型物质，而还原 型物质失去电子后转变为氧化型物质。氧化型物质

5、(氧化剂)得到电子的能力越强，其还原型 物质(还原剂)失去电子的能力就越弱。半反应中氧化型物质和还原型物质的组合称为氧化还 原电对，用“氧化型/还原型”表示。例如：Cu2+/Cu；AgCl/Ag；MnO4-/Mn2+；ClO3-/Cl-。2006-88氧化还原反应的类型普通氧化还原反应： Cu2+Zn=Cu+Zn2+自身氧化还原反应： 2KClO3=2KCl+3O2岐化反应： 2Cu+=Cu+Cu2+逆岐化反应： 2Fe3+Fe=3Fe2+2006-899.1.3 氧化还原反应方程式的配平氧化还原反应方程式的配平根据得失电子数相等的原 则，可用氧化数法或离子电子法进行。氧化数法适用于各种氧化还

6、原反应的配平。离子电子法只限于水溶液中进行的反应(两个半反应 均必须有离子存在)。离子电子法的优点是不需找出元 素的氧化数，常用于半反应式的配平。掌握离子电子法！2006-810氧化数法配平步骤（不作要求）（1）写出反应物和生成物并将氧化数发生变化的元素先配平。KMnO4+2FeSO4+H2SO4 MnSO4+Fe2(SO4)3+K2SO4（2）标出氧化数的变化情况。+5eKMnO4+2FeSO4+H2SO4 MnSO4+Fe2(SO4)3+K2SO4-2e（3）根据氧化剂氧化数降低值与还原剂氧化数升高值相等的原 则，在相应的化学式前乘以适当的系数。2KMnO4+10FeSO4+H2SO4 2

7、MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4（4）配平反应前后氧化数没有变化的原子：一般先配平除氢和 氧以外的其他原子数，然后再检查两边的氢原子数，必要时可以 加水进行平衡。2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4=2MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O（5）核对两边的氧原子数。 2006-811离子电子法配平步骤 KMnO4+FeSO4+H2SO4MnSO4+Fe2(SO4)3+K2SO4（1）写出离子方程式。MnO4- + Fe2+ Mn2+ + Fe3+（2）将离子方程式写成两个半反应式。MnO4- Mn2+Fe2+ Fe3+（3）分别对这两个半反应式进行配平。MnO

8、4- + 8H+ + 5e Mn2+ + 4H2OFe2+ Fe3+ + e（4）将两个半反应式各乘以适当系数，使两个半反应式的电子 数相等，然后将两个半反应式相加，消去电子。MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O（5）核对方程式两边的原子数和电荷数，必要时将离子反应式 改写为分子反应式。2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4=2MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O2006-8129.2 原电池9.2.1 原电池装置9.2.2 电极的类型2006-8139.2.1 原电池装置将化学能直接转变为电能的装 置称为原电池。例如：铜锌原电池

9、负极反应：Zn=Zn2+2e正极反应：Cu2+2e=Cu电池反应：Zn+Cu2+=Zn2+Cu外电路电子流动盐桥离子迁移整个装置形成一个回路，使反 应持续进行，电流不断产生。第一个原电池于1799年制成。2006-814电池符号原电池可用符号表示，说明原电池的组成。一个电池 由两个电极和电解质溶液组成：左边为负极，起氧化反 应；右边为正极，起还原反应；中间为电解质溶液。例 如铜锌原电池可表示为：(-)Zn|Zn2+(c)Cu2+(c)|Cu(+)用“|”表示两相界面，用“”表示盐桥，盐桥两 边是两个电极的溶液。溶液要注明浓度，气体要注明压 力。气体电极和氧化还原电极要写出导电的惰性电极，通 常

10、是铂电极。例如：(-)Pt|H2(p)|H+(c)Fe3+(c)，Fe2+(c)|Pt(+)2006-815单液电池有些原电池只有一种溶液，没有盐桥，称为单液电池。例如：(-)Zn(s)|ZnCl2(aq)|AgCl(s)|Ag(s)(+)测量溶液pH的电池也是单液电池。2006-8169.2.2 电极的类型一个电池由两个电极组成。电极分为四类：（1）金属-金属离子电极（2）气体-离子电极（3）金属-金属难溶盐-难溶盐阴离子电极（4）氧化还原电极注意各类 电极的组成2006-817（1）金属-金属离子电极(简称金属电极)例如：银电极 Ag|Ag+电极反应为 Ag+eAg又如：铁电极 Fe|Fe

11、2+电极反应为 Fe2+2eFeAg+Ag2006-818（2）气体-离子电极(简称气体电极)例如：氢电极 Pt|H2|H+电极反应为 2H+2eH2又如：氯电极 Pt|Cl2|Cl-电极反应为 Cl2+2e2Cl-2006-819（3）金属-金属难溶盐-难溶盐阴离子电极(简称难溶盐电极)例如：氯化银电极 Ag|AgCl|Cl-电极反应为 AgCl+eAg+Cl-注意氯化银电极与银电极是不同的。又如：甘汞电极 Pt|Hg|Hg2Cl2|Cl-电极反应为 Hg2Cl2+2e2Hg+2Cl-饱和甘汞电极的电极电势稳定，常用 作参比电极，与玻璃电极(指示电极) 一起组成电池，测定溶液的pH。2006

12、-820（4）氧化还原电极例如：铁氧化还原电极 Pt|Fe3+，Fe2+电极反应为 Fe3+eFe2+注意铁氧化还原电极与铁电极是不同的。又如：锡氧化还原电极 Pt|Sn4+，Sn2+电极反应为 Sn4+2eSn2+再如：锰氧化还原电极 Pt|MnO4-，Mn2+电极反应为 MnO4-+8H+5eMn2+4H2O再如：氯氧化还原电极 Pt|ClO3-，Cl-电极反应为 ClO3-+3H2O+6eCl-+6OH-Fe3+，Fe2+Pt2006-821惰性电极气体电极和氧化还原电极，要插入惰性电 极(如铂、金、石墨等)作导体，在气体电极 中，惰性电极还必须起吸附气体的作用。从以上例子可以看到，不论

13、什么类型的电 极，在每个电极中，都必须含有同一种元素 的两种不同氧化数的物质，其中氧化数较高 的物质称为氧化型物质，而氧化数较低的物 质称为还原型物质。2006-822氧化型物质与还原型物质电电极氧化型物质质还还原型物质质Ag|Ag+Ag+AgFe|Fe2+Fe2+FePt|H2|H+H+H2Ag|AgCl|Cl-AgClAgPt|Fe3+，Fe2+Fe3+Fe2+Pt|MnO4-， Mn2+MnO4-Mn2+2006-8239.3 电极电势9.3.1 电极电势的产生9.3.2 标准氢电极与标准电极电势2006-8249.3.1 电极电势的产生 以金属电极为例说明：把金属插入它的盐溶液中，将

14、发生溶解和沉积两种过程。溶解金属表面上的正离子受溶液中水分子的吸引 ，有溶解到溶液中成为水合离子的趋势。沉积溶液中的水合金属离子也有从金属表面上获 得电子，沉积到金属表面上的趋势。金属越活泼，溶液中金属离子浓度越小，溶解的趋势 越大；相反，金属越不活泼，溶液中金属离子浓度越大 ，沉积的趋势越大。2006-825双电层示意图形成双电层产生电势差达到动态平衡电极电势不活泼金属电极(如Cu/Cu2+) 沉积大于溶解活泼金属电极(如Zn/Zn2+) 溶解大于沉积2006-826电极电势与电池电动势电极：双电层电势差电极电势电极电势电极中存在的电势差。表示电极中氧化型物质的 氧化能力或还原型物质的还原能

15、力的相对大小。越大，氧化型 物质的氧化能力越大，是越强的氧化剂；相反，越小(或负值 越大)，还原型物质的还原能力越大，是越强的还原剂。的大 小除与电极本性有关之外，还与离子浓度、溶液酸度及温度等因 素有关。电池：电极电势差电池电动势产生电流电池电动势E两个电极的电势差。可以用两个电极的电极电 势计算。2006-8279.3.2 标准氢电极与标准电极电势单个电极电势的绝对值不能测定，可以测定的 是电池电动势，即正极与负极的电极电势之差。 因此，必须选择一个标准，才能得出电极电势的 相对值。2006-828（1）标准氢电极标准氢电极的构造：把一块 镀有铂黑的铂片插入氢离子 浓度为1molL-1的酸溶液中， 然后不断通入压力为105Pa的 纯氢气，使铂片吸附氢气并 达到饱和。电极反应：2H+(aq)+2e=H2(g)规定：(H+/H2)=0.000V2006-829（2）标准电极电势在298K下，如组成电极的各离子浓度均为1molL-1，气体压力 为105Pa，液体与固体都是纯的，则该电极处于标准状态，标准 状态下的电极电势称为标准电极电势，用(Ox/Red)表示。因此，要测定某电极的标准电极电势，可在标准状态下，将该 电极与标准氢电极组成电池。此电池的电动势就是该电极的标准 电极电