氧化还原反应电化学基础市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

新乡学院化学与化工学院第七章第七章 氧化还原反应氧化还原反应 电化学基础电化学基础 7.1 氧化还原反应基本概念氧化还原反应基本概念 7.2 电化学电池电化学电池 7.3 电极电势电极电势 7.4 电极电势应用电极电势应用第1页新乡学院化学与化工学院 7.1 氧化还原反应基本概念氧化还原反应基本概念7.1.1 氧化值氧化值7.1.2 氧化还原反应方程式配平氧化还原反应方程式配平第2页新乡学院化学与化工学院7.1.1 氧化值氧化值 氧化值氧化值：是指某元素一个原子荷电数，该荷电数是假定把每一化学键中电子指定给电负性更大原子而求得。有电子得失或电子转移反应，被称为氧化还原反应。)s(Cu)aq(Zn)s(Zn)aq(Cu22得失电子+）g（2HCl ）g（Cl）g(H22电子偏移+第3页新乡学院化学与化工学院 确定氧化值规则：单质中，元素氧化值为零。在单原子离子中，元素氧化值等于该离子所带电荷数。在大多数化合物中，氢氧化值为+1；只有在金属氢化物中氢氧化值为-1。通常，氧在化合物中氧化值为-2；不过在过氧化物中，氧氧化值为-1，在氟氧化物中，如OF2 和O2F2中，氧氧化值分别为+2和+1。第4页新乡学院化学与化工学院例：中性分子中，各元素原子氧化值代数和为零，复杂离子电荷等于各元素氧化值代数和。第5页新乡学院化学与化工学院配平标准配平标准：电荷守恒电荷守恒：氧化剂得电子数等于还原剂失电子数。质量守恒质量守恒：反应前后各元素原子总数相等。7.1.2 氧化还原反应方程式配平氧化还原反应方程式配平第6页新乡学院化学与化工学院 配平步骤：用离子式写出主要反应物和产物(气体、纯液体、固体和弱电解质则写分子式)。分别写出氧化剂被还原和还原剂被氧化半反应。分别配平两个半反应方程式，等号两边各种元素原子总数各自相等且电荷数相等。第7页新乡学院化学与化工学院例1：配平反应方程式 确定两半反应方程式得、失电子数目标最小公倍数。将两个半反应方程式中各项分别乘以对应系数，使得、失电子数目相同。然后，将二者合并，就得到了配平氧化还原反应离子方程式。有时依据需要可将其改为分子方程式。第8页新乡学院化学与化工学院+)42-+-+=+10e10H5SO O5H5SO223+-+-+=+O8H2Mn10e16H2MnO224+-+-+=+O4HMn5e8HMnO224-+-+=+2e2HSOOHSO242232+5得O3HSOK6MnSO22424+=O3H5SO2Mn6H5SO2MnO2242234+=+-+-+-+MnSOSOMnO 2242343H SOSO5K2KMnO4324+2第9页新乡学院化学与化工学院例2：配平5+得：化简得：第10页新乡学院化学与化工学院 28+3得例3：配平方程式第11页新乡学院化学与化工学院解：O8H6KBrCrO2K242+=O8H6Br2CrO224+=-3+2得：KBrCrOKKOH42+(l)Br(s)Cr(OH)23+BrCrO24+-(l)Br2(s)Cr(OH)3+2Br2e=+-(l)Br23eO4H3OHCrO8OH224+=+-(s)Cr(OH)33eO4HCrO5OH即：224+=+-(s)Cr(OH)310OH+-(s)Cr(OH)32(l)Br23+10KOH+(s)Cr(OH)32(l)Br23+例4：配平方程式第12页新乡学院化学与化工学院酸性介质：多n个O+2n个H+，另一边+n个H2O碱性介质：多n个O+n个H2O，另一边+2n个OH-小结：第13页新乡学院化学与化工学院 7.2 电化学电池电化学电池 7.2.1 原电池结构原电池结构*7.2.2 电解池与电解池与Faraday定律定律 7.2.3 原原电池电动势测定电池电动势测定 7.2.4 原原电池最大功与电池最大功与Gibbs函数函数第14页新乡学院化学与化工学院7.2.1 原电池结构原电池结构Cu-Zn原电池装置第15页新乡学院化学与化工学院/CuCu，/ZnZn 电对：22+金属导体如 Cu、Zn 惰性导体如 Pt、石墨棒电极 (aq)Zn 2eZn(s)：)(极2-+-氧化反应电子流出负 Cu(s)2e(aq)Cu：)(极2+-+还原反应电子流入正Cu(s)(aq)Zn(aq)Cu Zn(s)电池反应：22+还原型 e 氧化型-+Z第16页新乡学院化学与化工学院 书写原电池符号规则：负极“-”在左边，正极“+”在右边，盐桥用“”表示。原电池符号(电池图示)：纯液体、固体和气体写在惰性电极一边用“,”分开。半电池中两相界面用“”分开，同相不一样物种用“,”分开，溶液、气体要注明cB，pB 。第17页新乡学院化学与化工学院 例：将以下反应设计成原电池并以原电池符号表示。解：)(aq2Cl 2e)g(Cl 极 正2-+)(aqFe e)(aqFe 极 负 32+-+-第18页新乡学院化学与化工学院7.2.3 原原电池电动势测定电池电动势测定 EMF 电动势，能够由数字电压表或电位差计来测定。锌原电池标准电动势，比如，铜 -。V10.1=第19页新乡学院化学与化工学院 7.2.4 原原电池最大功电池最大功EMF 电动势（V）F 法拉第常数 96485（Cmol-1）Z 电池反应中转移电子物质量电功(J)=电量(C)电势差(V)第20页新乡学院化学与化工学院7.3 电极电势电极电势 7.3.1 标准氢电极和甘汞电极标准氢电极和甘汞电极 7.3.2 标准电极电势标准电极电势 7.3.3 Nernst方程式方程式第21页新乡学院化学与化工学院7.3.1 标准氢电极和甘汞电极标准氢电极和甘汞电极/HH 电对：2+电极反应：表示为：H+H2(g)Pt1.标准氢电极(SHE)()V000.0/HH2=+E()gH 2eaq)(H22+-+标准氢电极装置图第22页新乡学院化学与化工学院2.甘汞电极第23页新乡学院化学与化工学院)L2.8mol(Cl (s)ClHg (l)Hg，Pt122表示方法：-)KCl(L2.8mol)Cl(1饱和溶液饱和甘汞电极：-=c1-=Lmol0.1)Cl(标准甘汞电极：cE(Hg2Cl2/Hg)=0.2415V-+)aq(Cl 22Hg(l)2e(s)ClHg :电极反应22：V268.0/Hg)Cl(Hg22=E第24页新乡学院化学与化工学院 7.3.2 标准电极电势标准电极电势1.标准电极电势和标准电动势电对电对标准电极电势：E)()()原电池标准电动势：-+-=EEEMF 第25页新乡学院化学与化工学院)(Cu )L(1.0molCu 12+-+2.电极电势测定 )L(1.0molH )(H ,Pt )(12-+pV340.0)/HH()/CuCu(22MF=-=+EEEV340.0)/CuCu(2=+则 EH2Cu H Cu22+第26页新乡学院化学与化工学院 采取还原电势；3.标准电极电势表 E 小电对对应还原型物质还原性强；E 大电对对应氧化型物质氧化性强。E 无加和性 一些电正确 E 与介质酸碱性相关酸性介质：；碱性介质：V36.1 (aq)Cl e(g)Cl21 2=+-E V36.1 (aq)2Cl 2e)g(Cl2=+-E第27页新乡学院化学与化工学院=()/MnMnO24+-E,298.15K=T时 e -+Z还原型氧化型电极反应：O4HMn 5e8HMnO224+-+-+例：)(lg3032-=ccZFRT.EE氧化型还原型氧化型)(还原型)(lg0.0592V)K298()K298(-=ccZEE4)Mn()H()MnO(lg5V0592.0)/MnMnO(2824+-+-+cccE7.3.3 Nernst方程式方程式第28页新乡学院化学与化工学院)()(cc，氧化型还原型)(c，还原型)(c，氧化型2.影响电极电势原因 e 还原型氧化型电极反应：Z+-)()(lg3032氧化型还原型ccZFRT.EE-=)()(lg3032还原型氧化型ccZFRT.EE+=或E则：氧化型或还原型浓度或分压第29页新乡学院化学与化工学院)/ClClO(3A-E?)/ClClO(时 L10.0mol)H(31=-+Ec，L1.0mol)Cl()ClO(13=-cc，求：当 介质酸碱性V45.1)/ClClO(3A=-E已知例：3)Cl()H()ClO(lg60.0592V)/ClClO(63A+=-+-cccE)l(O3H)aq(Cl 6e)aq(6H)aq(ClO 解：23+-+-V51.10.10lg6V0592.06=+=1.45V第30页新乡学院化学与化工学院氧化型形成沉淀，E;还原型形成沉淀，E。)Ag/Ag(/Ag)S(Ag2+EE 氧化型和还原型都形成沉淀，看二者 相对大小。若 (氧化型)思思 考：考：第32页新乡学院化学与化工学院 小结：氧化型形成配合物，E，还原型形成配合物，E，氧化型和还原型都形成配合物，看 相对大小。若 (氧化型)(还原型)，则E；反之，则 E。思索：)/CuCu()CuI/(Cu 222相比,何者大？与+-+EE第33页新乡学院化学与化工学院 7.4 电极电势应用电极电势应用7.4.1 判断氧化剂、还原剂判断氧化剂、还原剂 相对强弱相对强弱7.4.2 判断氧化还原反应进行方向判断氧化还原反应进行方向7.4.3 确定氧化还原反应进行程度确定氧化还原反应进行程度7.4.4 元素电势图元素电势图第34页新乡学院化学与化工学院7.4.1 判断氧化剂、还原剂相对强弱判断氧化剂、还原剂相对强弱E 小电对对应还原型物质还原性强；E 大电对对应氧化型物质氧化性强。第35页新乡学院化学与化工学院7.4.2 判断氧化还原反应进行方向判断氧化还原反应进行方向对于非标准态下反应：反应正向进行；0 0.2VMFMFEE反应逆向进行。0 0.2V-MFMFEE判断用 0.2V V2.0MFMFEE=-=Fe OH222+发生反应：与解：)aq(OH 2e)aq(2H)g(O222+-+V6945.0=E)l(O2H 2e)aq(2H)aq(OH222+-+V763.1=E)aq(Fe e)aq(Fe23+-+=E 0.769V+)s(Fe 2e)aq(Fe2+-0.4089V-=E )l(O2H)aq(Fe2)aq(2H)aq(Fe2)aq(OH23222+)Fe/Fe()OH/OH(23222MF-=+EEE第37页新乡学院化学与化工学院进行？时标准态下能否向右25 在？)g(Cl 取 制 HCl 浓 能用 试验室中为 )2(2什么)1(试判断反应：例0 0.131V1.360V1.2293V=12121lg2V0592.00.131V 24-=)aq(2Cl)aq(4H)s(MnO2+-+方法二：)l(O2H)g(Cl)aq(Mn 222+/)Cl(/)H(/)Mn(/)Cl(lg2V0592.0 2422MFMF-=-+ccccccppEE0 0.06V 1.30V1.36V=-=)/ClCl()/MnMnO(222MF-=-+EEE第40页新乡学院化学与化工学院7.4.3 确定氧化还原反应进行程度确定氧化还原反应进行程度,时K15.298T=或lg3032MFKZFRT.E=V0257.0lnMFZEK=V0592.0lgMFZEK=第41页新乡学院化学与化工学院 2.107V=)V955.0(512V.1-=4224)aq(6H)aq(OC5H)aq(2MnO+-解：例：求反应222)l(O8H)aq(2Mn)g(10CO +平衡常数 。422224MF)OCH/CO()Mn/MnO(-=+-EEEMF563 0.0592V2.107V10 0.0592V lg=ZEK35610=K第42页新乡学院化学与化工学院 7.4.4 元素电势图元素电势图元素电势图表示方法表示方法：OH 1.763V 0.6945V2OH22Z=1Z=1O21.229V Z=2/VA E各物种按氧化值从高到低向右排列；各物种间用直线相连接，直线上方标明相应电对E ，线下方为转移电子数。第43页新乡学院化学与化工学院1.判断歧化反应能否发生0 V 0.3573=0.1607V0.5180V-=Cu 0.5180V Cu 0.1607V +Cu2+0.3394VV/E发生歧化反应；左右 E E发生歧化逆反应。左右 E ECu/(Cu Cu)/Cu(2EEE-=+)aq(Cu )s(Cu )aq(2Cu2+第44页新乡学院化学与化工学院2.计算电对电极电势(Z1)(Z2)(Z3)ABCD(Zx)第45页新乡学院化学与化工学院ZZZZx321+=FEZFEZFEZFEZx 332211-=-EZEZEZEx 332211+=ZxEx=EZEZEZ 332211+第46页新乡学院化学与化工学院(2)判断哪些物种能够歧化?例题：已知Br元素电势图以下-Br1.0774Br0.4556BrO BrO230.6126 (1)321。和、求EEE (3)Br2(l)和NaOH(aq)混合最稳定产物是什么？写出反应方程式并求其 。第47页新乡学院化学与化工学院解：(1)-Br1.0774Br0.4556BrO BrO230.6126第48页新乡学院化学与化工学院(2)0.51960.7665-Br1.0774Br0.4556BrO BrO230.5357第49页新乡学院化学与化工学院V5578.00.5196V0774V.1=-=2 )aq(6OH)l(3Br+-3Br 和 BrO 是-。2混合最稳定产物NaOH 与(l)Br所以 能歧化 BrO(3)-，不稳定，因为23O(aq)3H)aq(BrO)aq(5Br+-MF11.470.0592V0.5578V50.0592Vlg=ZEK471029.1=K232MF/Br(BrO/Br(Br-=-EEE)第50页