氧化还原反应与氧化还原滴定法解读课件.ppt
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- 氧化 还原 反应 滴定法 解读 课件
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1、第第9 9章章 氧化还原反应与氧化还原滴定法氧化还原反应与氧化还原滴定法学习要求学习要求:1.掌握氧化还原反应概念、氧化还原反应方程式的配平及氧化值的计算。2.了解原电池的结构,电极类型,能正确地书写电池组成式,熟悉正、负极反应的特点。3.了解电极电位产生的原因和标准电极电位的概念,掌握电极电位和电池电动势的Nernst方程。4.了解KMnO4滴定法及碘量法的原理,熟悉氧化还原滴定法的计算 一、基本概念1、氧化数:某元素一个原子的荷电荷,这种荷电荷是把成键电子指定给电负性较大的原子而求得。规则:(1)单质中为0;(2)氢一般为+1,但在NaH、KH为1;(3)氧一般为2,但H2O2为1,KO2
2、为,OF2为+2;(4)简单离子的氧化数等于离子的电荷;共价化合物中“形式电荷”;(5)混合物中为平均氧化数Fe3O4,Fe为为 。839.1 9.1 氧化还原反应氧化还原反应氧化数与化合价有区别:氧化数可以不是整数而化合氧化数与化合价有区别:氧化数可以不是整数而化合价必须是整数。价必须是整数。2、氧化与还原20世纪:由氧化数变化确定(本质是电子发生转移或偏移)氧化还原反应分类:自身氧化还原反应:2KClO3=2KCl+3O2(同一物质不同元素)。歧化反应:水溶液 2Cu+=Cu+Cu2+(同一物质同一元素)。反歧化反应:2Fe3+Fe=3Fe2+3、氧化还原电对 氧化剂/它的还原产物 还原剂
3、/它的氧化产物 例如:反应2Fe3+2I-=Fe2+I存在Fe3+/Fe2+I2/I两个电对书写时:氧化型物质(即氧化数较高)在左,还原型物质在右,中间用“/”隔开半反应:每个电对中,氧化型物质与还原型物质之间的共轭关系:氧化型+ne=还原型,每个半反应对应一个电对。例如:Fe3+/Fe2+Fe3+e Fe2+MnO4/Mn2+MnO4+5e+8H+Mn2+4H2O 二、氧还方程式的配平 离子电子法离子电子法:先配平半反应(先将半反应两边的原子数配平,再用电子将电荷数配平)再合并为总反应。(1)用离子形式写出基本反应式;(2)分为2个半反应;(3)先配平半反应再乘以适当的系数合为总反应。例:配
4、平S2O82+Cr3 Cr2O72+SO42 解答:1、氧化反应:Cr3 Cr2O72 还原反应:S2O82 SO42 2、原子数,电子数配平 2Cr3+7H2O=Cr2O72+14H+6e S2O82+2e=2SO42 3、合并为总反应:2Cr3+3S2O82+7H2O=Cr2O72+6SO4214H 一、原电池一、原电池 1、介绍:原电池是利用自身氧还反应产生电流的装置,它使化学能转为电能,同时证明氧还反应中有电子转移。如:Cu-Zn原电池(1)将Zn片放入CuSO4溶液中,会自发地发生反应:Zn+Cu2=Cu+Zn2 物质之间通过热运动发生有效碰撞实现电子的转移。由于质点的热运动是不定向
5、不定向的,电子的转移不会形成电流,化学能以热的形式与环境发生交换。(2)但是若使氧化剂与还原剂不直接接触,让它们之间的电子转移通过导线传递,电子做定向定向移动而形成。9.2 9.2 原电池与电极电位原电池与电极电位电流,如CuZn原电池:Zn片插入含ZnSO4溶液的烧杯中;Cu片插入含CuSO4溶液的烧杯中;用盐桥将两烧杯溶液沟通,同时将Cu片、Zn片用导线与检流计相连形成外电路,会发现有电流通过。(装置如下)铜铜-锌原电池锌原电池盐桥:在盐桥:在U U型管中装满用饱和型管中装满用饱和KClKCl溶液和琼胶作成的冻溶液和琼胶作成的冻胶。盐桥的作用:使胶。盐桥的作用:使ClCl-向锌盐方向移动,
6、向锌盐方向移动,K K+向铜盐方向铜盐方向移动,使向移动,使ZnZn盐和盐和CuCu盐溶液一直保持电中性,从而使盐溶液一直保持电中性,从而使电子不断从电子不断从ZnZn极流向极流向CuCu极。极。电极反应:(Zn片)Zn=Zn2+2e (Cu片)Cu2+2e=Cu 电池反应:Zn+Cu2=Cu+Zn2 反应的结果与将Zn片直接插入CuSO4溶液反应结果一致,所不同的是这时通过化学电池将化学能转化为电能。原电池由两个半电池组成,每个半电池亦称电极。电极电极的正、负可由电子的流向确定。输出电子的电极为负极,发生氧化反应;输入电子的电极为正极,发生还原反应。负极(失电子):(Zn片)Zn=Zn2+2
7、e 正极(得电子):(Cu片)Cu2+2e=Cu将两个电极反应合并即得原电池的总反应,又称电池反应。原电池中,正、负极发生的反应与前面的半反应一样,由于每个半反应都对一个电对,同样可以用电对来代表电极。负极一个电对:Zn2/Zn 正极一个电对:Cu2/Cu 原电池表示:()Zn(s)ZnSO4(C1)CuSO4(C2)Cu(s)()2、书写规定:(1)负极左,正极右;(2)“”表物质之间相界面;(3)“”表盐桥,左右为负、正极;(4)溶液注明浓度,气体注明分压;(5)有些有惰性电极,亦要注明。eg:Fe3/Fe2,O2/H2O 等。Cr2 2O7 72-+13H2 2+8H+=2Cr3+7H2
8、OPt|H2 2(100KPa)|H+(1.0mol L)Cr2 2O7 72(1.0mol L-),Cr3+(1.0mol L-),H+(1.010-2mol L)|Pt(+)+2 H2H+2e-2-+3+272Cr O+14H +6e-2Cr+7H O3、常见电极分类 (1)金属金属离子电极Cu(s)Cu2(c)金属及其离子的溶液组成。(2)气体离子电极 pt,H2(P)H(c)气体与其饱和的离子溶液及惰性电极组成。(3)均相氧化还原电极 ptFe3(c),Fe2(c)同一元素不同氧化数对应的物质及惰性电极组成。(4)金属金属难溶盐阴离子电极,即固体电极:将金属表面涂以该金属难溶盐后,将其
9、浸入与难溶盐有相同阴离子的溶液中构成。如氯化银电极 Ag(s),AgCl(s)Cl(c)电极反应:AgCl+e=Ag+Cl 二、电极电位(二、电极电位()1、产生:以MMn为例:金属晶体内有金属原子,金属阳离子和共用电子。M放入Mn中:一方面,属离子和极性大的H2O分子相互吸引,从而使金属具有一种以水合离子的形式进入金属表面附近的溶液中的倾向。金属越活泼,溶液越稀,这种倾向就越大金属越活泼,溶液越稀,这种倾向就越大+M Mn(aq)+ne-2、标准电极电位 无法得到 以标准氢电极作为标准,规定=0.000V 组成原电池,测标准电池电动势E 相对。意义:电极反应中各种物质均处于标准状态(c为1m
10、olL1;P为100KPa;液体或固体都是纯净的物质。)NO33e4H=NO2(g)2H2O(l)NO3/NO2 E=E=()()()()标准电池电动势:E E =()()()()【应用应用 注意事项注意事项】(1)由于介质酸碱性影响 值,表分酸表与碱表。表示酸性介质(H=1molL1)中的标准电极电位;表示碱性介质(OH=1molL1)中的标准电极电位。(2)大小反映物质得失电子的能力,强度性质,与电极反应写法无关。eg:Ag+e=Ag;2Ag+2e=2Ag;Ag=Ag+e 均为(3)不适用于非水溶液体系。三、能斯特公式三、能斯特公式应用:用来计算非标准态下的电极电位。反映:电极电位与反应温
11、度,反应物的浓度或分压的定量关系。电极反应:aOx+ne=a Red能斯特公式:一般是常温298K时:1/96485ReaaRTOxInFC molnFd/0.0 5 9 1 6lg R eaaO xnd+A g/=0.7 7 9 VA g【使用公式注意事项】(1)气体,应以相对分压代入浓度项 P/P (2)纯固体、纯液体,不列出即作1;(3)公式中Ox、Red(广义的氧化型、还原型物质)包括参加了反应但氧化数未变化的物质,即所有参加电极反应的物质。eg:298K NO3(aq)4H(aq)3e=NO(g)2H2O(l)3343/0.05916lg/NONONONOc NOcHnp NOP四、
12、浓度对的影响四、浓度对的影响1、沉淀溶解的影响 例Ag/Ag 加入Cl,求平衡且c(Cl)=1.0molL1时;=?解:Ag+e=Ag 又 Ag+Cl=AgCl KSP(AgCl)=1.771010 KSP=c(Ag)c(Cl)c(Ag)=1.81010molL1 =+0.05916/1lg 1.81010 =0.203V可见,沉淀使c(Ag),Ag氧化能力Ag还原能力。Ag/AgAg/Ag+Ag/=0.779VAg/0.05916lg1AgAgAgAgc Ag2、配位平衡的影响 例1Cu2/Cu 中加入NH3H2O,使平衡时c(NH3)=c(Cu(NH3)42)=1.0molL1,求 =?解
13、:Cu2+2e=Cu =0.34V =(0.05916/2)lgCu2加入NH3后有:Cu2+4NH3 Cu(NH3)42 已知:KfCu(NH3)42=2.091013 当c(Cu(NH3)42)=c(NH3)=1.0molL1时,c(Cu2)=1/KfCu(NH3)42 当=+(0.05916/2)lg1/2.091013=-0.05V 可见氧化型物质Kf,。例2.Fe3/Fe2加入CN使c(CN)=c(Fe(CN)63)=c(Fe(CN)64)=1.0molL1。Cu2/CuCu2/Cu 求此时 =?解:Fe3+e=Fe2 加入CN后:Fe3+6CN=Fe(CN)63 Kf(1)Fe2+
14、6CN=Fe(CN)64 Kf(2)当c(CN)=c(Fe(CN)63)=c(Fe(CN)64)=1.0molL1时 c(Fe3)=1/Kf(1);c(Fe2)=1/Kf(2)=+0.05916lgKf(2)/Kf(1)=0.36VFe3/Fe232323/20.05916lg2FeFeFeFec Fec Fe3、酸碱的影响 例计算电极NO3+4H+3e=NO+2H2O在下列条件下的(298K)。(1)pH=1.0其它物质处于标准态。(2)pH=7.0其它物质处于标准态。解:(1)pH=1.0 c(H)=0.1molL1 =0.88V (2)pH=7.0 c(H)=1.0107molL1 =0
15、.41V说明NO3随酸度,其氧化能力,即HNO3 氧化能力3343/0.05916lg/NONONONOc NOcHnp NOP334/0.05916lgNONONONOcHn五、的应用1、比较氧化剂,还原剂的相对强弱 eg:=0.77V =0.54V 氧化能力Fe3I2,还原能力IFe2 2、判断反应进行的方向 TP下由G降低的方向判断反应进行的方向 rGm=/max=EQ(T.P下电功)=nFE 判断水溶液中氧还方向,则rGm0,E0,正向自发rGm0,E0,逆向自发rGm0,E0,平衡状态 例:(1)判断标态下,298K时,反应MnO22Cl4H=Mn2Cl22H2O能否自发进行?(2)
16、若改用c(HCl)=12.0molL1与MnO2作用,反应能否自发进行?解:正极MnO24H2eMn22H2O =1.22V 负极:2ClCl22e =1.36V (1)标态时:故 反应不能自发进行(2)改用浓HCl后:故 反应能自发进行。222/2224/22/20.05916lg21.35/0.05916lg21.30M nOM nM nOM nC lC lC lC lcHcM nVpC lpcC lV222/MnOMnClCl22/MnOMnClCl3、计算反应平衡常数K,即判断反应进行的程度 T=298K时:对一般化学反应K106 反应正向进行完全,则:n=1 E=0.36V n=2
17、E=0.18V n=3 E=0.12V用E是否大于0.2V0.4V来判断反应方向与程度rmrmGRTInKnFKERTGnE FIn 0.05916nKEIn4、反应先后次序的判断或选择适当的氧化剂(还原剂)氧化剂越高先被还原;还原剂越低先被氧化 例如:则I先被氧化成I2,Br后被氧化。现有Br、I两种离子的混合液,欲使I氧化为I2,而Br不被氧化,则用下列哪种氧化剂能符合要求?溴水和氯水222Cl/Br/=1.36V =1.07V =0.54V ClBrII5、测pH及某些常数eg:Ksp一般很小不宜直接测定,那么怎样求AgBr的Ksp?可设计电池298K时()Ag,AgBr(s)Br(1.
18、0molL1)Ag(1.0 molL1)Ag()E=0.728V已知:=0.80V,计算AgBr的Ksp 解:方法(1)()Ag e Ag ()AgBr(s)e Ag Br(总)Ag Br AgBr(s)K 1/Ksp 总lgKnE/0.05916=10.728/0.05916 K=2.11012 Ksp 4.81013 Ag/Ag 方法(2)E=Ag/Ag AgBr/Ag =E=0.072V 又 E=(0.05916/n)lgK=0.059lgKsp(AgBr)=lgKsp(AgBr)Ksp(AgBr)=4.81013 AgBr/AgAg/Ag AgBr/AgAg/Ag 六、元素电位图及其应
19、用 按元素氧化数降低的顺序从左到右,中间“”连接,线上是电对的标准电极电位。eg:MnO4 MnO42 MnO2 Mn3 Mn2 应用:1、判断歧化反应能否发生 Cu2 Cu Cu若能发生则()Cu e Cu()=0.521 ()Cu e Cu2()=0.153VE=()()=0.3680正向自发,能发生歧化。一般一般右右 左左正向自发,能发生歧化。正向自发,能发生歧化。0.562.260.951.541.511.681.230.1530.5210.337 n1 n2 n3 =0.90V一般:(i个相邻的电对对应的标准电极电位值)Hg2/Hg Hg22/Hg Hg2/Hg22 Hg2/Hg22
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