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1、10-1 基本概念基本概念10-2 电池反池反应的的热力学力学10-3 电极极电势的的应用用10-4 化学化学电源源10-5 元素元素电势图的的应用用第第10章章氧化氧化还原反原反应1宋天佑版无机化学第章氧化还原反应 10-1 基本概念 10.1.1 原电池：化学能转变为电能的装置关键词：半电池、盐桥、电极类型、电池符号Anode阳极阳极cathode 阴极阴极Anion:anionic ion 阴离子阴离子cation:cationic ion 阳离子阳离子规定定电子流出的极子流出的极为负极（极（-）电子流入的极子流入的极为正正极（极（+）2宋天佑版无机化学第章氧化还原反应电极反极反应负极（
2、极（Zn)：Zn=Zn2+ + 2- , 氧化反氧化反应正极（正极（Cu): Cu2+2- = Cu ，还原反原反应电池反池反应： Cu2+Zn=Zn2+Cu 在氧化还原半反应中（Cu2+2-Cu），同一元素的不同氧化态物质可构成氧化还原电对。电对中高氧化态物质称氧化型，低氧化态物质称还原型。电对通式：氧化型/还原型Cu2+/Cu ;Zn2+/Zn ;H+/H2 ; O2/OH- 说明: 电对不需配平氧化型或还原型物质必须是能稳定存在的。MnO4-/MnO2() MnO4-/Mn4+()3宋天佑版无机化学第章氧化还原反应 一个氧化还原电对对应一个半反应Cu2+/Cu Cu2+2- Cu Zn2
3、+/Zn Zn2+2- Zn 一个氧化还原反应是由两个或两个以上的氧化还原电对共同作用的结果。Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+ 一个电对中，氧化型的氧化能力越强，则其共轭还原型的还原能力越弱；如还原型的还原能力越强，则其共轭氧化型的氧化能力越弱。4宋天佑版无机化学第章氧化还原反应如MnO4-/Mn2+ 和SO42-/SO32- 在酸性介质中MnO4-+8H+ +5- Mn2+4H2O SO42-+2H+ +2- SO32-+H2O 2MnO4-+6H+ +5SO32-= 2Mn2+5SO42- +3H2O5宋天佑版无机化学第章氧化还原反应1.电极极电势的的产生生在在铜-锌原原电池中，
4、把两个池中，把两个电极用极用导线连起来起来就有就有电流流产生，生，这说明在明在原原电池两池两电极极间存在存在电势差差，或者，或者说原原电池的池的两极各存在一个两极各存在一个电势电极极电势。金属晶体中有金属离子和自由金属晶体中有金属离子和自由电子，当把金属子，当把金属M放入其放入其盐溶液中溶液中时，在金属与其，在金属与其盐溶液的接触溶液的接触界面上会界面上会发生两个不同的生两个不同的过程。程。10.1.2 电极极电势和和电动势6宋天佑版无机化学第章氧化还原反应活活泼金属金属M溶解沉溶解沉积(a)金属金属M表面构成晶格的表面构成晶格的金属离子金属离子Mn+受到极性水受到极性水分子的吸引，有在金属分
5、子的吸引，有在金属M上留下上留下电子而自身以水合子而自身以水合离子离子Mn+(aq)的形式的形式进入入溶液的溶液的倾向。向。金属越活金属越活泼，溶液越稀，溶液越稀，这种种倾向越大。向越大。Mn+稀稀(a)7宋天佑版无机化学第章氧化还原反应不活不活泼金属金属MMn+浓(b)盐 溶 液 中 的Mn+(aq)又有一种从金属M表面获得电子而沉积在金属表面上的倾向，而使金属带正电。金属越不活泼，溶液越浓，这种倾向越大。沉沉积溶解溶解(b)8宋天佑版无机化学第章氧化还原反应两种两种倾向在一定条件下达到向在一定条件下达到暂时的平衡的平衡 在某一给定浓度的溶液中，若失电子倾向得电子倾向，到达平衡时金属棒上带负
6、电，靠近金属棒的溶液带正电。如(a)所示。反之若得电子倾向失电子倾向，则到达平衡时金属棒上带正电，靠近金属棒的溶液带负电。如(b)所示。 9宋天佑版无机化学第章氧化还原反应 这时在金属和盐溶液之间就产生了电位差，这种产生在金属和它的盐溶液之间的电位差叫做金属的电极电势。（氧化还原电对）用符号E(Mn+/M)表示如：E(Zn2+/Zn)，E(Cu2+/Cu)如果均处于标准状态下，则用E(Mn+/M)表示。10宋天佑版无机化学第章氧化还原反应 不同的不同的电极极产生的生的电势不同，将两个不同不同，将两个不同的的电极极组成原成原电池池时，原，原电池两极池两极间就必然就必然存在存在电势差，从而差，从而
7、产生生电流流,整个原整个原电池的最池的最大大电势差即差即原原电池的池的电动势。EMF= E(+)- E(-)如果如果处于于标准状准状态，则电池的池的标准准电动势：EMF= E (+)- E (-)电动势0意味着意味着该原原电池可以自池可以自发地地发电2. 电池的池的电动势11宋天佑版无机化学第章氧化还原反应3. 标准准氢电极和极和标准准电极极电势电极极电势的的绝对值无法无法测得得,通常通常选一一标准准电极极标准准氢电极极a(H+)=1molkg-1P(H2)=100kPa电极反极反应： E (H+/H2)=0.00 V标准状准状态：组成成电极的溶液中离子、分子极的溶液中离子、分子浓度度为1mo
8、ldm-3，气体分，气体分压为100kPa，液体或固体，液体或固体为纯净物。物。标准准电极极电势符号符号E 。12宋天佑版无机化学第章氧化还原反应 (1)金属-金属离子电极金属置于含有同一金属离子的盐溶液中构成Zn2+/Zn 电极符号：Zn(s)Zn2+ Cu2+/Cu 电极符号：Cu(s)Cu2+ “”表示两相界面Cu,Zn本身是导体，可做电极电极的极的类型与原型与原电池的表示方法池的表示方法(2)气体气体-离子离子电极极2H+2-=H2 电极反极反应中无中无导体，需借助于惰性体，需借助于惰性电极极（铂或石墨）来完成或石墨）来完成电对电子的子的转移。移。电极符号：极符号：PtH2(g)H+1
9、3宋天佑版无机化学第章氧化还原反应(3) “氧化氧化还原原”电极极Fe3+-=Fe2+ PtFe3+,Fe2+(4)金属金属-金属金属难溶溶盐或氧化物或氧化物-阴离子阴离子电极极金属表面涂上金属表面涂上该金属的金属的难溶溶盐(或氧化物或氧化物)，然后将它浸，然后将它浸在与在与该盐具有相同阴离子的溶液中。具有相同阴离子的溶液中。AgCl+-=Ag+Cl- 电极符号极符号: AgAgCl(s)Cl-甘汞甘汞电极极: 在金属在金属Hg的表面覆盖一的表面覆盖一层氯化化亚汞汞（Hg2Cl2），然后注入），然后注入氯化化钾溶液，溶液，电极反极反应：Hg2Cl2+2-=2Hg(l)+2Cl-电极符号：极符号
10、：HgHg2Cl2(s)Cl-14宋天佑版无机化学第章氧化还原反应 两种不同的两种不同的电极极组合起来即构成原合起来即构成原电池。每个池。每个电极叫半极叫半电池。原池。原电池也可用池也可用简易的易的电池符号表示出来。池符号表示出来。 原原电池的表示方法：池的表示方法：Cu-Zn原原电池池:(-)ZnZnSO4(c1)CuSO4(c2)Cu(+) (-)PtH2（1.01310-5 Pa)H+(1moldm-3)Cu2+(c)Cu(+)将下列反将下列反应设计成原成原电池并以原池并以原电池符号表示池符号表示2Fe2+(1.0moldm-3)+Cl2(100kPa)=2Fe3+(0.10moldm-
11、3)+2Cl- (2.0moldm-3) 正极正极:Cl2+2-2Cl- 负极极:Fe2+ Fe3+-电池符号池符号:(-)PtFe2+(1.0moldm-3),Fe3+(0.10moldm-3)Cl-(2.0moldm-3)Cl2(100kPa),Pt(+)15宋天佑版无机化学第章氧化还原反应书写原电池符号的规则负极“-”在左边，正极“+”在右边，盐桥用“”表示。半电池中两相界面用“”分开，同相不同物种用“,”分开，溶液、气体要注明C，P。纯液体、固体和气体写在惰性电极一边用“,”或“”分开。盐桥两边为溶液。组分物质为参与电子转移的氧化还原电对。不包含H+和OH-离子等。电池符号（池符号（-
12、）ZnZn2+(c1)Cl-(c2)Hg2Cl2Hg (+)写出写出电池反池反应电极反极反应式式16宋天佑版无机化学第章氧化还原反应各各电对标准准电极极电势的的获得：得：用用标准准氢电极极与与其其它它各各种种标准准状状态下下的的电极极组成成原原电池池，测得得这些些电池池的的电动势（EMF），从从而而计算各种算各种电极的极的标准准电极极电势。EMF=E(+)- E(-) 根据根据电流方向流方向判断判断电极极电势的正的正负。17宋天佑版无机化学第章氧化还原反应例如：例如：Zn+2H+=Zn2+H2 根据根据电流的方向判断正流的方向判断正负极：极： Zn失失电子的子的倾向大于向大于H2，做，做负极；
13、极；设计并并组成成电池：池：(-)Zn Zn2+(c)H+（1.0moldm-3)H2(P)Pt(+)测定定电池池电动势：EMF=0.7628V 推断推断电极极电势：EMF=0.0-E(Zn2+/Zn )=0.7628V E(Zn2+/Zn)=-0.7628V 18宋天佑版无机化学第章氧化还原反应Cu2+H2=Cu+2H+(-)PtH2(P)H+（1.0moldm-3) Cu2+(1.0moldm-3)Cu (+)EMF=E(+)- E（-） 0.34= E(Cu2+/Cu)- E（H+/H2) E(Cu2+/Cu)= +0.34V用用类似方法可似方法可测得一系列得一系列电对的的电极极电势。1
14、9宋天佑版无机化学第章氧化还原反应查表注意事表注意事项：p399附附录13(1)查表方法：表方法：电极反极反应中中有有H+出出现，皆，皆查酸表（酸表（ E A）；）；电极反极反应中有中有OH-出出现，皆，皆查碱表（碱表（ E B）；）； 电极极反反应中无中无H+或或OH-，可从存在状，可从存在状态考考虑， E (Fe3+/Fe2+）,Fe3+-=Fe2+ ,查酸表；酸表； E (ZnO22-/Zn） ZnO22-+2H2O +2-=Zn+4OH-,查碱表；碱表； E（Cl2/Cl-）等无介）等无介质参与参与电极反极反应,查酸表。酸表。 20宋天佑版无机化学第章氧化还原反应(2) E的符号，的符
15、号，在在H+/H以上以上E0。电极反极反应写法：氧化型写法：氧化型+n-=还原型原型(3) E无加和性。无加和性。 Zn2+2-=Zn ，E (Zn2+/Zn）=-0.7628V 2Zn2+4-=2Zn ， E (Zn2+/Zn）=-0.7628V(4)只适合于只适合于标准状准状态下的水溶液，下的水溶液，在此条件下，在此条件下，可直接根据可直接根据E值判断物判断物质氧化氧化还原能力的大小。原能力的大小。非水溶液、非非水溶液、非标准状准状态不适用。如：不适用。如：C+O2CO2，Cu+浓H2SO4。21宋天佑版无机化学第章氧化还原反应 E值越越负，电对对应的的还原型物原型物质的的还原能力越原能力
16、越强，氧化型物，氧化型物质的氧化能力越弱；的氧化能力越弱；反之，反之， E值越越正正，电对对应的的氧化型物氧化型物质的氧化能力越的氧化能力越强，还原原型物型物质的的还原能力越弱。原能力越弱。 E(Ag+/Ag)= +0.7999V; E(Zn2+/Zn)= -0.7628V 氧化性：氧化性：Ag+ Zn2+ 还原性：原性：ZnAg反反应方向：方向：Ag+ Zn= Ag+Zn2+ 强氧化氧化剂1+强还原原剂2弱弱还原原剂1+弱氧化弱氧化剂222宋天佑版无机化学第章氧化还原反应根据化合价变化和变价元素质量守恒先写出主要反应物跟产物例如电对MnO4-/Mn2+ MnO4- + 5e- = Mn2+再
17、配平两侧电荷，通过补写H+或OH-调节两侧电荷数目。判断是否合理是关键。MnO4- + 5e- + 8H+ = Mn2+最后通过H2O调节两侧H、O个数MnO4- + 5e- + 8H+ = Mn2+ + 4H2O10.1.3. 电极反极反应式的式的书写和配平写和配平23宋天佑版无机化学第章氧化还原反应练习下列电对电极反应方程式Hg2Cl2/Hg NO3-/NO SO42-/H2SO3 V2O5/VO2+ XeO3/Xe PbO2/Pb2+ V2O5/V NiO2/Ni(OH)224宋天佑版无机化学第章氧化还原反应10-2 电池反应的热力学10.2.1 标准准电动势与与电池反池反应标准自由能准
18、自由能变的关系的关系 U=Q+W=Q+W体体+W非非Q= U-W体体-W非非= U-p V-W非非= H-W非非等温等等温等压下下,可逆可逆过程程作功最大作功最大,吸吸热最多最多:Q H-W非非, T S H-W非非T S- H -W非非, - G -W非非p等温等压下适用;p如果作非体积功,可逆过程中,非体积功最大等于体系自由能的减小,-G = -W非.其他过程的非体积功的值,小于体系自由能的减小,即-G -W非p如果不作非体积功, G0可自发。25宋天佑版无机化学第章氧化还原反应可逆过程：rG= -W非原电池反应：rG= -W非= -W（电池电功）W（电池电功）= EQ = En1.610
19、-196.021023 = nEF(F=96500 Cmol-1) rG= -nFEMF标准状态时：rG= -nFEMFrG0,反应正向自发进行.26宋天佑版无机化学第章氧化还原反应 rG= -nFEMF= - RTlnKlnK= nFEMF/RTlgK= nEMF/0.0592 其中其中n为氧化氧化还原原转移移电子数子数10.2.2 标准准电动势与与电池反池反应平衡常数的关系平衡常数的关系27宋天佑版无机化学第章氧化还原反应电池的池的电动势与与产物物,反反应物物浓度或分度或分压的关系的关系: G = G+ RTlnQ= G + RTlnQ -nFEMF= -nFEMF+ RTln(产物物/反
20、反应物物) EMF = EMF- (RT/nF)ln(产物物/反反应物物) EMF = EMF- (0.0592/n)lg(产物物/反反应物物)此此为电池反池反应的的Nernst方程。方程。10.2.3 影响影响电池池电动势的的浓度因素度因素28宋天佑版无机化学第章氧化还原反应以以Zn + Cu 2+ = Zn 2+ + Cu 为例例:EMF = EMF- (0.0592/n)lg(产物物/反反应物物)EMF = EMF- (0.0592/2)lg(Zn 2+ /Cu 2+ )E(+) - E(-)= E(+) - E(-) - (0.0592/2)lgZn 2+ + (0.0592/2)lg
21、Cu 2+ E(+) - E(-)= E(+) + (0.0592/2)lgCu 2+ E(-) + (0.0592/2)lgZn 2+ 浓度通度通过对电极极电势产生影响生影响进而影响而影响电池的池的电动势29宋天佑版无机化学第章氧化还原反应电极极电势与物与物质浓度分度分压的关系的关系:以以Zn + Cu 2+ = Zn 2+ + Cu 为例例: E(+) = E(+) + (0.0592/2)lgCu 2+ E(-)= E(-) + (0.0592/2)lgZn 2+ 电极反极反应(+)Cu 2+ +2e=Cu, (-)Zn 2+ +2e = Zn氧化型氧化型氧化型氧化型还原型原型还原型原型
22、电极极电势的奈斯特方程式的奈斯特方程式 30宋天佑版无机化学第章氧化还原反应氧化型氧化型电极反极反应中中,氧化型一氧化型一边所有物种所有物种相相对浓度（度（c/c)或相或相对压力力(p/p)幂次的乘次的乘积；还原型原型电极反极反应中中,还原型一原型一边所有物种所有物种相相对浓度（度（c/c)或相或相对压力力(p/p)幂次的乘次的乘积；注意：注意：浓度度单位：位：moldm-3 ；压力力单位：位：Pa,固体或固体或纯液体液体浓度度视为131宋天佑版无机化学第章氧化还原反应32宋天佑版无机化学第章氧化还原反应1.氧化型、氧化型、还原型离子原型离子浓度度对E的影响的影响练习：已知：已知 Fe3+-=
23、Fe2+, E=0.77V 求：求：Fe3+/Fe2+取不同取不同值时的的E值E=E+0.0592lgFe3+/Fe2+ 比比值10-2 10-1 1 10 100 E(V) 0.65 0.71 0.77 0.83 0.89结论：增大氧化型物增大氧化型物质的的浓度或降低度或降低还原型物原型物质的的浓度，度，E值增大。增大。电极反极反应右行右行.氧化氧化还原原电势的的计算示例算示例33宋天佑版无机化学第章氧化还原反应2.酸度酸度对E的影响的影响练习:Cr2O72-+14H+6-=2Cr3+7H2O E=1.33V求求:当当Cr2O72-=Cr3+=1moldm-3，H+取不同取不同值时的的E值。
24、H+=10-3 moldm-3 E(Cr2O72-/ Cr3+)=0.92VH+=10 moldm-3 E (Cr2O72-/ Cr3+)=1.47V含氧酸含氧酸盐的氧化能力随溶液酸性的增的氧化能力随溶液酸性的增强而增而增强34宋天佑版无机化学第章氧化还原反应思考：根据思考：根据标准准氢电极极电势E= 0.00 V求算求算0.1moldm-3HAc溶液溶液,p(H2)=100kPa时氢的的电极极电势E （H+/H2）c/Ka400，H+=(cKa)1/2=1.310-3 moldm-335宋天佑版无机化学第章氧化还原反应3.沉淀生成沉淀生成对E的影响的影响思考：已知思考：已知E（Ag+/Ag)
25、=0.7991V,在在Ag-Ag+半半电池中，加入池中，加入NaCl至平衡至平衡时Cl-=1.0 moldm-3.求：求：E（Ag+/Ag)E（Ag+/Ag)= E（Ag+/Ag)+0.0592lgAg+Ag+=KSP/Cl-=1.810-10moldm-3E（Ag+/Ag)= E（Ag+/Ag)+0.0592lgAg+=0.221(V)电极反极反应：AgCl+-=Ag + Cl-，Cl-=1.0 moldm-3，标准准状状态,即即: E（AgCl/Ag)=E（Ag+/Ag)= 0.221(V)36宋天佑版无机化学第章氧化还原反应同理：根据附同理：根据附录中中难溶溶盐的溶度的溶度积常数，常数，
26、计算算E（AgBr/Ag) E（AgI/Ag)。E（AgBr/Ag)= 0.0726(V)E（AgI/Ag) = -0.1522(V) 这类金属金属-金属的金属的难溶溶盐电极，如：极，如：AgAgCl(s)Cl-（1moldm-3) HgHg2Cl2(S)Cl-(1moldm-3)等等电极制极制备方法比方法比较简单，电极极电势相相对固定，是很常用固定，是很常用的参比的参比电极。极。37宋天佑版无机化学第章氧化还原反应如何如何计算算E(HAc/H2)2HAc+2-=H2+Ac-，pH2=100kPa、HAc=Ac-=1时的的电极极电势为E(HAc/H2)结论：氧化型物：氧化型物质生成沉淀，生成沉
27、淀，则沉淀物的沉淀物的KSP越小，它的越小，它的E就越小，氧化型物就越小，氧化型物质越越稳定；相反，如定；相反，如还原型物原型物质生成沉生成沉淀，淀，则沉淀物的沉淀物的KSP越小，越小，电对的的E就越大，就越大，还原型物原型物质越越稳定。定。38宋天佑版无机化学第章氧化还原反应1.判断氧化剂和还原剂的强弱还原性：I-_Fe2+ _Br- 氧化性：Br2_Fe3+_I210-3 电极电势的应用E（I2/I-）=0.5345V ；E(Fe3+/Fe2+)=0.769 VE(Br2/Br-)=1.0774 VE值越大，越大，电对的氧化型物的氧化型物质的的氧化能力越氧化能力越强，还原型物原型物质的的还
28、原能力越弱。非原能力越弱。非标准状准状态下用奈下用奈斯特方程求出斯特方程求出E，再比，再比较。39宋天佑版无机化学第章氧化还原反应2.判断原判断原电池的正池的正负极，求算极，求算E 利利用用两两个个电对Cu2+/Cu 和和Cl2/Cl- 组成成原原电池池。已已知知:p(Cl2)=100kPa,c(Cu2+)=c(Cl-)=0.1moldm-3,写写出出原原电池池符符号，并号，并计算原算原电池池电动势。E(Cu2+/Cu)= E+0.0296lg0.1=0.31V E(Cl2/Cl-)= E+0.0296lg1/(0.1)2=1.42V E值大的大的Cl2/Cl-电对做正极，做正极，E值小的小的
29、Cu2+/Cu 电对做做负极。极。Cu+Cl2Cu2+2Cl- 电池符号池符号:（-）CuCu2+(0.1moldm-3)Cl-(0.1moldm-3)Cl2（100kPa)Pt(+) EMF= E(+)- E(-)= E(Cl2/Cl-)- E（Cu2+/Cu) =1.42-0.31=1.11(V)40宋天佑版无机化学第章氧化还原反应3.判断氧化判断氧化还原反原反应进行的方向行的方向反反应自自发进行的条件行的条件为rGm = nFEMF0即即EMF0,反反应正向正向进行行;EMF0,反反应逆向逆向进行行. 强氧化氧化剂(1)+强还原原剂(2)弱弱还原原剂(1)+弱氧化弱氧化剂(2)即即E值大
30、的大的电对的氧化型可氧化的氧化型可氧化E值小的小的电对的的还原型。原型。例：例：E(Cu2+/Cu)=0.339V E（Zn2+/Zn)= -0.762V 反反应方向：方向：Cu2+ +ZnCu+Zn2+? 2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+在在标准状准状态下能否自下能否自发进行？行？若两若两电对的的EMF0.2V，一般情况下，一般情况下，浓度度虽然会影响到然会影响到E ，但不会使，但不会使EMF的正的正负号改号改变。在此情况下，可直接用。在此情况下，可直接用EMF判断。如判断。如EMF值太小，太小，则浓度的改度的改变可能可能导致反致反应方向方向的改的改变。如反如反应是在非是在非标准状准状态下
31、下进行，行，则需用奈斯特方需用奈斯特方程程计算出算出E后再判断。后再判断。41宋天佑版无机化学第章氧化还原反应练习：判断下列各：判断下列各组物物质能否共存？能否共存？为什么？什么？(1)Fe3+和和Sn2+; (2)Fe2+和和Cr2O72-(酸性介酸性介质）; (3)Cl- 、Br-和和I-; (4)Fe2+和和Sn4+; (5)I2和和Sn2+;(6)Fe2+和和MnO4- (酸性介酸性介质）。）。42宋天佑版无机化学第章氧化还原反应例：判断下列氧化例：判断下列氧化还原反原反应进行的方向行的方向(1)EMF=E(Pb2+/Pb)-E(Sn2+/Sn)=-0.1266-(-0.1410)=0
32、.0144(v)0 反反应自自发向右向右进行行(2)EMF= E(Pb2+/Pb)-E(Sn2+/Sn)= -0.1558-(-0.1410)= -0.0148(v)0 反反应逆向自逆向自发进行行例：判断在酸性溶液中例：判断在酸性溶液中H2O2与与Fe2+混合混合时，能否，能否发生氧化生氧化还原反原反应？若能反？若能反应，写出反，写出反应方程式。方程式。43宋天佑版无机化学第章氧化还原反应例：例：现有含有含Cl-、Br-、I-的混合溶液，欲将的混合溶液，欲将I-氧化成氧化成I2 ，而，而Br-、Cl-不被氧化，在常用的氧化不被氧化，在常用的氧化剂Fe2(SO4)3和和KMnO4中中选择哪一个能
33、符合上述要求？哪一个能符合上述要求？44宋天佑版无机化学第章氧化还原反应 Fe 3+只能把只能把I-氧化氧化为I2，而，而MnO4-能把能把Cl-、Br-、I-氧化氧化为相相应的的单质, 应选择Fe2(SO4)3。45宋天佑版无机化学第章氧化还原反应所以，该反应在标准态下不能向右进行。46宋天佑版无机化学第章氧化还原反应47宋天佑版无机化学第章氧化还原反应48宋天佑版无机化学第章氧化还原反应4.判断氧化还原反应进行的程度反应进行的程度可由K的大小来衡量rGm= -RTlnK= -2.303RTlgK (1) rGm= -nFEMF (2) （n为电池反应中得失电子数）T=298K时2.303R
34、TlgK= nFEMF49宋天佑版无机化学第章氧化还原反应例：例：计算算298K时，反，反应Cr2O72-+6Fe2+14H+=2Cr3+6Fe3+7H2O的的标准平准平衡常数衡常数解：解：EMF= E（Cr2O72-/Cr3+）-E（Fe3+/Fe2+）=1.33-0.771=0.559（V） lgK=nEMF/0.0591=60.559/0.0591=56.66 K=4.571056 反反应正向正向进行程度很大。行程度很大。50宋天佑版无机化学第章氧化还原反应5.求溶度求溶度积常数和弱常数和弱电解解质的解离常数的解离常数例：已知例：已知 E（PbSO4/Pb)= -0.356 V E（Pb
35、2+/Pb)= -0.126V，求，求KSP（PbSO4）电极反极反应 PbSO4+2-= Pb+SO42-电子得失的子得失的实质是：是：Pb2+ + 2-= PbE（PbSO4/Pb)= E（Pb2+/Pb) = E（Pb2+/Pb)+(0.0592/2)lgPb2+ -0.356=-0.126+0.02955lgPb2+Pb2+=1.610-8 KSP=Pb2+SO42-KSP=1.610-81=1.610-851宋天佑版无机化学第章氧化还原反应例：已知例：已知 E（HCN/H2）= -0.545V，求：，求：Ka（HCN）电极反极反应 2HCN+2-=H2+2CN- 标准准态各各组分的分
36、的浓度度为152宋天佑版无机化学第章氧化还原反应10-4 化学电源(阅读材料)化学电源性能指标化学电源性能指标1. 电动势与开路与开路电压；2. 工作工作电压与与电池内阻；池内阻；3. 电池容量与放池容量与放电深度；深度；4. 比能量与比功率；比能量与比功率；5. 电池寿命；池寿命；6. 过充充电性能。性能。化学电源分类化学电源分类（1）一次化学电源干电池。（2）二次化学电源 铅蓄电池等可充电电池都是二次电池。 （3）燃料电池 又称为连续电池，一般以天然燃料或其它可燃物质如氢气、甲醇、天然气、煤气等作为负极的反应物质，以氧气作为正极反应物质组成燃料电池。53宋天佑版无机化学第章氧化还原反应化学
37、电源的构成正极：正极：常常选用金属氧化物用金属氧化物负极极：常：常选用用较活活泼金属金属与活性物与活性物质一起构成一起构成电极的添加极的添加剂一般有：一般有：导电剂、粘粘结剂、缓蚀剂等。等。电解液解液：高：高导电率，化学率，化学稳定性好、不易定性好、不易挥发、易于易于长期期贮存存隔膜隔膜：较高离子高离子传输能力，能力，较低低电子子导电能力，能力，好的化学好的化学稳定性和一定的机械定性和一定的机械强度。度。54宋天佑版无机化学第章氧化还原反应锌锰电池：池：锌锰电池：池：负极：极：正极：正极：电池反池反应：55宋天佑版无机化学第章氧化还原反应碱性碱性锌锰电池：池：负极：极：正极：正极：电池反池反应
38、：56宋天佑版无机化学第章氧化还原反应 碱性碱性锌锰电池采用了高池采用了高纯度、高活性的正、度、高活性的正、负极材料，以极材料，以及离子及离子导电性性强的碱作的碱作为电解解质，使，使电化学反化学反应面面积成倍成倍增增长。由于阴极反。由于阴极反应不全是固相反不全是固相反应，负极极(阳极阳极)反反应产物物是可溶性的是可溶性的Zn(OH)42-，故内阻小，放，故内阻小，放电后后电压恢复能力恢复能力强。特点特点:（1）开路）开路电压为15V； （2）工作温度范）工作温度范围宽在在2060之之间，适于高寒地区使用；适于高寒地区使用； （3）大）大电流流连续放放电其容量是酸性其容量是酸性锌锰电池池的的5倍
39、左右；倍左右；（4）贮存寿命存寿命长。57宋天佑版无机化学第章氧化还原反应碱性碱性镍镉电池池：负极：极：正极：正极：电池反池反应：特点：自放特点：自放电小，小，贮存寿命存寿命长，耐，耐过充放充放电能力能力强。58宋天佑版无机化学第章氧化还原反应镍氢电池池：负极：极：正极：正极：电池反池反应：特点：比能量高，特点：比能量高，环保，无保，无记忆效效应，充放，充放电循循环寿命寿命长，耐，耐过充放充放电能力能力强59宋天佑版无机化学第章氧化还原反应铅酸酸电池池：负极：极：正极：正极：电池反池反应：特点：价格低廉，特点：价格低廉，电压高且高且稳定，定，电池容量大。池容量大。60宋天佑版无机化学第章氧化还
40、原反应锂离子离子电池池(rocking chair)20世世纪60年代开始研制年代开始研制锂电池池1990年日本年日本Sony公司率先研制成功公司率先研制成功锂离子离子电池池结构：构：Li(C) 含含锂盐的有机溶的有机溶质可嵌可嵌Li的化合物的化合物电池反池反应：(-) Li Li+ + e-(+) Li+ + e- Li61宋天佑版无机化学第章氧化还原反应嵌嵌锂电极材料极材料正极材料：正极材料：层状LiMO2化合物：LiCoO2 , LiVO2 , LiNiO2, LiMnO2尖晶石型LiM2O4化合物：LiCo2O4, LiV2O4, LiMn2O4,。62宋天佑版无机化学第章氧化还原反应
41、金属氧化物：金属氧化物：SnO2、WO3、MoO3、TiO2、V2O5、LixFe2O3、Li4Ti5O12等等负极材料：极材料：碳碳材材料料石墨石墨天然或人工石墨天然或人工石墨石墨化碳石墨化碳碳碳纤维介介稳相球状碳相球状碳非石墨非石墨软碳（焦炭）碳（焦炭） 硬碳硬碳Polyacene线性石墨混合物性石墨混合物掺杂型碳型碳63宋天佑版无机化学第章氧化还原反应正正 极极负 极极充充电放放电64宋天佑版无机化学第章氧化还原反应燃料燃料电池池能量利用率高，清能量利用率高，清洁环保。保。65宋天佑版无机化学第章氧化还原反应牛津大学和著名的仿古跑车品牌MORGAN（摩根）联合推出一辆颠覆传统的复古概念跑
42、车LIFEcar，搭载燃料电池，价值190万英镑。66宋天佑版无机化学第章氧化还原反应10-5 电势图解及其应用10.5.1 元素电势图把同一元素的不同氧化态物质，按氧化数由高到低的顺序排列，每两种氧化态物质之间以直线相连，直线上标明对应电对的E。 这种表示同一元素不同氧化种表示同一元素不同氧化态物物质之之间E变化的关系化的关系图，称元素的，称元素的标准准电极极电势图。简称元素称元素电势图。67宋天佑版无机化学第章氧化还原反应元素电势图的应用1.由已知电对的E，求未知电对的E E E E E68宋天佑版无机化学第章氧化还原反应例例1:解：解：20.49=1E+10.545 E= 20.49-0
43、.545=+0.44（V）例例2：Ex E69宋天佑版无机化学第章氧化还原反应 若若B能歧化能歧化即即 BA+C则 EMF= E(+)- E(-)= E(右右)- E(左左)0 E(右右) E(左左)若若 E(右右) E(左左) A+CB E E2.判断歧化反判断歧化反应能否能否进行行70宋天佑版无机化学第章氧化还原反应E(右右)E(左左)，所以酸性溶液中，所以酸性溶液中Cu+不不稳定，定，2Cu+=Cu2+Cu思考：思考：Cu2SO4晶体溶于水有何晶体溶于水有何现象？象？E(右右) E(左左) ，Fe2+不能不能发生歧化反生歧化反应但有但有 Fe3+Fe=2Fe2+ ,歧化反歧化反应的逆反的
44、逆反应。 71宋天佑版无机化学第章氧化还原反应例：已知例：已知Br的元素的元素电势图如下如下0.61E3E272宋天佑版无机化学第章氧化还原反应解：(1)0.61E2E373宋天佑版无机化学第章氧化还原反应0.52V0.76V(2)74宋天佑版无机化学第章氧化还原反应75宋天佑版无机化学第章氧化还原反应10.5.2 电势-pH图及其及其应用用在等温等在等温等浓度条件下，以度条件下，以电对的的电极极电势（E）为纵坐坐标，溶液的，溶液的pH值为横坐横坐标，绘出出E 随随pH变化的关系化的关系图，即是，即是电势-pH图。许多氧化多氧化还原反原反应都是在水溶液中都是在水溶液中进行的，水本身也具行的，水
45、本身也具有氧化有氧化还原性，且原性，且与速度有关。与速度有关。 水的氧化水的氧化还原性原性与两个与两个电极反极反应有有关关水中水中释放放氢气和氧气的气和氧气的电极反极反应式式:放放H2: 2H+ + 2e = H2 2H2O + 2e = H2 + 2OH- 放放O2: O2 + 2H2O + 4e = 4OH- O2 + 4H+ +4e = 2H2O 0?0.40091.22976宋天佑版无机化学第章氧化还原反应求求E(H2O/H2)?以以pH对E（H2O/H2）作）作图，得一直，得一直线A77宋天佑版无机化学第章氧化还原反应据此方程可得直据此方程可得直线B由于由于动力学等因力学等因素的影响，素的影响，实际测得得值比理比理论值偏差偏差0.5V，因此，因此A线、B线各向各向外推出外推出0.5V，实际为a,b虚虚线。78宋天佑版无机化学第章氧化还原反应此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！79宋天佑版无机化学第章氧化还原反应
