2020-2021学年高中化学竞赛第八章-电化学基础课件共78张.ppt
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- 2020 2021 学年 高中化学 竞赛 第八 电化学 基础 课件 78
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1、第八章第八章 氧化还原反应氧化还原反应8-1 8-1 氧化还原反应氧化还原反应一、一、 氧化值(氧化数、氧化态)的概念氧化值(氧化数、氧化态)的概念氧化值是元素一个原子的氧化值是元素一个原子的表观荷电数表观荷电数,这种荷,这种荷电数是将成键电子指定给电负性较大的原子求电数是将成键电子指定给电负性较大的原子求得。得。规定:规定:(1)单质中,元素的氧化值为零,)单质中,元素的氧化值为零,H2 、 Cl2 、Fe(2)正常氧化物中,氧的氧化值为)正常氧化物中,氧的氧化值为-2,(3)过氧化物中)过氧化物中(H2O2 和和Na2O2)氧的氧化值为氧的氧化值为-1。(4)超氧化物如超氧化物如KO2中氧
2、中氧 的氧化值为的氧化值为-0.5。 (5)H 一般为一般为+1,如,如PH3; 但但在在NaH中为中为- 1。38 例:例:SiO2: Si的氧化的氧化值值为为+4;Cr2O72-:Cr的的氧化值氧化值为为+6;Fe3O4: Fe的的氧化值氧化值为为 ;S2O32-: S的的氧化值氧化值为为+2;S4O62-: S的的氧化值氧化值为为2.5;二、几组概念二、几组概念氧化还原反应?氧化还原反应?反应前后元素氧化值发生变化的反应。反应前后元素氧化值发生变化的反应。 Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+氧化剂和还原剂?氧化剂和还原剂?在氧化还原反应中,反应物中在氧化还原反应中,反应物中氧化值
3、降低氧化值降低的物的物质称为质称为氧化剂氧化剂,氧化值升高氧化值升高的物质称为的物质称为还原剂还原剂。氧化反应和还原反应?氧化反应和还原反应?把氧化还原反应分拆成两个把氧化还原反应分拆成两个半反应半反应,分别称为氧,分别称为氧化反应及还原反应。化反应及还原反应。Cu2+ + 2e = Cu 还原反应(得电子,氧化值降低)还原反应(得电子,氧化值降低)Zn -2e = Zn2+ 氧化反应(失电子,氧化值升高)氧化反应(失电子,氧化值升高)Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+氧化态与还原态?氧化态与还原态? 同一元素可以具有不同的氧化值,高氧化值的叫同一元素可以具有不同的氧化值,高氧化值的叫
4、氧氧化型化型(简记为(简记为Ox),),低氧化值的叫低氧化值的叫还原型还原型(简记(简记为为Red)。)。 任何一个任何一个半反应半反应都应含有由元素氧化态及还原都应含有由元素氧化态及还原态组成的态组成的氧化还原电对氧化还原电对。通常写成:。通常写成:氧化型氧化型/还原型(还原型(Ox/Red),),如:如:Cu2+/Cu;Zn2+/ZnCu2+ + 2e = Cu 三、三、 氧化还原反应方程式的配平氧化还原反应方程式的配平1、氧化值法:、氧化值法:原则:还原剂氧化值升高数和氧化剂氧化值降原则:还原剂氧化值升高数和氧化剂氧化值降 低数相等低数相等(得失电子数目相等)得失电子数目相等)(1)写出
5、化学)写出化学反应方程式反应方程式(2)确定有关元素氧化值升高及降低的)确定有关元素氧化值升高及降低的数值数值 (3)确定氧化值升高及降低的数值的最小公倍)确定氧化值升高及降低的数值的最小公倍 数。数。找出氧化剂、还原剂的系数找出氧化剂、还原剂的系数。(4)核对,可用)核对,可用H+, OH, H2O配平。配平。例:例:HClO3 + P4 HCl + H3PO4 Cl5+ Cl 氧化氧化值值降低降低 6 P4 4PO43 氧化氧化值值升高升高20 10 HClO3 + 3P4 10HCl + 12H3PO4 10HClO3 + 3P4 +18H2O 10HCl + 12H3PO4 方程式左边
6、比右边少方程式左边比右边少36个个H原子,少原子,少18个个O原子,原子,应在左边加应在左边加18个个H2O。(1 1)确定氧化值升高及降低的)确定氧化值升高及降低的数值。数值。 (2 2)确定氧化值升高及降低的数值的最小公倍数。)确定氧化值升高及降低的数值的最小公倍数。找出氧化剂、还原剂找出氧化剂、还原剂的系数的系数。(3 3)核对,可用)核对,可用H H+ +, OH, OH, H, H2 2O O配平。配平。最小公倍数602、离子、离子-电子法或电子法或半反应法半反应法(1)写出相应的)写出相应的离子反应式。离子反应式。(2)将反应分成两部分将反应分成两部分,即还原剂的氧化反应和,即还原
7、剂的氧化反应和 氧化剂的还原反应氧化剂的还原反应。(3)配平半反应。)配平半反应。(4)确定二个半反应的系数是根据得失电子数相确定二个半反应的系数是根据得失电子数相 等的原则。等的原则。(5)根据反应条件)根据反应条件确定反应的酸碱介质确定反应的酸碱介质,分别加,分别加 入入H+, OH-, H2O, 使方程式配平。使方程式配平。例例: 配平酸性介质下配平酸性介质下KMnO4溶液与溶液与Na2SO3的反应的反应 解:解:MnO4 + SO32 + H+ Mn2+ + SO42半反应半反应 SO32 SO42 + 2e MnO4 + 5e Mn 2+配平半反应:配平半反应: SO32 + H2O
8、 SO42 + 2e + 2H+ MnO4 + 5e + 8H+ Mn 2+ + 4 H2O 5+ 2得:得: 2MnO4 + 5SO32 + 16 H+ + 5 H2O 2Mn2+ + 8 H2O + 5SO42 + 10H+即:即: 2MnO4 + 5SO32 + 6 H+ = 2Mn2+ + 3 H2O + 5SO42 将反应分成两部分将反应分成两部分根据得失电子数相等的原则根据得失电子数相等的原则确定半反应系数确定半反应系数左边左边右边右边酸性介质酸性介质 多多O时,加时,加H+少少O时,加时,加H2O加相应的加相应的H2O加相应的加相应的H+碱性介质碱性介质 多多O时,加时,加H2O
9、 少少O时,加时,加OH- 加相应的加相应的OH-加相应的加相应的H2O酸性介质中配平的半反应方程式里不应出现酸性介质中配平的半反应方程式里不应出现OH,在碱性介质中配平的半反应不应出现在碱性介质中配平的半反应不应出现H+。一般先配平一般先配平 H、O以外的原子数,然后配平以外的原子数,然后配平H、O原子数,最后配平电子数。原子数,最后配平电子数。检流计检流计e-e-ZnSO4(aq)1.0molL-1ZnCuSO4(aq)1.0molL-1CuKCl (aq)盐盐 桥桥原电池11-2 原电池与电极电势原电池与电极电势 现象:现象: (1)检流计指针偏转:Zn是负极,Cu是正极; (2)Zn片
10、溶解,Cu片上有Cu析出。 Zn(s) Zn2+(aq)+2e- (负极)(负极)Cu2+(aq)+2e- Cu(s) (正极)(正极)Zn(s)+CuSO4(aq) ZnSO4(aq)+ Cu(s)解释:解释:结论:结论:该该装置使氧化反应和还原反应分在两个不同的区域进行;电子转移通过外电路实现,于是有了电子的定向流动,从而产生电流,实现了化学能向电能的转化。 这种借助自发的氧化还原反应将化学能这种借助自发的氧化还原反应将化学能转变为电能的装置称转变为电能的装置称原电池原电池(Primary Cell)。一、原电池的概念一、原电池的概念v正极(铜电极):正极(铜电极): Cu2+ + 2e-
11、 Cu v负极(锌电极):负极(锌电极): Zn Zn2+ + 2e-利用自发的氧化还原反利用自发的氧化还原反应,使化学能直接转变为应,使化学能直接转变为电能的装置叫电能的装置叫原电池原电池。盐桥连接两个半电池,盐桥连接两个半电池,沟通原电池的内电路。沟通原电池的内电路。进行氧化反应和还原反应的两个不同的区域,称为半电池。1. 半电池半电池(Electrode)CuCuSO4 组成铜半电池ZnZnSO4 组成锌半电池两个半电池中进行的氧化反应和还原反应就是两个半反应(电极反应)。2. 半反应半反应(电极反应电极反应)(Electrode Reaction)v锌电极上的半反应:锌电极上的半反应:
12、 Zn Zn2+ + 2e-v铜电极上的半反应:铜电极上的半反应: Cu2+ + 2e- Cu 半反应中氧化态(氧化数高的)和相应的还原态(氧化数低的)物质构成氧化还原电对,简称电对。3. 氧化还原电对氧化还原电对(Redox Couple)v锌电极:锌电极: Zn Zn2+ + 2e-v铜电极:铜电极: Cu2+ + 2e- Cu Zn2+/Zn Cu2+/Cu两个半反应组成的氧化还原总反应叫电池反应。 Zn(s) + CuSO4(aq) ZnSO4(aq) + Cu(s)4. 电池反应电池反应 (Cell Reaction)电子的流出极叫负极:Zn极电子的流入极叫正极:Cu极5. 正负极正
13、负极v铜电极(正极):铜电极(正极): Cu2+ + 2e- Cu v锌电极(负极):锌电极(负极): Zn Zn2+ + 2e-原电池氧化还原反应电池反应半电池半反应(氧化反应、还原反应)电极电极反应氧化还原电对Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+Cu2+ + 2e- Cu 锌电极上发生的反应锌电极上发生的反应Zn Zn2+ + 2e-Zn2+/Zn Cu2+/Cu氧化半反应:氧化半反应: Zn 2e = Zn2+ 还原半反应:还原半反应: Cu2+ + 2e = Cu总反应:总反应: Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+ (-)Zn Zn2+(c1) Cu2+(c2) Cu(+
14、) 二、原电池的表达式二、原电池的表达式负极写在左边,正极写在右边。负极写在左边,正极写在右边。用用 表示电极与电解质溶液之间的物相界面。表示电极与电解质溶液之间的物相界面。不存在相界面的,用不存在相界面的,用“,”分开。分开。用用表示表示盐桥。盐桥。氧化半反应:氧化半反应: Zn 2e = Zn2+ 还原半反应:还原半反应: Cu2+ + 2e = Cu总反应:总反应: Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+ (-)Zn Zn2+(c1) Cu2+(c2) Cu(+) 表示出相应的离子浓度或气体压力。表示出相应的离子浓度或气体压力。表示出表示出不与金属离子反应的金属惰性电极(如不与金属离
15、子反应的金属惰性电极(如Pt ,Au,石墨,石墨 )。)。 (-) Pt H2(p ) H+(c1) Fe3+(c2) ,Fe2+ (c3) Pt(+)氧化半反应:氧化半反应: H2 2e = 2H+还原半反应:还原半反应: Fe3+ + e = Fe2+ 总反应:总反应: H2 + 2Fe3+ = 2H+ + 2Fe2+ 负极在左,正极在右。负极在左,正极在右。 表示相界面。不存在相表示相界面。不存在相界面的,用界面的,用“,”分开。分开。表示出表示出金属惰性电极(金属惰性电极(Pt ,Au,石墨等,石墨等 )。)。 原电池表达式举例原电池表达式举例解:电对解:电对 Fe3+/Fe2+ Ag
16、+/Ag氧化反应氧化反应 Fe2+(aq) Fe3+ (aq) +e- (-)还原反应还原反应 Ag+ (aq) +e- Ag (s) (+)(-) Pt | Fe2+(c1),Fe3+(c2) | Ag+(c3) | Ag (+)(-)Fe2+(c1) | Fe3+(c2) | Ag+(c3) | Ag(+)例:将例:将Fe2+(aq)+Ag+(aq) Fe3+(aq)+Ag组成原电池,用电池图解式表示。组成原电池,用电池图解式表示。例、根据反应Cd + 2H+ Cd2+ + H2 构成原电池,其电池符号为A(-) Cd Cd2+H+,H2 Pt(+) B.(-) Cd Cd2+H+ H2
17、Pt(+)C.(-) H2 H+Cd2+ Cd (+) D.(-) Pt, H2 H+Cd2+ Cd (+)v在在Cu-Zn原电池中,电子由原电池中,电子由Zn传递给传递给Cu2+(或者说电流由(或者说电流由Cu流向流向Zn),而不是从),而不是从Cu传递给传递给Zn2+?这是因为原电池中这是因为原电池中Zn电极的电极的电电极电势极电势比比Cu电极的电极的电极电势电极电势更负(或更低)。更负(或更低)。v电极电势是怎样产生的?是什么原因引起各电极电势是怎样产生的?是什么原因引起各个电极的电势不同呢?个电极的电势不同呢?三、电对的电极电势三、电对的电极电势1. 双电层理论双电层理论金属晶体里有金
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