氧化还原反应大学无机化学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

氧化还原反应氧化还原反应第1页 9-1 9-1 9-1 9-1 氧化还原反应基本概念氧化还原反应基本概念氧化还原反应基本概念氧化还原反应基本概念氧化数氧化数氧化还原反应定义氧化还原反应定义第2页定义定义最初：把一个物质同氧化合反应称为氧化最初：把一个物质同氧化合反应称为氧化 把含氧物质失去氧过程称为还原把含氧物质失去氧过程称为还原 以后：氧化过程实质上是失去电子过程以后：氧化过程实质上是失去电子过程 还原过程实质上是得到电子过程还原过程实质上是得到电子过程氧化还原反应氧化还原反应 有电子得失或电子重排发生反应，反应前后一些原子带电有电子得失或电子重排发生反应，反应前后一些原子带电状态发生改变，表现为一些元素氧化数改变。状态发生改变，表现为一些元素氧化数改变。有氧化数改变反应称为氧化有氧化数改变反应称为氧化还原反应。还原反应。第3页氧化数氧化数氧化数氧化数某元素一个原子电荷数，这种电荷数由假设把化合物中各成键电子都归某元素一个原子电荷数，这种电荷数由假设把化合物中各成键电子都归电负性更大原子而求得。电负性更大原子而求得。确定氧化数规则以下确定氧化数规则以下1、在单质中（、在单质中（Cu，O2，O3），元素原子氧化数为零），元素原子氧化数为零2、分子中，全部原子氧化数代数和为零、分子中，全部原子氧化数代数和为零3、在简单离子化合物中，正负离子电荷数就是它氧化数；在多原子离子中，、在简单离子化合物中，正负离子电荷数就是它氧化数；在多原子离子中，各原子氧化数代数和等于离子电荷数。各原子氧化数代数和等于离子电荷数。第4页4、若干若干关键元素关键元素在化合物中氧化数有定值。在化合物中氧化数有定值。a.氢氢在化合物中氧化数普通为在化合物中氧化数普通为+1，但在活泼金属氢化，但在活泼金属氢化物（物（NaH，CaH2，LiAlH4等中等中）其氧化数为）其氧化数为-1-1。(ZrH(ZrH1 1.9898则有不一样含义则有不一样含义)b.氧氧在化合物中氧化数普通为在化合物中氧化数普通为-2。例外有：。例外有：H2O2，Na2O2中中O为为-1；OF2中中O为为+2；KO2（超氧化钾）中（超氧化钾）中O为为-1/2；O3-中氧为中氧为-1/3。c c.碱金属碱金属氧化数为氧化数为+1，碱土金属碱土金属氧化数为氧化数为+2。第5页计算以下各元素氧化数计算以下各元素氧化数1、CO22、HCHO3、KClO4CH4H3COHHCOOHHCHO化合价化合价4444氧化数氧化数 4 4 2 2+20第6页9-29-2氧化还原反应与电化学氧化还原反应与电化学氧化还原反应与电化学氧化还原反应与电化学电化学电化学原电池原电池电极电势电极电势第7页电化学电化学电化学电化学电化学反应电化学反应电解电解（电解池）（电解池）在电解质溶液中通人直流电，供给足够能量，在电解质溶液中通人直流电，供给足够能量，使两个电极附近分别发生氧化和还原反应使两个电极附近分别发生氧化和还原反应 在氧化剂和还原剂不直接接触下，经过某种装在氧化剂和还原剂不直接接触下，经过某种装置（原电池）发生氧化还原反应从而产生电流置（原电池）发生氧化还原反应从而产生电流 原电池原电池在氧化还原反应中一些物质有氧化数升高或降低，或者说在氧化还原反应中一些物质有氧化数升高或降低，或者说有电子从一个原子有电子从一个原子(或离子或离子)向另一个原子向另一个原子(或离子或离子)转移，转移，所以氧化还原反应与所以氧化还原反应与电电现象亲密相关。研究化学反应中电现象亲密相关。研究化学反应中电现象及其应用学科叫做现象及其应用学科叫做电化学电化学。第8页都是以氧化还原反应为基础都是以氧化还原反应为基础电解池电解池电能转变为化学能电能转变为化学能非自发非自发原电池原电池化学能转变为电能化学能转变为电能 自发自发9 9 第9页原电池原电池原电池原电池 把一块锌片放在硫酸铜溶液中时，就会观察到红色铜不把一块锌片放在硫酸铜溶液中时，就会观察到红色铜不停地沉积在锌片上，蓝色硫酸铜溶液颜色逐步变浅。与此同停地沉积在锌片上，蓝色硫酸铜溶液颜色逐步变浅。与此同时还伴伴随锌片溶解。锌与铜离子之间发生了氧化还原反应：时还伴伴随锌片溶解。锌与铜离子之间发生了氧化还原反应：Zn+Cu2+=Zn2+Cu 因为锌与硫酸铜溶液直接接触，电子就从锌原子直接转给因为锌与硫酸铜溶液直接接触，电子就从锌原子直接转给铜离子铜离子(不会形成电子定向流动不会形成电子定向流动)。伴随氧化还原反应进行，有。伴随氧化还原反应进行，有热量放出，说明反应过程中化学能转变为热能，但并不能做功。热量放出，说明反应过程中化学能转变为热能，但并不能做功。能够采取一个装置使氧化还原反应发生时电子进行定向流能够采取一个装置使氧化还原反应发生时电子进行定向流动而产生电功动而产生电功，以下列图所表示：，以下列图所表示：第10页Cu-ZnCu-Zn原电池装置原电池装置第11页(2)在铜棒上有金属铜沉积上去，而锌棒则溶解。在铜棒上有金属铜沉积上去，而锌棒则溶解。(3)取取出出盐盐桥桥，检检流流计计指指针针回回至至零零点点;放放入入盐盐桥桥，指指针针又又发发生偏转，说明盐桥起了使整个装置组成通路作用。生偏转，说明盐桥起了使整个装置组成通路作用。由此可观察到：由此可观察到：(1)检流计指针发生偏转，说明金属导线上有电流经过检流计指针发生偏转，说明金属导线上有电流经过;依依据指针偏移方向能够判定据指针偏移方向能够判定锌棒为负极锌棒为负极，铜棒为正极铜棒为正极，电流电流方向从正极到负极，而电子流动方向是从负极到正极方向从正极到负极，而电子流动方向是从负极到正极。在整个装置电流回路中，溶液中电流通路是靠离子迁移完在整个装置电流回路中，溶液中电流通路是靠离子迁移完成。成。第12页上述装置中所进行上述装置中所进行总反应总反应是是:Zn+Cu2+=Zn2+Cu 但这种氧化还原反应两个半反应分别在两处进行，一处但这种氧化还原反应两个半反应分别在两处进行，一处进行还原剂氧化，另一处进行氧化剂还原。电子不是直接从进行还原剂氧化，另一处进行氧化剂还原。电子不是直接从还原剂转移给氧化剂，而是经过外电路进行转移。还原剂转移给氧化剂，而是经过外电路进行转移。电子进行电子进行有规则定向流动，从而产生了电流，实现了由化学能到电能有规则定向流动，从而产生了电流，实现了由化学能到电能转化转化。这种借助于氧化还原反应产生电流装置，叫做原电池这种借助于氧化还原反应产生电流装置，叫做原电池。上述原电池叫做铜锌原电池上述原电池叫做铜锌原电池。第13页 给出电子电极为负极给出电子电极为负极接收电子电极为正极接收电子电极为正极原电池原电池（发生氧化反应（发生氧化反应）（发生还原反应（发生还原反应）v原电池表示方法原电池表示方法：(-)Zn|Zn2+(C1)Cu2+(C2)|Cu(+)“|”表示液表示液-固相有一界面固相有一界面；“”表示表示盐桥盐桥。在有气体参加电池中还要表明气体压力，溶液要表明浓度在有气体参加电池中还要表明气体压力，溶液要表明浓度第14页原原电电池池是是由由两两个个半半电电池池组组成成。在在每每个个半半电电池池中中同同时时包包含含有有同同一一个个元元素素不不一一样样氧氧化化数数两两个个物物种种所所组组成成电电对对。分分别别在在两两个个半半电电池池中中所所发发生生氧氧化化或或还还原原反反应应叫叫做做半半电电池池反反应应，或或电电极极反反应应。氧氧化化和和还还原原总总反应称为电池反应。反应称为电池反应。半半电电池池中中固固态态导导体体有有时时狭狭义义叫叫做做电电极极，有有些些固固态态导导体体只只起起导导电电作作用用而而不不参参加加氧氧化化或或还还原原反反应应，叫叫做做惰惰性性电电极极，如如金金属属铂铂(Pt)、石石墨墨棒棒等等；也也有有固固态态导导体体除除起起导导电电作作用用外外，还还参参加加半半电电池池反反应应。比比如如，在铜锌原电池中锌电极和铜电极。在铜锌原电池中锌电极和铜电极。第15页在一个烧杯中放入含有在一个烧杯中放入含有Fe2+和和Fe3+溶液溶液;另一烧杯中放入含有另一烧杯中放入含有Sn2+和和Sn4+溶液，分别插入铂片作为电极，用盐桥、导线等联接起来成为原电溶液，分别插入铂片作为电极，用盐桥、导线等联接起来成为原电池，这么也会有电流产生吗？池，这么也会有电流产生吗？9 9 第16页电极电势电极电势电极电势电极电势电极电势电极电势标准电极电势标准电极电势电极类型与电极表示方式电极类型与电极表示方式电极电势应用电极电势应用9 9 第17页电极电势电极电势电极电势电极电势为何电子从为何电子从Zn原子转移给原子转移给Cu2+而不是从而不是从Cu原子转移给原子转移给Zn2+呢呢?第18页电极电势产生电极电势产生 把任何一个金属片（把任何一个金属片（MM）插入水中，因为极性很大水分子与组成晶格金）插入水中，因为极性很大水分子与组成晶格金属离子相吸引而发生水合作用，结果一部分金属离子与金属中其它金属离属离子相吸引而发生水合作用，结果一部分金属离子与金属中其它金属离子之间键力减弱，甚至能够离开金属而进入与金属表面靠近水层之中。金子之间键力减弱，甚至能够离开金属而进入与金属表面靠近水层之中。金属因失去金属离子而带负电荷，溶液因进入了金属离子而带正电荷，这两属因失去金属离子而带负电荷，溶液因进入了金属离子而带正电荷，这两种相反电荷彼此又相互吸引，以致大多数金属离子聚集在金属片附近水层种相反电荷彼此又相互吸引，以致大多数金属离子聚集在金属片附近水层中，对金属离子有排斥作用，妨碍金属继续溶解。当中，对金属离子有排斥作用，妨碍金属继续溶解。当v v溶解溶解=v v沉淀沉淀 时，到达时，到达一个动态平衡，这么在金属与溶液之间，因为电荷不均等，便产生了电位一个动态平衡，这么在金属与溶液之间，因为电荷不均等，便产生了电位差。差。金属不但浸在纯水中产生电位差，即使浸入含有该金属盐溶液中，也发生金属不但浸在纯水中产生电位差，即使浸入含有该金属盐溶液中，也发生相同作用。因为溶液中已经存在该金属离子，所以离子从溶液中析出，即相同作用。因为溶液中已经存在该金属离子，所以离子从溶液中析出，即沉积到金属上过程加紧，因而使金属在另一电势下建立平衡。假如金属离沉积到金属上过程加紧，因而使金属在另一电势下建立平衡。假如金属离子很轻易进入溶液，则金属在溶液中仍带负电荷，只是比纯水中时所带负子很轻易进入溶液，则金属在溶液中仍带负电荷，只是比纯水中时所带负电荷要少电荷要少(如图如图a)a)；假如金属离子不易进入溶液，溶液中已经存在正离子；假如金属离子不易进入溶液，溶液中已经存在正离子起初向金属沉积速度可能超出正离子由金属进入溶液速度，因而可使金属起初向金属沉积速度可能超出正离子由金属进入溶液速度，因而可使金属带正电荷（如图带正电荷（如图b b）。）。第19页第20页电电极极电电势势(正正)是是金金属属表表面面电电势势(V金金属属)与与溶溶液液本本身身电电势势(V溶溶液液)之间差值之间差值：E=V金属金属-V溶液溶液 所以电极电势这一概念是指一金属相对于溶液而言电势值，所以电极电势这一概念是指一金属相对于溶液而言电势值，它能够用来它能够用来衡量金属失去电子本事大小衡量金属失去电子本事大小。金金属属电电极极电电势势除除与与金金属属本本身身活活泼泼性性和和金金属属离离子子在在溶溶液液中中浓浓度度相相关关外外，还还取取决决于于温温度度。在在电电极极反反应应中中物物质质假假如如都都处处于于标标准状态，这个电极叫做标准电极。准状态，这个电极叫做标准电极。第21页标准电极电势标准电极电势标准电极电势标准电极电势金属标准电极电势金属标准电极电势：金属与该金属离子质量摩尔浓度为金属与该金属离子质量摩尔浓度为1molkgl溶液相接溶液相接触电势触电势 将将镀有一层蓬松镀有一层蓬松铂黑电极用气压为铂黑电极用气压为100kPa干燥纯氢气干燥纯氢气饱和，并放在氢离子浓度为饱和，并放在氢离子浓度为1.0molkg1硫酸溶液中，铂黑硫酸溶液中，铂黑表面经常与氢和酸溶液接触而形成电极，表面经常与氢和酸溶液接触而形成电极，叫做标准氢电极，叫做标准氢电极，这个装置叫做标准氢半电池，在这个电极表面建立了以下这个装置叫做标准氢半电池，在这个电极表面建立了以下平衡：平衡：H2(100kPa)2H+(1.0molkg-1)产生在标准氢电极和硫酸溶液之间电势产生在标准氢电极和硫酸溶液之间电势 氢标准电极电势氢标准电极电势第22页第23页测定方法测定方法 要求标准氢电极标准电极电势在任意温度下为零，其它标要求标准氢电极标准电极电势在任意温度下为零，其它标准电极与它比较，便可测得标准电极电势之间相对大小准电极与它比较，便可测得标准电极电势之间相对大小第24页从金属活泼性角度来说从金属活泼性角度来说,E(Zn2+/Zn)=-0.763V意味着什么意味着什么?比较各电正确标准电极值大小，能够得知，普通电极电势数值小，比较各电正确标准电极值大小，能够得知，普通电极电势数值小，电对中还原型物质失电子能力强。或者说，某电正确电极电势愈大，电对中还原型物质失电子能力强。或者说，某电正确电极电势愈大，其氧化型是较强氧化剂，还原型是较弱还原剂。反之，某电正确电极其氧化型是较强氧化剂，还原型是较弱还原剂。反之，某电正确电极电势愈小，其还原型是较强还原剂，氧化型是较弱氧化剂电势愈小，其还原型是较强还原剂，氧化型是较弱氧化剂第25页其其它它一一些些电电极极作作为为参参比比电电极极（参参比比电电极极必必须须比比较较稳稳定定，其其电电势势值值可可依依据据标标准准氢氢电电极极准准确确测测知知）。惯惯用用参参比比电电极极是是Hg、Hg2Cl2（s）与与KCl溶溶液液组组成成甘甘汞汞电电极极等等,当当KCl为为饱饱和和溶溶液液时时，称称为为饱饱和和甘甘汞汞电电极极，其其电电极极电电势势是是+0.2415V（25oC）。）。第26页注意点注意点i)i)标准电极电势表中，标准电极电势表中，电极电势正号或负号不因电极反应进电极电势正号或负号不因电极反应进行方向而改变行方向而改变，比如不论电极反应是按，比如不论电极反应是按Zn2+2eZn，还是，还是按按ZnZn2+2e方式进行，电对方式进行，电对(Zn2+/Zn或或Zn/Zn2+)标准电标准电极电势总是负号，即极电势总是负号，即E(Zn2+/Zn)或或E(Zn/Zn2+)都是都是-0.763V。ii)假假如如电电对对Zn2+2e ZnE为为-0.76 V,那那么么2Zn2+4e 2Zn仍仍为为-0.76V,而而不不是是它它两两倍倍。因因为为标标准准电电极极电电势势反反应应得得失电子倾向，这种性质失电子倾向，这种性质数值与物质数量无关数值与物质数量无关。第27页电极类型与电极表示方式电极类型与电极表示方式电极类型与电极表示方式电极类型与电极表示方式i)金属金属-金属离子电极金属离子电极ii)气体气体-离子电极离子电极iii)金属金属难溶盐或氧化物阴离子电极金属金属难溶盐或氧化物阴离子电极iv)“氧化还原氧化还原”电极电极ZnZn2+(c1)Pt,H2(g)H+(c1)Ag-AgCl(s)Cl(c1)PtFe3+(c1),Fe2+(c2)第28页电极电势应用电极电势应用电极电势应用电极电势应用判断氧化剂和还原剂强弱判断氧化剂和还原剂强弱判断氧化还原反应进行方向判断氧化还原反应进行方向求平衡常数求平衡常数求浓度积常数求浓度积常数在元素电势图中应用在元素电势图中应用第29页i)i)i)i)判断氧化剂和还原剂强弱判断氧化剂和还原剂强弱判断氧化剂和还原剂强弱判断氧化剂和还原剂强弱例题例题已知已知E(Zn2+/Zn)=-0.76V,E(Fe2+/Fe)=-0.44V,E(Ni2+/Ni)=-0.25V,E(Ag+/Ag)=0.80V.最强氧化剂和还最强氧化剂和还原剂分别是什么？原剂分别是什么？第30页ii)ii)ii)ii)判断氧化还原反应进行方向判断氧化还原反应进行方向判断氧化还原反应进行方向判断氧化还原反应进行方向a)确定氧化剂和还原剂确定氧化剂和还原剂b)查两个电对标准电极电势c)求标准求标准电动势，从是否大于零可知其反应方向电动势，从是否大于零可知其反应方向普通来说，氧化还原反应进行方向判断步骤：普通来说，氧化还原反应进行方向判断步骤：强氧化型强氧化型1+强还原型强还原型2=弱还原型弱还原型1+弱氧化型弱氧化型2第31页1、金属金属Fe能置换能置换Cu2+,但为何但为何FeCl3又能溶解又能溶解Cu板板?2 2、今有一含、今有一含Cl、Br、I三种离子混合液，欲使三种离子混合液，欲使I氧氧化为化为I2又不使又不使Cl、Br氧化，在惯用氧化剂氧化，在惯用氧化剂H2O2、Fe2(SO4)3和和KMnO4中，选择哪一个符合上述要求？中，选择哪一个符合上述要求？第32页注意点注意点注意点注意点i)E值与反应速率无关值与反应速率无关。这是从热力学角度衡量反应进行可这是从热力学角度衡量反应进行可能性及程度，是电极处于平衡状态时表现出特征值，与速度、能性及程度，是电极处于平衡状态时表现出特征值，与速度、平衡快慢无关，是一强度性质。平衡快慢无关，是一强度性质。MnO4-+8H+5eMn2+4H2OE=1.51VS2O82-+2e=2SO42-E=2.01V尽管尽管E大，反应条件：大，反应条件：，Ag+催化催化ii)E是在水溶液标准状态下水溶液中测出是在水溶液标准状态下水溶液中测出。非水溶液、高温、。非水溶液、高温、固相反应等不适用。固相反应等不适用。第33页c)c)用用E判断反应能否进行判断反应能否进行 如如E+与与E-相差较大（相差较大（0.3V，n=1），则可直接判断，），则可直接判断，lgK=nE+-E-/0.0592。但假如相差很近，则要计算。尤其是溶液中离子浓度远偏离标准状态及但假如相差很近，则要计算。尤其是溶液中离子浓度远偏离标准状态及有有H+或或OH-参加反应情况更要尤其小心，要经过计算参加反应情况更要尤其小心，要经过计算如：如：H3AsO4+2I-+2H+=H3AsO3+I2+H2OE(H3AsO4/H3AsO3)=+0.56V，E(I2/I-)=0.535VE=0.56-0.54=0.02V0。但假如但假如H3AsO4=I-=H3AsO3=1molL1，而，而H+=10-8molL1则则E+=0.088V，E=0.088-0.535=-0.477V0。第34页iii)iii)求平衡常数求平衡常数求平衡常数求平衡常数原电池很轻易在恒温、恒压下操作。在这种条件下，原电池所做最大原电池很轻易在恒温、恒压下操作。在这种条件下，原电池所做最大电功电功(产生电流，能够作电功产生电流，能够作电功)等于化学反应自由能降低，即等于化学反应自由能降低，即 Wmax=-G1mol电子为电子为6.022 1023个电子，个电子，1个电子电量为个电子电量为1.602 10 19库仑，则库仑，则1mol电子所带电量为电子所带电量为6.022 1023 1.602 10 19=96472(C)96500(C)=1F第35页原原原原电池最大功与电池最大功与电池最大功与电池最大功与GibbsGibbs函数函数函数函数电功电功(J)=(J)=电量电量(C)(C)电势差电势差(V)(V)电池反应电池反应 rGm=-nFE标准状态：mr nFEG-=DW=nEFE单位单位V乘以电量单位乘以电量单位C得到是能量单位得到是能量单位J(焦耳焦耳)，当，当G单位用单位用Jmol-1表示时，用下式计算：表示时，用下式计算：G=-96472nEG=-RTlnK=-2.303RTlgK=-nFE0592.0lgnEK=第36页)求浓度积常数求浓度积常数求浓度积常数求浓度积常数求求Ag+I=AgIK和和Ksp即即Ag+e=AgAg+/Ag（0.80V)I+Ag=AgI+eAg-AgI/I(-0.15V)依据：依据：即可求出即可求出K能产生电动势反应是否都是氧化还原反应能产生电动势反应是否都是氧化还原反应?可写成可写成Ag+I+Ag=AgI+Ag第37页v)在元素电势图中应用在元素电势图中应用当当一一个个元元素素有有两两种种以以上上氧氧化化态态时时，把把其其中中任任意意两两种种氧氧化化态态组组成成电电对对和该电对所对应标准电极电势用图示方法表示出来叫做元素电势图和该电对所对应标准电极电势用图示方法表示出来叫做元素电势图第38页从从元元素素电电势势图图可可全全方方面面看看出出一一个个元元素素各各氧氧化化态态之之间间电电极极电电势势高高低低和和相相互互关关系系，而而且且可可判判断断哪哪些些物物质质在在酸酸性性或或碱碱性性溶溶液液中是否稳定存在中是否稳定存在利用电势图可利用电势图可求得某电对未知标准电极电势求得某电对未知标准电极电势 判断歧化反应能否进行判断歧化反应能否进行第39页求某电对未知标准电极电势求某电对未知标准电极电势求某电对未知标准电极电势求某电对未知标准电极电势 第40页G1=-n1FE1，G2=-n2FE2，G=-nFE依据依据盖斯定律盖斯定律：G=G1+G2即即-（n1+n2）FE=-n1FE1+（-n2FE2）所以所以E=（n1E1+n2E2）/（n1+n2）若有若有i个相邻电对，则个相邻电对，则E=（n1E1+n2E2+niEi）/（n1+n2+ni）第41页判断歧化反应能否进行判断歧化反应能否进行判断歧化反应能否进行判断歧化反应能否进行 假如假如B歧化，歧化，则则E=E（右）（右）E（左）（左）0EAFe3+0.77Fe2+-0.44Fe氧化作用和还原作用发生在同一分子内同一元素上，即氧化作用和还原作用发生在同一分子内同一元素上，即该元素原子一部分被氧化，氧化数升高；同时另一部分该元素原子一部分被氧化，氧化数升高；同时另一部分原子被还原，氧化数降低，这是一个本身氧化还原反应。原子被还原，氧化数降低，这是一个本身氧化还原反应。第42页 9-3 9-3 影响电极电势原因影响电极电势原因浓度对电极电势影响浓度对电极电势影响温度对电极电势影响温度对电极电势影响第43页1 1 1 1、NernstNernst方程式方程式方程式方程式电极电势大小取决于电极本质、离子浓度、气体压力、电极电势大小取决于电极本质、离子浓度、气体压力、温度温度氧化型氧化型+ne=还原型还原型第44页2)2)2)2)浓度对电极电势影响浓度对电极电势影响浓度对电极电势影响浓度对电极电势影响a、氧化型物质和还原型物质本身浓度改变、氧化型物质和还原型物质本身浓度改变b、酸度对电极电势影响、酸度对电极电势影响c、沉淀生成对电极电势影响、沉淀生成对电极电势影响d、配合物生成对电极电势影响、配合物生成对电极电势影响第45页E=E+0.0591lgFe3+/Fe2+Fe3+eFe2+E=0.771VFe3+/Fe2+1/10001/1001/101/110/1100/11000/1/V0.5940.6530.7120.7710.8300.8800.948第46页K2Cr2O7在不一样酸度溶液中氧化性在不一样酸度溶液中氧化性H+=1molL-1,E（Cr2O72-/Cr3+）=1.33VH+=10-3molL-1,E(Cr2O72-/Cr3+)=0.92V当当Cr2O72-=1molL-1，Cr3+=1molL-1E=E+0.059/6lgCr2O72-H+14/Cr3+2=E+0.059/6lgH+14Cr2O72-+14H+6e2Cr3+7H2OE=1.33V第47页已知已知2H+2e=H2，E=0 求算求算HAc=0.10molL-1，pH2=100kPa，求，求 EH+/H2。第48页H3AsO4+2I-+2H+=H3AsO3+I2+H2O可见酸度对电极电势有影响，进而影响反应方向可见酸度对电极电势有影响，进而影响反应方向当当H3AsO4=H3AsO3=I-=H+=1molL-1EH3AsO4/H3AsO3=0.56V。在标准情况下，。在标准情况下，EI2/I-=0.535VE=0.56-0.54=0.02V0当当H3AsO4=I-=H3AsO3=1molL-1，H+=10-8molL-1EAsO43-/AsO33-=0.088V，E=0.088-0.535=-0.447V0第49页Ag+e=AgEAg+/Ag=0.799V加入加入Cl：Ag+Cl=AgCl平衡时：平衡时：Cl-=1molL-1Ag+=KSP/Cl-=KSP/1=1.610-10molL-1E=EAg+/Ag+0.0591lg(1.610-10)=0.221V沉淀生成，使沉淀生成，使E减小，对氧化型物质起稳定作用减小，对氧化型物质起稳定作用实际上为下列电对电极电势：AgCl（s）+e=Ag（s）+Cl电极Ag+/Ag因加入NaCl而变成Ag-AgCl/Cl时，E减小。第50页第51页Cu2+2e=CuE=0.377VCu(NH3)42+2e=Cu+4NH3K稳稳=4.81012E=E(Cu2+/Cu)-0.0591lgK稳稳 =0.377-0.0591lg4.8 1012=-0.065V第52页已知已知 （Ti+/Ti）=-0.34V，(Ti3+/Ti）=0.72V，则，则 Ti3+/Ti为为A（0.72+0.34)/2VB.(0.72-0.34)/2VC（0.723+0.34)/2VD0.723+0.34V第53页两两个个半半电电池池，电电极极相相同同，电电解解质质溶溶液液中中物物质质也也相相同同，都都能能够够进进行行电电极极反反应应，但但溶溶液液浓浓度度不不一样，它们组成电池电动势一样，它们组成电池电动势A.E=0=0，E=0 B EB E0 0，E E 0 0B.CE E 0 0，E=0E=0DE E=0=0，E E 0 0第54页一个铜电极浸在一个含有1.00mol/LNH3H2O和1.00mol/LCu(NH3)42+配离子溶液中，若用标准氢电极为正极，该原电池电动势为0.03V,已知.第55页9-4pH9-4pH电势图电势图电势图电势图一、一、pH-电势图电势图 在等温等浓度（除在等温等浓度（除H+和和OH外其它物质浓度）条件下，外其它物质浓度）条件下，以电正确电极电势为纵坐标，浓度以电正确电极电势为纵坐标，浓度pH值为横坐标，绘出值为横坐标，绘出E随随pH改变关系图改变关系图。第56页E=EO2/H2O+0.059/4lg（H+4PO2）/1=1.229+0.059lgH+=1.229-0.0591pHpH=0，E=1.229V；pH=7，E=0.815V；pH=14，E=0.400V。水氧化还原反应与以下电对相关水氧化还原反应与以下电对相关氧化氧化：O2+4H+4e=2H2O当当pO2=100kPa，E=1.229V第57页还原还原：2H2O+2e=H2+2OH-当当 PH2=100kPaE=-0.8277VE=EH2O/H2+0.0591/2lg1/（PH2OH-2）=-0.828+0.0591/2lg1/OH-2=-0.828+0.0591/2pOH=-0.0591pHpH=0，E=0；pH=7，E=-0.414V；pH=14，E=-0.829V第58页第59页由图可知：由图可知：a线上任何一点都表示在该线上任何一点都表示在该pH值时，值时，电对电对O2+4H+4e=2H2O中，中，H2O和和O2（1atm）处于平衡状态。）处于平衡状态。E=E+0.0591/4lg（H+4pO2）/1（a线上任意一点）线上任意一点）E=E+0.059/4lg（H+4pO2)/1（a线上方）线上方）相同相同pH下，因下，因 E E，则则pO2 pO2(pO2=1atm)空气中氧分压空气中氧分压反应反应O2+4H+4e=2H2O平衡左移，平衡左移，即即H2OO2，所以，所以a线上方为氧气稳定区线上方为氧气稳定区。同理：同理：b线下方为氢气稳定区，线下方为氢气稳定区，中间为水稳定区域中间为水稳定区域第60页二、二、二、二、pH-pH-pH-pH-电势图应用电势图应用电势图应用电势图应用可初步判断氧化剂或还原剂稳定性可初步判断氧化剂或还原剂稳定性v任何氧化剂，电极电势值在氧线以上，则能够从水溶任何氧化剂，电极电势值在氧线以上，则能够从水溶液中析出氧气（水为还原剂）液中析出氧气（水为还原剂）v任何还原剂，电极电势在氢线以下，则能够从水溶液任何还原剂，电极电势在氢线以下，则能够从水溶液中析出氢气；中析出氢气；v两两条条线线之之间间则则是是氧氧化化剂剂和和还还原原剂剂能能够够在在水水中中稳稳定定存存在在区域。区域。第61页从相关从相关FepH-电势图，分析各种价态铁在电势图，分析各种价态铁在水溶液中稳定性水溶液中稳定性?第62页9-5化学电源和电解化学电源和电解化学电源化学电源电解电解第63页化学电源从氧化还原反应所释放化学能转变为电能，有两种路径：从氧化还原反应所释放化学能转变为电能，有两种路径：1 1、用氧化还原反应所产生热能来加热蒸气，用蒸气、用氧化还原反应所产生热能来加热蒸气，用蒸气 推进涡轮机来发电，利用推进涡轮机来发电，利用率率30%40%2 2、利用电池装置，使化能直接转变为电能、利用电池装置，使化能直接转变为电能电池分类电池分类燃料电池（又称连续电池）燃料电池（又称连续电池）一次电池一次电池蓄电池蓄电池 第64页燃料电池燃料电池：以天然燃料或其它可燃物：以天然燃料或其它可燃物H2，CH3OH，煤气等作负，煤气等作负极反应物，以氧气作正极反应极反应物，以氧气作正极反应物。物。碱式氢氧燃料电池（碱式氢氧燃料电池（KOH）正正极极（NiO/Ni）：1/2 O2+H2O+2e=2OH负极（负极（Ni）：）：H2+2OH=2H2O+2eE=1.23V氢氢-氧燃料电池氧燃料电池阿波罗宇宙飞船电池：三组碱式氢氧燃料电池。阿波罗宇宙飞船电池：三组碱式氢氧燃料电池。2731V，5631420W第65页第66页干电池一次电池一次电池：即电池中反应物质在进行一次电化学反应放电之后就即电池中反应物质在进行一次电化学反应放电之后就不能再次使用了不能再次使用了,如干电池如干电池。MnO2作去极化剂作去极化剂负极负极Zn=Zn2+2e正极正极2NH4+2e=2NH3+H2H2+2MnO2=2MnO(OH)2NH4+2MnO2+2e=2NH3+2MnO(OH）产生产生H2会妨碍会妨碍NH4+同碳棒接触，电池内阻增大同碳棒接触，电池内阻增大(极极化现象化现象)，加，加MnO2可消除电极上集积，使电流通畅可消除电极上集积，使电流通畅。第67页第68页蓄电池蓄电池 凡是能够屡次重复使用，放电后可充电使活性物质复原，凡是能够屡次重复使用，放电后可充电使活性物质复原，方便再重新放电电池，又称方便再重新放电电池，又称二次电池二次电池 酸式铅蓄电池酸式铅蓄电池PbH2SO4(d：1.221.28)PbO2电池反应电池反应 负极负极(灰铅灰铅)Pb(s)+SO42=PbSO4(s)+2e正极正极(Pb-Sb合金合金,填塞填塞PbO2)PbO2(s)+4H+SO42+2e=PbSO4(s)+2H2O放电时放电时H2SO4比重降至比重降至1.05时充电时充电第69页第70页第71页电解电解电解电解 原电池中氧化还原反应是经过电子自发从负极流向正极来实现，其原电池中氧化还原反应是经过电子自发从负极流向正极来实现，其过程是将化学能转变为电能。过程是将化学能转变为电能。由电对由电对Cl2-Cl和和Ni2+-Ni可形成一个原电池可形成一个原电池,电池反应电池反应Ni+Cl2=Ni2+2Cl其标准电动势为其标准电动势为1.61V(G0)假如要使上述反应逆向进行，则应按以下装置才能实现，外加电假如要使上述反应逆向进行，则应按以下装置才能实现，外加电压最少应为原电池电动势压最少应为原电池电动势1.61V(即抵消电池进行自发反应电动势即抵消电池进行自发反应电动势)。第72页在外加电压下，电流经过在外加电压下，电流经过NiCl2溶液时溶液时阴极阴极Ni2+2e=Ni阳极阳极2Cl-2e=Cl2第73页这种依靠外加电压到两个电极上这种依靠外加电压到两个电极上,使一个自发氧化还原反使一个自发氧化还原反应朝着相反方向进行过程叫做电解应朝着相反方向进行过程叫做电解理论上电解开始所必须最小外加电压称为理论分解电压理论上电解开始所必须最小外加电压称为理论分解电压电解时实际分解电压大于理论分解电压，其差值称为超电电解时实际分解电压大于理论分解电压，其差值称为超电压。压。即实际分解电压即实际分解电压=理论分解电压理论分解电压+超电压超电压归纳和比较原电池和电解池归纳和比较原电池和电解池第74页第75页第76页第77页