第七章-氧化还原与电极电势

第七章氧化还原与电极电势第一节氧化还原反应的基本概念第二节原电池第三节电极电势第四节电极电势的应用第五节元素标准电极电势图和电势-PH图第七章氧化还原与电极电势7.1氧化还原反应的基本概念一、氧化还原反应氧化还原得氧失氧失氢得氢本质电子的得失凡是反应前后有电子得失的反应失去电子的过程称为氧化（oxidation)得到电子的过程称为还原（reduction)ZnCu2++Zn→Cu+Zn2++2e-H2+Cl2→2HCl失去电子发生氧化反应还原剂被氧化氧化产物Cu2+得到电子发生还原反应氧化剂被还原还原产物-2e-电子偏移氧化值的变化产物Zn2+产物Cu二、氧化值等于该元素一个原子所带的形式电荷数，例如：HCl中H的氧化值为+1；Cl的氧化值为-1。氧化值是某元素一个原子的荷电数离子型化合物共价型化合物等于该元素一个离子所带的真实电荷数，例如：NaCl中Na的氧化值为+1；Cl的氧化值为-1。二、氧化值二、氧化值例题:求NH4+中N的氧化值.H的氧化值为+1，设N的氧化值为xx+(+1)×4=+1解得:x=-3例题:求Fe3O4中Fe的氧化值.O的氧化值为-2，设Fe的氧化值为x，3x+(-2)×4=0解得:x=8/3解:解:氧化值是某元素一个原子所带的电荷数（真实或形式）氧化值发生变化是由于发生电子的转移或偏移得到电子氧化值降低或言电子偏离或言电子偏向氧化值升高是因为失去电子是因为氧化值升高的过程称为氧化氧化值降低的过程称为还原氧化值降低的物质为氧化剂氧化值升高的物质为还原剂凡反应前后元素氧化值发生变化的反应为氧化还原反应。凡反应前后元素氧化值没有发生变化的反应为非氧化还原反应。H2氧化值升高氧化值升高发生氧化反应Cl2氧化值降低发生还原反应氧化值降低0+10-1H2+Cl2→2HCl氧化剂还原剂Cu2++Zn→Cu+Zn2+0+2+20氧化值升高氧化值降低Zn氧化值升高氧化半反应Zn-2e-→Zn2+Cu2+氧化值降低还原半反应Cu2++2e-→Cu三、氧化还原电对任何一氧化还原反应都是由两个半反应组成的，一个是氧化剂被还原的半反应，另一个是还原剂被氧化的半反应。氧化值高的物质称为氧化型物质，用Ox表示；氧化值低的物质称为还原型物质，用Red表示。半反应中两边的物质构成一对氧化还原电对Ox/RedOx+ne=RedRed-ne=Ox共轭关系共轭酸碱对H++B-HBZn-2e-→Zn2+Cu2++2e-→CuneaOx1+bRed2→cRed1+dOx2包含氧化剂的电对称为氧化剂电对；包含还原剂的电对称为还原剂电对。一个氧化还原反应就是两对氧化还原电对物质之间的电子转移反应Cu2++Zn→Cu+Zn2+Ox电对Red电对一、原电池的组成是一个自发反应第二节原电池2eCu2++ZnCu+Zn2+1、Zn片溶解2、Cu片上有新的单质Cu沉积3、导线中有电流产生，电子从Zn流向Cu。锌片发生氧化反应.Zn-2e-→Zn2+铜片发生还原反应.Cu2++2e-→Cu总的电池反应：2eCu2++ZnCu+Zn2+盐桥的作用是构成原电池的通路和维持溶液的电中性。+-原电池：利用氧化还原反应将化学能转变为电能的装置.理论上讲,任何一个氧化还原反应，只要是自发进行的，都可以计计成原电池.原电池由两个半电池组成。半电池又称电极，每一个电极都是由电极导体和构成一对氧化还原电对的溶液组成。分别在两个半电池中发生的氧化反应或还原反应，称为半电池反应或电极反应。原电池的两极所发生的总的氧化还原反应称为电池反应。在原电池中，流出电子的电极称为负极，负极发生氧化反应；流入电子的电极称为正极，正极发生还原反应。发生氧化反应.Zn-2e-→Zn2+负极发生还原反应.Cu2++2e-→Cu正极二、原电池的表示方法(2)原电池的负极写在左侧,正极写在右侧，并用“＋”、“－”标明正、负极,把正极与负极用盐桥连接，盐桥用“||”表示,盐桥两侧是两个电极的电解质溶液。若溶液中存在几种离子时,离子间用逗号隔开。(1)在半电池中用“|”表示电极导体与电解质溶液之间的界面。为简便起见，原电池装置常用原电池符号表示。书写原电池符号的规则如下：(3)溶液要注明浓度，气体要注明分压力(4)如果电极中没有电极导体，必须外加一惰性电极导体，惰性电极导体通常是不活泼的金属（如铂）或石墨。||Cu2+(C2)|CuZn2+(C1)Zn|如Cu-Zn原电池(+)(-)氧化反应:Fe2+(C1)-e-→Fe3+(C2)|||Cl2(P),Cl-(C3)Pt(+)Fe2+(C1)Fe3+(C2),(-)Pt|解:将反应:2Fe2+(C1)+Cl2(100kPa)→2Fe3+(C2)+2Cl-(C3)设计成原电池,并写出电池符号.正极负极2Fe2+(C1)+Cl2(100kPa)→2Fe3+(C2)+2Cl-(C3)+2+30-1还原反应:Cl2(100kPa)+2e-→2Cl-(C3)三、电极的类型如：银电极⑴金属、金属离子电极⑵气体、离子电极电极反应：Ag++e-→Ag]Alg[0592.07996.0g如：氢电极电极反应：2H++2e-→H2pHH0592.0]lg[0592.0Ag+|AgH+|H2,PtH2(100KPa)饱和甘汞电极（SCE)甘汞电极是由汞、难溶的甘汞以及氯化钾溶液组成。⑶金属-难溶盐及其阴离子组成的电极Pt,Hg2Cl2(s),Hg(l)|Cl-]lg[0592.02678.0Cl电极反应：Hg2Cl2+2e-→2Hg+2Cl-饱和甘汞电极（SCE)是最常用的参比电极。如：铁离子电极Pt|Fe3+,Fe2+（4）氧化还原电极电极反应：Fe3++e-→Fe2+][][lg0592.0771.023FeFe化学电源简介电池，做为化学电源极其广泛地用于科学研究、生产与生活各领域，这是电化学理论在实际中应用的结果。1封盖2锌皮负极3NH4Cl、ZnCl2淀粉糊4MnO25炭棒正极锌锰电池示意图化学电源简介正极反应2NH4＋＋2e＝2NH3＋H2生成的氢气要除掉H2＋2MnO2＝Mn2O3＋H2O或者将整个正极反应写成2NH4＋＋2MnO2＋2e＝2NH3＋Mn2O3＋H2O负极反应Zn＝Zn2＋＋2e1．DongSun*,ZhangHuajie.Electrochemicaldeterminationof2-chlorophenolusinganacetyleneblackfilmmodifiedglassycarbonelectrode.WaterResearch,40(2006)3069-3074.（SCI收录，影响因子3.019）2．DongSun*,XiafengXie,YuepiaoCai,HuajieZhang,KangbingWu.VoltammetricdeterminationofCd2+basedonthebifunctionalityofsingle-walledcarbonnanotubes–Nafionfilm.AnalyticaChimicaActa,581(2007)27-31.（SCI收录，影响因子2.76）3．DongSun,HuajieZhang*.Voltammetricdeterminationof6-benzylaminopurine(6-BAP)usinganacetyleneblack-dihexadecylhydrogenphosphatecompositefilmcoatedglassycarbonelectrode.AnalyticaChimicaActa,557(2006)64-69.（SCI收录，影响因子2.76）4．DongSun*,HuajieZhang.Electrochemicaldeterminationofacetaminophenusingaglassycarbonelectrodecoatedwithsingle-wallcarbonnanotube-dicetylphosphatefilm.MicrochimicaActa,158(2007)131-136.（SCI收录，影响因子1.159）5．DongSun,HongWang,KangbingWu*.Electrochemicaldeterminationof10-hydroxycamptothecinusingamulti-wallcarbonnanotube-modifiedelectrode.MicrochimicaActa,152(2006)255-260.（SCI收录，影响因子1.159）6.DongSun,ChidanWan,GangLi，KangbingWu*.ElectrochemicaldeterminationofPb2+usingMMT-Ca(montmorillonitealcium)modifiedcarbonpasteelectrode.MicrochimicaActa158(2007),255–260.（SCI收录，影响因子1.159）7.DongSun*,ZhongminSun.ElectrochemicaldeterminationofPb2+usingacarbonnanotube/Nafioncompositefilm-modifiedelectrode.JApplElectrochemInpress（SCI收录，影响因子1.282）四、电极电势的产生Zn片两个电极的电势差是如何形成的呢？在Cu-Zn原电池中电子Cu片电势低电势高M(s)溶解Mn+(aq)沉积溶解的倾向金属的本性与温度有关沉积的倾向金属的本性金属离子的浓度与温度有关-ne双电层溶解沉积带负电荷双电层间的电势差，称为电极电势，（用“”表示，单位“V”）沉积溶解带正电荷的大小是由溶解与沉积两种倾向的相对大小所决定的。为负为正金属越活泼越小可以用值来衡量金属单质的还原能力、金属离子氧化能力。金属越易失去电子金属越不活泼越大金属离子越易得到电子金属Red金属离子Ox还原型物质还原能力越强，愈小。氧化型物质氧化能力越强，愈大。金属易失去电子Red还原能力强金属离子易得到电子Ox氧化能力强小大可以用值来衡量还原型物质还原能力、氧化型物质氧化能力。在Cu-Zn原电池中（Zn2+/Zn)小Zn2++2e-→Zn（Cu2+/Cu)大Cu2++2e-→Cu两个电极的电极电势之差称为该原电池的电动势，符号为“E”：Ｅ=(+)-(-)活泼不活泼Zn片电子Cu片电势低电势高五、标准电极电势电极的本性离子的浓度温度一定的大小取决于离子的浓度定为1mol·L-1气体的压强为100KPa的绝对值无法测定只能测定其相对值标准氢电极（standardhydrogenelectrode)SHE温度定为298KRed还原能力、Ox氧化能力标准电极其电极电势为标准电极电势(Ox/Red)(Ox/Red)Ox/Red物质的性质1、标准氢电极（standardhydrogenelectrode)SHEH＝0.0000V2H++2e-H2Pt,H2(100kPa)|H+(1mol·L-1)2、标准电极电势[(Ox/Red)]:SHE||待测电极用实验方法测得这个原电池的电动势数值例如Zn2+/Zn标准电极电势的测定:(-)Zn|Zn2+(1mol·L-1)||H+(1mol·L-1)|H2(100kPa),Pt(+)就是该电极的标准电极电势。298K时测得标准电动势E=0.763V.据E=(+)-(-)=(H+/H2)-(Zn2+/Zn)∵(H+/H2)=0.000V∴(Zn2+/Zn)=-0.763V把各种电极的标准电极电势按照由低到高、由上到下的顺序排列，就得到标准电极电势表。Cl22+3Zn++2e-Zn-0.7628-0.44020.00000.3370.5350.7701.0851.3583Fe2+2e-+Fe+2e-2+H2+2e-+H2N