大学化学基础-电化学基础和氧化还原平衡2-课件1.ppt
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- 大学化学 基础 电化学 氧化 还原 平衡 课件
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1、 第十一章 氧化还原反应及其应用 第十一章第十一章 氧化还原反应氧化还原反应11.1 11.1 基本概念基本概念11.2 电极电势和电池电动势11.3 氧化还原平衡11.4 影响电极电势的因素11.5 元素电势图及其应用11.6 氧化还原滴定法一、氧化数、氧化数(Oxidation mumber)氧化数氧化数定义定义:化合物中某元素所带化合物中某元素所带形式电荷形式电荷的数目。的数目。由于化合物中组成元素的电负性不同,原子结合由于化合物中组成元素的电负性不同,原子结合时电子对总要移向电负性大的原子一方,从而化合物时电子对总要移向电负性大的原子一方,从而化合物中组成元素的原子必须带正或负电荷(形
2、式电荷)。中组成元素的原子必须带正或负电荷(形式电荷)。确定元素氧化数的规则确定元素氧化数的规则(1)单质的氧化数为零零。(2)在多原子分子中所有元素氧化数的代数和 等于零零;在多原子离子中所有元素氧化数 的代数和等于离子所带的电荷数电荷数。7 的I O IH 65氧化值2S O S 232的氧化数2.5 S O S 264的氧化值为38Fe OFe 43的氧化值为例:例:(3)氢在化合物中的氧化数一般为氢在化合物中的氧化数一般为+1,但在活但在活 泼金属的氢化物中为泼金属的氢化物中为1。(4)氧在化合物中的氧化数一般为氧在化合物中的氧化数一般为2;在过氧在过氧 化物中为化物中为11;在超氧化
3、物中为在超氧化物中为1/2(KO2);在在OF2中为中为+2。(所有元素中氟的电负性最高为(所有元素中氟的电负性最高为-1-1)。注意:注意:1 1)同种元素可有不同的氧化数;同种元素可有不同的氧化数;2 2)氧化数可为正、负和分数等;氧化数可为正、负和分数等;3 3)氧化数不一定符合实际元素的电子转移情况。氧化数不一定符合实际元素的电子转移情况。S S2 2O O3 32-2-S S 的氧化数为的氧化数为2 2,S O-OOS+4,(+6)0,(-2)二、二、氧化还原反应的特征氧化还原反应的特征氧化氧化:氧化数升高的过程还原还原:氧化数降低的过程氧化还原反应氧化还原反应:在化学反应过程中,元
4、素的原子或离子在反应前后氧化数发生了变化的一类反应。特征特征:反应中氧化过程和还原过程同时发生。Cu2+Zn =Cu+Zn2+2+200自氧化自氧化还原反应还原反应:反应过程中氧化数的升升高高和降低降低发生在同一化合物同一化合物(又称歧化反应歧化反应)4KClO3=3KClO4+KCl+5+7102Cl2+H2O HClO+HCl+11Cl2+Cl2+2H2O 2HClO+2HCl+0+11+0 3KClO3+KClO3 3KClO4+KCl+5+71+5从从电子电子的角度的角度:反应中失去电子(氧化数升高)的物质为还原反应中失去电子(氧化数升高)的物质为还原剂。还原剂能给出电子促使另一物质获
5、得电子而还剂。还原剂能给出电子促使另一物质获得电子而还原,自身则失去电子而氧化。原,自身则失去电子而氧化。反应中得到电子(氧化数降低)的物质为氧化剂。反应中得到电子(氧化数降低)的物质为氧化剂。氧化剂剂能获得电子促使另一物质失去电子而氧化,氧化剂剂能获得电子促使另一物质失去电子而氧化,自身则失去电子而还原。自身则失去电子而还原。氧化剂和还原剂氧化剂和还原剂氧化剂氧化剂:氧化数降低的物质还原剂还原剂:氧化数升高的物质NaClO+2FeSO4+H2SO4 NaCl+Fe2(SO4)3+H2O+1+21+3氧化剂氧化剂还原剂还原剂还原产物还原产物氧化产物氧化产物介质介质 氧化还原电对氧化还原电对Cu
6、2+Zn Zn2+CuCu2+Cu(氧化剂)(还原剂)Zn2+Zn(氧化剂)(还原剂)氧化型物质还原型物质共轭的氧化还原体系 氧化还原反应是两个(或两个以上)氧化还原 电对共同作用的结果 还原剂的还原能力越强,则其共轭氧化剂的 氧化能力越弱Sn4+/Sn2+在氧化还原反应中,反应一般按较强的氧化 剂和较强的还原剂相互作用的方向进行氧化剂降低氧化数的趋势越强,其氧化能力 越强,则其共轭还原剂升高氧化数的趋势就 越弱,还原能力越弱。MnO4/Mn2+氧化还原半反应式氧化还原半反应式Cu2+/CuCu2+2e CuZn2+/ZnZn Zn2+2eMnO4/Mn2+MnO4+8H+5e Mn2+4H2
7、OSO42/SO32SO42 +2H+2e SO32+H2O 配平原则配平原则: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。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配平方法配平方法:1.氧化数法氧化数法;2.离子离子-电子法电子法 用离子式写出主要反应物和产物用离子式写出主要反应物和产物(气体、气体、纯液体、固体和弱电解质则写分子式纯液体、固体和弱电解质则写分子式)。将反应分解为两个半反应式,配平两个将反应分解为两个半反应式,配平两个半反应的原子数及电荷数。半反应的原子数及电荷数。根据电荷守恒,以适当系数分别乘以两根据电荷守
8、恒,以适当系数分别乘以两个个 半反应式,然后合并,整理,即得配平的半反应式,然后合并,整理,即得配平的离子方程式;有时根据需要可将其改为分子离子方程式;有时根据需要可将其改为分子方程式。方程式。离子离子-电子法电子法例例:配平MnO4+SO32 Mn2+SO42(酸性介质)解解:MnO4 Mn2+SO32 SO42+5e+8H+4H2O+2e+2H+H2O2)5)+)2MnO4+6H+5SO32=2Mn2+5SO42+3H2O配平中的经验处理方法:配平中的经验处理方法:酸性介质酸性介质:O原子多的一边加H+,O原子少的一边加 H2O;碱性介质碱性介质:O原子多的一边加H2O,O原子少的一边加
9、;中性介质中性介质:左边一律加H2O,右边根据O原子的多少确定加H+或加 。注意:注意:在配平同一方程式中,不要同时出现在配平同一方程式中,不要同时出现H+和和OH-。OHOH例例:配平ClO+Cr(OH)4 Cl+CrO42 (碱性介质)解解:ClO ClCr(OH)4 CrO42+2e+H2O+2OH+3e+4H2O+4OH3)2)+)3ClO+2OH+2 Cr(OH)4 =3Cl+2CrO42+5H2O 第十一章第十一章 氧化还原反应氧化还原反应11.1 基本概念11.2 11.2 电极电势和电池电动势电极电势和电池电动势11.3 氧化还原平衡11.4 影响电极电势的因素11.5 元素电
10、势图及其应用11.6 氧化还原滴定法一、原电池一、原电池 工作状态的化学电池同时发生三个过程:工作状态的化学电池同时发生三个过程:1.1.两个电极表面分别发生氧化反应和还原反应;两个电极表面分别发生氧化反应和还原反应;2.2.电子流过外电路;电子流过外电路;3.3.离子流过电解质溶液。离子流过电解质溶液。盐桥:盐桥:通常内盛饱和通常内盛饱和KClKCl溶液(以琼胶做成冻胶)溶液(以琼胶做成冻胶)作用:作用:1.让溶液始终保持电中性使电极反应得以让溶液始终保持电中性使电极反应得以 继续进行。继续进行。2.消除原电池的液接电势(或扩散电势)消除原电池的液接电势(或扩散电势)/CuCu,/ZnZn
11、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):)(极极2氧化反应电子流出负负 Cu(s)2e(aq)Cu:)(极极2还原反应电子流入正正Cu(s)(aq)Zn(aq)Cu Zn(s)电池反应电池反应:22还原型 e 氧化型 n)(Cu )L(1.0molCu )L(1.0mol Zn Zn)(1212 书写原电池符号的规则:书写原电池符号的规则:负极“-”在左边,正极“+”在右边,盐桥用“”表示。原电池符号原电池符号(电池图示电池图示):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,同相不同物种用“,”分开,溶液、
12、气体要注明cB,pB 。113212L2.0mol2ClL0.1mol2Fe 101325PaClL1.0mol2Fe 例:例:将下列反应设计成原电池并以原电将下列反应设计成原电池并以原电池符号表示。池符号表示。解解:)(aq2Cl 2e)g(Cl 极极 正正2)(aqFe e)(aqFe 极极 负负 32)(Pt 101325PaCl L2.0molCl L0.1molFe,L1.0molFe Pt )(211312 二、二、电极的类型电极的类型(a)金属金属金属离子电极金属离子电极如:Zn2+/Zn电对所组成的电极电极反应:Zn2+2e Zn电极符号:Zn(s)|Zn2+固体固、液两相之间
13、的界面(b)气体气体离子电极离子电极如:H+/H2电对所组成的电极电极反应:2H+2e H2电极符号:Pt|H2(g)|H+气体两相界面固体导电体如:Cl2/Cl电对所组成的电极电极反应:Cl2+2e 2Cl电极符号:Pt|Cl2(g)|Cl固体导体固体导体:Pt,石墨(c)金属金属金属难溶盐或氧化物金属难溶盐或氧化物阴离子电极阴离子电极氯化银电极氯化银电极:电极反应:AgCl+e Ag+Cl电极符号:AgAgCl(s)|Cl甘汞电极甘汞电极:电极反应:电极符号:金属汞的表面覆盖Hg2Cl2,然后注入KCl溶液涂有AgCl的银丝插入HCl溶液HgHg2Cl2(s)|ClHg2Cl2+e Hg(
14、l)+Cl12(d)“氧化还原氧化还原”电极电极组成组成:电极反应:Fe3+e Fe2+电极符号:Pt|Fe3+,Fe2+惰性导电材料(Pt或石墨)插入含有同一元素不同氧化数的两种离子的溶液Fe2+/Fe3+电极溶解溶解 沉积沉积沉积沉积 溶解溶解三、电极电势三、电极电势1.1.电极电势的产生电极电势的产生M(s)Mn+(aq)+ne溶解溶解沉淀沉淀金属的电极电势金属的电极电势:产生在金属和它的盐溶液之间的电势。:产生在金属和它的盐溶液之间的电势。双电层双电层 两个电极的电势差(电池电动势)是两个电极的电势差(电池电动势)是电池反应的推动力。电池反应的推动力。E 池池=E(+)E(-)2.标准
15、标准H电极和标准电极电势电极和标准电极电势 标准电极电势标准电极电势 是指标准电极的电势。凡是符是指标准电极的电势。凡是符合标准条件的电极都是标准电极。合标准条件的电极都是标准电极。标准态标准态 所有的气体分压均为标准压强所有的气体分压均为标准压强 P(101325P)。)。溶液中所有物质的活度均为溶液中所有物质的活度均为1molL-1。所有纯液体和固体均为所有纯液体和固体均为P条件下最稳定的单质。条件下最稳定的单质。/HH 电对:2表示为:H+H2(g)Pt标准氢电极标准氢电极(SHE)V000.0/HH2=E电极反应:gH 2eaq)(H22标准氢电极装置图标准氢电极装置图 标准电极电势的
16、测定标准电极电势的测定Zn+2H+Zn2+H22e原电池的标准电动势 E池E池 =E正极 E负极H+/H2EZn2+/ZnE=0.7628V=0Zn2+/ZnE=0.7628VZn+/ZnE标准Cu2+/Cu电极与标准氢电极铜电极为正极氢电极为负极298K E=0.34VE =E正极 E负极Cu2+/CuEH+/H2E=Cu2+/CuE00.34=Cu2+/CuE=0.34V原电池标准Cu2+/Cu电极与标准Zn2+/Cu电极铜电极为正极锌电极为负极298K E=0.34VE =E正极 E负极Cu2+/CuEZn2+/ZnE=原电池=0.34 (0.76)=1.1V 采用还原电势;3.标准电极
17、电势表标准电极电势表 E 小的电对对应的还原型物质还原性强;E 大的电对对应的氧化型物质氧化性强。E 无加和性(强度性质)一些电对的 E 与介质的酸碱性有关酸性介质:;碱性介质:EAEB V36.1 (aq)Cl e(g)Cl21 2=E V36.1 (aq)2Cl 2e)g(Cl2=E 标准电极电势标准电极电势(298K,在酸性溶液中在酸性溶液中)标准电极电势标准电极电势(298K,在碱性溶液中在碱性溶液中)第十一章第十一章 氧化还原反应氧化还原反应11.1 基本概念11.2 电极电势和电池电动势11.3 11.3 氧化还原平衡氧化还原平衡11.4 影响电极电势的因素11.5 元素电势图及其
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