氧化还原电化学氧化还原的基本概念一氧ppt课件

《氧化还原电化学氧化还原的基本概念一氧ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《氧化还原电化学氧化还原的基本概念一氧ppt课件（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第十一章第十一章 氧化复原氧化复原电化学化学 11-1 11-1 氧化复原的根本概念氧化复原的根本概念一、一、 氧化数的概念氧化数的概念规定：定： 单质中，元素的氧化数中，元素的氧化数为零，零，H2 Cl2 FeH2 Cl2 Fe 正常氧化物中，氧的氧化数正常氧化物中，氧的氧化数为2 2， 过氧化物中氧化物中(H2O2 (H2O2 和和Na2O2)Na2O2)氧氧的氧化数的氧化数为 1 1， KO2 KO2氧化数氧化数为 0.5 0.5， KO3 KO3中氧中氧 化数化数为 1/3 1/3， OF2 OF2中中O O为+2+2。 ; H 普通为+1，PH3； 在NaH中为 1。 离子化合物中，

2、氧化数 = 离子电荷数 共价化合物中，氧化数 = 方式电荷数 总电荷数=各元素氧化数的代数和。例： K2CrO7 Cr为+6 Fe3O4 中，Fe为+8/3 Na2S2O3中，S 为+2 Na2S4O6中， 平均为2.5 (2个S 为0, 二个S为+5)氧化数与化合价的区别与联络：二者有时相等，有时不等。例如：CH4 CH3Cl CH2Cl2 CH3Cl;二、氧化复原作用 氧化复原反响: 某些元素氧化态发生改动的反响 氧化过程： 氧化态升高的过程, 复原剂 复原过程： 氧化态降低的过程, 氧化剂氧化型：高氧化态 氧化剂 复原型：低氧化态 复原剂 中间态： 既可作为氧化剂, 又可做为复原剂 复原

3、型 = 氧化型 + ne 10 HClO3 + 3P4 = 10HCl + 12H3PO4;三、 氧化复原反响方程式的配平1.氧化数法：原那么：复原剂氧化数升高数和氧化剂氧化数降 低数相等(得失电子数目相等 写出化学反响方程式 确定有关元素氧化态升高及降低的数值 确定氧化数升高及降低的数值的最小公倍 数。找出氧化剂、复原剂的系数。 核对，可用H+, OH, H2O配平。;例：11-1 HClO3 + P4 HCl + H3PO4 Cl5+ Cl 氧化数降低 6 P4 4PO43 氧化数升高20 10 HClO3 + 3P4 10HCl + 12H3PO4 10 HClO3 + 3P4 +18H

4、2O 10HCl + 12H3PO4 方程式左边比右边少36个H原子，少18个O原子，应在左边加18个H2O;例11-2 As2S3 + HNO3 H3AsO4 + H2SO4 + NO 氧化数升高的元素： 2As3+ 2As5+ 升高 4 3S2 3S6+ 升高24 N5+ N2+ 降低33As2S3 + 28HNO3 6H3AsO4 + 9 H2SO4 + 28NO左边28个H， 84个O ；右边36个H，88个 O左边比右边少8个H，少4个O3As2S3 + 28HNO3 + 4 H2O 6H3AsO4 + 9 H2SO4 + 28NO;2.离子电子法 写出相应的离子反响式 将反响分成两

5、部分，即复原剂的氧化反响 和 氧化剂的复原反响。 配平半反响确定二个半反响的系数得失电子数相等的原那么 根据反响条件确定反响的酸碱介质，分别加 入H+, OH-, H2O, 使方程式配平。;例 11-4 配平酸性介质下KMnO4溶液与Na2SO3 解：MnO4 + SO32 + H+ Mn2+ + SO42半反响 SO32 SO42 + 2e MnO4 + 5e Mn 2+配平半反响： SO32 + H2O SO42 + 2e + 2H+ MnO4 + 5e + 8H+ Mn 2+ + 4 H2O 5+ 2 2MnO4 + 5SO32 + 16 H+ + 5 H2O 2Mn2+ + 8 H2O

6、 + 5SO42 + 10H+即： 2MnO4 + 5SO32 + 6 H+ = 2Mn2+ + 3 H2O + 5SO42 ;左边右边酸性介质多O缺H时，多一个O加2个H+, 缺1个H加1个H+加相应的H2O碱性介质多H缺O时，多一个H加1个OH ，缺1个O加2个OH-加相应的H2O酸性介质中配平的半反响方程式里不应出现OH ,在碱性介质中配平的半反响不应出现H+普通先配平 H、O以外的原子数，然后配平H、O原子数，最后配平电子数; 11-2 11-2 原原电池与池与电极极电位位一、原一、原电池的概念池的概念 Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+ Zn + Cu2+ = Cu + Zn

7、2+ 原原电极正极极正极发生复原反响，生复原反响，负极极发生氧生氧化反响化反响负极： Zn 2e = Zn2+ 氧化态升高正极： Cu2+ + 2e = Cu 氧化态降低;氧化半反响： Zn 2e = Zn2+ 复原半反响： Cu2+ + 2e = Cu ()ZnZn2+(c1/ moldm-3) Cu2+(c2/moldm-3) Cu(+)二、原电池的表达式 1、负极写在左边，正极写在右边 2、用表示电极与离子溶液之间的物相界面 3、不存在相界面，用，分开。加上不与金属 离子反响的金属惰性电极。 4、 用表示盐桥 5、 表示出相应的离子浓度或气体压力。 ;() (Pt),H2(p)H+(1m

8、oldm-3) Fe3+(1moldm-3) ,Fe2+ (1 moldm-3) Pt(+) 氧化半反响： H2 2e = 2H+ 复原半反响： Fe3+ + e = Fe2+ 总反响： H2 + 2 Fe3+ = 2H+ + 2 Fe2+ 要求：1. 题中给出电池符号，要可以写出半反响和总反响方程式;例题：知电池符号如下：电池符号：() (Pt),H2(p)H+(1 moldm-3) Cl2(p) Cl (c moldm-3) , Pt(+)写出该电池的半反响方程式和总反响方程式氧化半反响： H2 2e = 2H+ 复原半反响： Cl2 + 2 e = 2Cl 总反响： H2 + Cl2 =

9、 2H+ + 2Cl ;例题：试以中和反响H+ (aq) + OH(aq) = H2O(l)为电池反响，设计成一种原电池反响(用电池符号表示),分别写出电极半反响，并求出它在25时的规范电动势。电池符号：() (Pt),H2(p)OH (aq)H+ (aq) H2 (p), Pt(+)负极反响： H2 + OH 2e = 2H2O正极反响： 2H+ + 2e = 2 H2 要求：2. 题中给出总反响方程式，要可以写出电池符号和半反响;三、电对的电极电位1.电极电位的构成 M = Mn+ + n e 金属进入溶液中，金属带多余的负电荷。 金属离子回到金属外表，带正电荷。 影响金属进入溶液的要素2

10、.电极电位(电势)的符号电极电位 金属的活泼性溶液的浓度体系的温度 3.电池池电动势的构成及符号的构成及符号 = + 、 单位：位：V：规范范电池池电动势：非：非规范范电池池电动势;()(Pt),H2( 105Pa)H+(1moldm-3)Cu2+ (1moldm-3)Cu (+)4.规范电极电势的测定()(Pt),H2( 105Pa)H+(1moldm-3)Zn2+(1moldm-3) Zn (+) = 0.76V = 0.34V = + ;以甘汞以甘汞电极作极作为规范范电极极测定定电极极电势甘汞甘汞电极极,电池介池介质为KClHg2Cl2 + 2e = 2Hg + 2Cl (KCl 为饱和

11、和) = + (KCl 为1 moldm-3)电池符号：() Hg，Hg2Cl2(s)KCl(1 moldm-3) Mn+ (1 moldm-3 ) M (+);规范电极电位：在电极反响条件下，对某物质氧化型得电子或复原型失电子才干的量度电对的电极电位数值越正，该电对中氧化型 的氧化才干(得电子倾向)越大，电对的电极电位数值越负，复原型复原才干越强要求：根据电对的电极电位，判别金属或离子相对氧化复原才干的强弱 是强度物理量 无加和性质Cu2+ + 2e = Cu 2Cu2+ + 4e = 2Cu5.规范电极电位表;例题： 知 Fe3+ e = Fe2+ = 0.77V Cu2+ 2e = Cu

12、 = 0.34V Fe2+ e = Fe = 0.44V Al3+ 3e = Al = 1.66V那么最强的复原剂是： A. Al3+； B. Fe； C. Cu； D. Al.D ;四、规范电极电位表的运用： 1. 判别氧化剂复原剂的相对强弱例如： 2. 判别氧化复原反响进展的程度 = + 0反响自发向右进展 单位：V rG = nF rG = nF F = 96500库仑 mol 1 rG = RTlnK RTlnK = nF 3.计算化学反响的平衡常数 在298K 时 要求：记住公式;求自在能变rGm 的公式 rGm (T) rHm T rSm rG (T) = RTlnK rG = n

13、F rGm fGm (生成物) fGm (反响物) rGm (T) = rGm (T) + RTlnQr; rG = nF n = 1 0.41V,或 0.20V,或 0.V,或 0. Vp275 例11-7：计算Zn Cu电池的rGm 及 。rGm 40kJmol 1时是单向反响;例例11-8：求：求()(Pt)H2 (100kPa)|H+(1mol dm-3 ) |Cl (1moldm-3) |AgCl,Ag(+)电池的池的 和和 AgCl,/Ag (知：知：1/2H2 + AgCl = Ag +HCl的的 rHm = 40.4kJ mol 1 rSm = 63.6 J mol 1解：负极

14、： H2 2e = 2H+ (氧化) 正极： AgCl + e = Ag + Cl (复原)rGm rHm TrSm = 21.4 kJ mol 1 rG = nF = 0.22V (留意单位的一致 = + = AgCl / Ag AgCl / Ag = 0.22V热力学和电化学联络起来的有关计算;例11-9: 试求反响2Ag + 2HI = 2AgI + H2 的平衡常数 2Ag + H+ + I = 2AgI + H2负极：Ag + I = AgI + e (氧化)正极：2H+ + 2e = H2 (复原) Ag/AgI = 0.15V = 0 ( 0.15) = 0.15V lgK =

15、(20.15) / 0.0592 = 5.08 K = 1.2 105 把氧化复原反响设计成原电池进展平衡常数的计算;解： Ag+ + Cl + Ag = AgCl + Ag 负极： Ag + Cl e = AgCl (氧化作用) 正极： Ag+ + e = Ag (复原作用) lgK = 0.5773/0.059 = 9.75 K = 5.62 109Ksp = 1/K = 1.78 10 10 例11-10求反响 Ag+ + Cl = AgCl(s) 的K及Ksp把非氧化复原反响设计成原电池进展平衡常数的计算;4. 判别氧化复原的方向 反响设计成原电池, 由 进展判别 0 时, 反响自发.

16、 0，判别反响进展的方向性;2Mn2+5S2O82+8H2O =2MnO4 +10SO42 +16H+5. 选择合理的氧化复原试剂例:溶液中有Br , I , 要使I 被氧化, Br 不被氧化.选择Fe3+做氧化剂思索题：要使I 、Br 均被氧化, 应选择哪种氧化剂？;6. 计算未知算未知电对的的电极极电位位例例11-12:解解: ClO3 +6H+ +6e =Cl +3H2O rG1 = n1F 1 1/2 Cl2 + e = Cl rG2 = n2F 2 求：求： ClO3 + 6H+ + 5e = 1/2 Cl2 + 3H2 rG3 = n3F 3 rG3 = rG1 rG2 n3F 3

17、 = n1F 1 ( n2 F 2 ) 3 =3 = (61.45 1.36)/5 = 1.47V;补充题：以下各组物质在规范形状下可以共存的是： (A) Fe3+ ， Cu (B) Fe3+ ， Br2 (C) Fe3+ ， Sn2+ (D) Fe2+ ， H2O2 B;11-311-3影响影响电极极电位的要素位的要素-奈斯特奈斯特(Nernst)(Nernst)方程方程一、内因一、内因 电极的极的热力学力学过程程 rHm = rHm = hHm hHm E 1/2D E 1/2D二、外因二、外因 1. 1. 浓度度对电极极电势的影响的影响 2. pH 2. pH对电极极电势的影响的影响;三

18、、 奈斯特(Nernst)方程(c, p, pH的关系) =+ Nernst方程： (求非规范情况下的电极电势) xA(氧化型) + me y B(复原型) 298K时; xA (氧化型) + yB(复原型) = xG (复原型) + y H (氧化型) rGm(T) = rGm(T) + RTlnQr nF = nF + RTlnQr = - lnQr奈斯特(Nernst)方程推导过程(自行掌握); 运用Nernst方程的本卷须知的大小决议于氧化型/复原型活度的比电对中的固体、纯液体浓度为1，溶液浓度为相对活度，气体为相对分压。 p / p(3) 氧化型、复原型的物质系数，做为活度的方次写在

19、Nernst方程的指数项中;MnO4 + 8H+ + 5e = Mn2+ + 4H2O(3) 有H+, OH 参与时，当H+, OH 出如今 氧化型时，H+, OH 写在方程分子项中， H+, OH 出如今复原方时，H+, OH 写在方程中分母项中。(4) Nernst方程与温度有关。;例：11-13知: 求pOH=1, pO2=100kPa时, 电极反响(298K) O2 + H2O + 4e = 4OH 的 解：pOH = 1, c(OH )=101moldm3 利用Nernst方程求非规范情况下的电极电位四、 Nernst方程的运用 计算不同浓度下的电对电极电位数值 计算不同pH条件下的

20、电极电位数值;例11-14 ：知 =1.36V,求298K下，c(Cl)=0.01moldm3, pCl2 = 500kPa时电极的 解：Cl2 (g) +2e = 2Cl 利用Nernst方程计算不同压力下的电对电极电位;例11-15 ：求在c(MnO4) = c(Mn2+) = 1.0moldm3时，pH=5的溶液中 的数值。解：电极反响 MnO4 + 8H+ + 5e = Mn2+ + 4H2 利用Nernst方程计算不同压力、不同pH下的电对电极电位问题： pH值对以下电极电位有影响的是：;例11-16 ：求AgI(s) + e = Ag(s) + I电极反响的 AgI/Ag.。解：衍

21、生电位 AgI/Ag是 Ag+/Ag衍生的 AgI = Ag+ + I 当I = 1moldm3时的电位 此时：Ag+ = Ksp/ I AgI/Ag = Ag+/Ag + 0.059lgAg+ = 0.799 + 0.059lgKsp = 0.799 + 0.059lg(8.51017) = 0.15V 可置换H+生成H2 生成沉淀后电极电位发生了变化，Ksp越大，电极电位越小利用Nernst方程计算衍生电对电极电位;例11-17:知 利用Nernst方程计算衍生电对电极电位解：Cu+ + 2CN = Cu(CN)2 CN=1.0moldm3 Cu(CN)2 =1.0moldm3求Cu(CN

22、)2 + e = Cu + 2CN的是的衍生电位CN=1.0moldm3 ; 1. 沉淀剂(络合剂)使复原型浓度降低时， 将更正，氧化型氧化才干加强,复原型复原才干减弱2. 沉淀剂(络合剂)使氧化型浓度降低时， 将更负，氧化型氧化才干减弱，复原型复原才干加强。例：Cu2+ + 2I = CuI + I2; Ag+ + Cl AgCl AgCl + 2NH3 Ag(NH3)2+ + Cl Ag(NH3)2+ + Br AgBr+ 2NH3 AgBr + S2O32 Ag (S2O3)2 3+ Br Ag (S2O3)2 3+ I AgI + 2S2O32 AgI+ CN Ag(CN)2 + I

23、Ag(CN)2+S2 Ag2S +CN;例11-18：判别Ni + Pb2+ = Pb + Ni2+反响在以下条件下的方向： 热力学规范态 Pb2+ = 1 1014 moldm3 Ni2+ = 1.0moldm3 Pb2+ 1.0moldm3 反响正向进展利用Nernst方程判别不同条件下反响方向解：; (3) 0.25V E = 0 反响逆向自发 平衡形状(2)Pb2+ = 1 1014 moldm3 Ni2+ = 1.0moldm3 Pb2+ 1.0moldm3;习题独立完成(1) 试判别反响MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2 + 2H2O在25C的规范形状下能否向右进展

24、?假设采用浓盐酸浓度为12 moldm3，反响能否向右进展？此时的平衡常数为多少？知： MnO2 + 4H+ +2e = Mn2+ + 2H2O = 1.23V ， Cl2 + 2e =2 Cl- = 1.36V ; 酸度影响 氧化复原 的 产物例如：2MnO4 + SO32 + 2OH = 2MnO42 (绿) + SO42 + 2H2O 2MnO4 + SO32 + H2O = 2MnO2棕 + 3SO42 + 2OH 2MnO4 + SO32 + 6H+ = 2Mn2+ + 5SO42 + 3H2O OH H2O 6H+ MnO4 氧化性加强OH H2O 6H+ SO32 复原性减弱酸碱性对电极电位数值及氧化复原反响的影响; 酸度影响 氧化复原 的 反响速度例如： Br + Cr2O72 + 14H+ = 3Br2+ 2 Cr3+ + 7H2O在H2SO4 介质中，反响速率较快，在 HAc介质中，反响速率较慢。;