电子教案省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、1基础化学基础化学第1页第八章第八章 氧化还原反应与氧化还原反应与电极电位电极电位Oxidation-Reduction Reactions and Electrode Potential第2页内容提要1.氧化还原反应氧化值氧化还原反应氧化还原反应方程式配平2.原电池与电极电位原电池电极电位产生标准电极电位3.电池电动势与Gibbs自由能电池电动势与化学反应自由能变关系用电池电动势判断氧化还原反应自发性第3页内容提要4.电极电位Nernst方程式及影响电极电位原因电极电位Nernst方程式电极溶液中各物质浓度对电极电位影响5.电位法测定溶液pH惯用参比电极指示电极电位法测定溶液pH值第4页教学
2、基本要求1.掌握电池组成式书写,了解电极电位产生原因,熟悉标准电极电位概念,掌握用标准电极电位判断氧化还原反应方向。掌握离子电子法配平氧化还原反应式。2.掌握电极电位 Nernst 方程、影响原因及相关计算。了解电位法测量溶液 pH值原理。3.熟悉氧化值和氧化还原反应意义,熟练计算元素氧化值。4.了解电动势与自由能关系,掌握经过标准电动势计算氧化还原反应平衡常数方法。第5页第一节 氧化还原反应一、氧化值(氧化数 oxidation number)1.1970年IUPAC给出定义是:氧化值是某元素一个原子表观荷电数(apparent charge number),这种荷电数是假设把每一个化学键中
3、电子指定给电负性更大原子而求得。例:NH3中,N氧化值是-3,H氧化值是+1。第6页第一节 氧化还原反应2.确定元素氧化值规则单质中原子氧化值为零。单原子离子中原子氧化值等于离子电荷。比如Na+离子中Na氧化值为+1。氧氧化值在大多数化合物中为-2,但在过氧化物中为-1,如在H2O2、Na2O2中;在超氧化物中为-1/2,如在KO2中。氢氧化值在大多数化合物中为+1,但在金属氢化物中为-1,如在NaH、CaH2中。第7页第一节 氧化还原反应2.确定元素氧化值规则卤族元素。氟氧化值在全部化合物中为-1。其它卤原子氧化值在二元化合物中为-1,但在卤族二元化合物中,列在周期表中靠前卤原子氧化数为-1
4、,如Cl在BrCl中;在含氧化合物中按氧化物决定,如ClO2中Cl氧化值为+4。电中性化合物中全部原子氧化值和为零。多原子离子中全部原子氧化值和等于离子电荷数。第8页第一节 氧化还原反应氧化值可为整数,也可为分数。例:Fe3O4 中,Fe:+8/3;S4O62-中,S:+5/2。按确定元素氧化值6条规则先后次序,就能正确确定化合物中各元素氧化值。例:KMnO4,先确定K,+1;再确定O,-2;最终确定Mn,+7。第9页第一节 氧化还原反应二、氧化还原反应1.不一样类型氧化还原反应电子转移Zn+Cu2+=Cu+Zn2+电子偏移C +O2 =CO2这两类不一样氧化还原反应能够用氧化值概念统一:元素
5、氧化值发生了改变。第10页第一节 氧化还原反应2.定义氧化还原反应元素氧化值发生了改变化学反应称为氧化还原反应。Zn+Cu2+=Cu+Zn2+氧化值升高称为氧化反应,比如ZnZn2+;氧化值降低称为还原反应,比如Cu2+Cu。电子供体失去电子,称为还原剂,如 Zn;电子受体得到电子,称为氧化剂,如Cu2+。第11页第一节 氧化还原反应3.氧化还原半反应和氧化还原电对氧化还原反应能够依据电子转移,由两个氧化还原半反应组成:Zn+Cu2+=Cu+Zn2+一个半反应是氧化反应:Zn-2e-Zn2+;一个半反应为还原反应:Cu2+2e-Cu。氧化反应和还原反应同时存在,在反应过程中得失电子数目相等。第
6、12页第一节 氧化还原反应3.氧化还原半反应和氧化还原电对氧化还原半反应用通式写做氧化型+ne-还原型或 Ox+ne-Red 式中n为半反应中电子转移数目。Ox 表示氧化值相对较高氧化型物质;Red表示氧化值相对较低还原型物质。氧化型物质及对应还原型物质称为氧化还原电对,通常写成:氧化型/还原型(Ox/Red),如Cu2+/Cu;Zn2+/Zn第13页第一节 氧化还原反应3.氧化还原半反应和氧化还原电对氧化还原半反应用通式写做Ox+ne-Red 溶液中介质参加半反应时,即使它们在反应中未得失电子,也应写入半反应中。如半反应MnO4-+8H+5e-Mn2+4H2O 氧化型包含MnO4-和H+,还
7、原型为Mn2+(溶剂H2O不包含)。第14页第一节 氧化还原反应三、氧化还原反应方程式配平例:KMnO4+HCl MnCl2+Cl2+H2O1.写出离子方程式MnO4-+Cl-Mn2+Cl2 H2O2.依据氧化还原电对,拆成两个半反应还原反应:MnO4-+H+Mn2+H2O氧化反应:Cl-Cl23.物料平衡,使半反应式两边各原子数目相等。假如O原子数目不等,可选择适当介质如H+和H2O,或OH-和H2O来配平。第15页第一节 氧化还原反应MnO4-+8H+Mn2+4H2O2Cl-Cl24.电荷平衡MnO4-+8H+5e-Mn2+4H2O 2Cl-2e-Cl2 5.配平氧化还原方程式(得失电子数
8、相等)2:2MnO4-+16H+10e-2Mn2+8H2O5:10Cl-10e-5Cl2 2MnO4-+16H+10Cl-2Mn2+5Cl2+8H2O第16页第二节 原电池和电极电位一、原电池将氧化还原反应化学能转化成电能装置称为原电池(primary cell),简称电池。原电池能够将自发进行氧化还原反应所产生化学能转变为电能,同时做电功。理论上讲,任何一个氧化还原反应都能够设计成一个原电池。第17页第二节 原电池和电极电位1.原电池组成两个半电池(或电极)。半电池包含电极材料(电极板)和电解质溶液,电极板是电池反应中电子转移导体,氧化还原电正确电子得失反应在溶液中进行。盐桥连接两个半电池,
9、沟通原电池内电路。半电池 Zn2+/Zn半电池 Cu2+/Cu电极板 电极板 盐桥第18页第二节 原电池和电极电位2.电池反应将ZnSO4 溶液和Zn片组成Zn半电池,是原电池负极(anode);CuSO4溶液和Cu片组成Cu半电池,是原电池正极(cathode)。负极反应 Zn Zn2+2e-(氧化反应)正极反应 Cu2+2e-Cu (还原反应)由正极反应和负极反应所组成总反应,称为电池反应(cell reaction)。Zn+Cu2+Cu+Zn2+第19页第二节 原电池和电极电位3.原电池组成式“|”表示相界面,同一相不一样物质用“,”隔开。“|”表示盐桥。溶质标浓度;气体标压力。溶液靠盐
10、桥,电极板在两边。负极在左,正极在右。(-)Zn|Zn2+(c1)|Cu2+(c2)|Cu(+)第20页第二节 原电池和电极电位例 写出以下反应电极反应和电池组成式MnO4-+Fe2+H+Mn2+Fe3+H2O解 配平半反应(电极反应)Fe2+Fe3+e-MnO4-+8 H+5e-Mn2+4 H2O电池组成式(-)Pt|Fe3+,Fe2+|MnO4-,Mn2+,H+|Pt(+)第21页第二节 原电池和电极电位4.电极类型金属-金属离子电极 如:Zn2+/Zn电极,电极组成式 Zn|Zn2+(c)电极反应 Zn2+2e-Zn气体电极 如:氯气电极,电极组成式 Pt|Cl2(p)|Cl-(c)电极
11、反应 Cl2+2e-2Cl-第22页第二节 原电池和电极电位4.电极类型金属-金属难溶盐-阴离子电极 如:Ag-AgCl电极电极组成式 Ag|AgCl(s)|Cl-(c)电极反应 AgCl+e-Ag+Cl-氧化还原电极 如:Fe3+/Fe2+电极电极组成式 Pt|Fe2+(c1),Fe3+(c2)电极反应 Fe3+e-Fe2+第23页第二节 原电池和电极电位二、电极电位产生金属电极板浸入其盐溶液中,存在相反过程,速率相等时,建立动态平衡:金属极板表面上带有过剩负电荷;溶液中等量正电荷金属离子受负电荷吸引,较多地集中在金属极板附近,形成所谓双电层结构,其间电位差称为电极电位。第24页第二节 原电
12、池和电极电位三、标准电极电位电极电位符号ox/red,单位V。电极电位与电对本性、温度、浓度相关。电极电位绝对值无法直接测定,使用是相对值,以标准氢电极(SHE)为参考。1.IUPAC要求标准氢电极SHE=0.00000V2H+(aq)+2e-H2(g)T=298.15K,p(H2)=100kPac(H2)=1 molL-1第25页第二节 原电池和电极电位三、标准电极电位2.电极电位测定将待测电极和已知电极组成原电池原电池电动势:E=待测-已知IUPAC提议电极电位应是下述电池平衡电动势:Pt|H2(100kPa)|H+(a=1)Mn+(a)|M第26页第二节 原电池和电极电位三、标准电极电位
13、3.标准电极电位及应用标准态下测得氧化还原电正确电极电位就是标准电极电位,符号yox/red是热力学标准态下电极电位;反应用 Ox+ne-Red表示,所以电极电位又称为还原电位;电极电位是强度性质,与物质量无关,如Zn2+2e-Zn y(Zn2+/Zn)=-0.761 8V1/2Zn2+e-1/2Zn y(Zn2+/Zn)=-0.761 8V第27页第二节 原电池和电极电位标准电极电位表(298.15K)半反应y/VNa+e-Na-2.71Zn2+2e-Zn-0.761 8Pb2+2e-Pb-0.126 22H+2e-H20.000 00Cu2+2e-Cu0.341 9O2+2H+2e-H2O
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