A128-基础化学-第八章-氧化还原与电极电位-基础化学-孙静

基础化学氧化还原反应与电极电位第八章Oxidation—Reduction&ElectrodePotential孙静化学教研室氧化还原反应与电极电位化学反应■氧化还原反应■非氧化还原反应电子转移电化学(chemicalreaction)（电极电位）研究电能和化学能相互转化及转化过程中有关规律的学科氧化还原反应与电极电位氧化还原与电极电位氧化还原反应原电池电极电位Nernst方程式和Ｅ的应用溶液pH值测定基础化学氧化还原反应第一节Oxidation-reductionReaction氧化还原反应与电极电位氧化还原反应一、氧化值（oxidationnumber）氧化值是某元素一个原子的荷电数，这种荷电数是由假设把每个键中的电子指定给电负性较大的原子而求得。■定义■求算原则NHHHH+1,N-3例如：NH3氧化还原反应与电极电位求算元素氧化值的几条规则①在单质分子中，元素的氧化值为零。②在电中性化合物中，所有元素的氧化值之和为零。③单原子离子，元素的氧化值等于离子的电荷数；多原子离子，所有元素的氧化值之和等于离子的电荷数。④氧化值O一般为-2；卤素原子一般为-1；H一般为+1。P132氧化还原反应与电极电位[例8-1]：试计算Cr2O72-中Cr的氧化值和Fe3O4中Fe的氧化值[解]：设Cr的氧化值为x，已知O的氧化值为-2，则：2x+7×(-2)=-2x=+6设Fe的氧化值为x，已知O的氧化值为-2，则:3x+4×(-2)=0*由以上例子可见,元素的氧化值可以是整数、零,也可以是分数。x=+38氧化还原反应与电极电位例：求H2S4O6连四硫酸中S的氧化值1+2221462012S2xx即氧化还原反应与电极电位二、氧化还原反应和氧化还原电对CH4(g)+2O2(g)＝CO2(g)+2H2O(g)Zn+2HCl＝ZnCl2+H2■定义元素的氧化值发生了变化的化学反应■有关概念氧化剂、还原剂、氧化反应、还原反应、半反应、氧化还原电对氧化还原反应与电极电位氧的氧化值：0——-2；氧化值降低，发生了还原反应。碳的氧化值：-4——+4；氧化值升高，发生了氧化反应。锌失去电子，氧化值升高，被氧化，称为还原剂,又称电子的供体。HCl中的H+得到电子，氧化值降低，被还原,HCl称为氧化剂，又称电子的受体。CH4(g)+2O2(g)＝CO2(g)+2H2O(g)又如：Zn+2HCl＝ZnCl2+H2氧化还原反应与电极电位Zn+Cu2+＝Cu+Zn2+Zn-2e-→Zn2+Cu2++2e-→Cu氧化反应还原反应还原剂氧化剂被氧化被还原氧化半反应还原半反应氧化还原反应与电极电位Ox+ne-Red半反应Zn+Cu2+＝Cu+Zn2+Zn-2e-→Zn2+Cu2++2e-→Cu氧化半反应还原半反应还原剂氧化剂Ox：氧化态Red：还原态同种元素的不同氧化值状态，相对而言，氧化值高的称为氧化态，氧化值低的称为还原态。氧化还原反应与电极电位Ox+ne-Red半反应氧化还原电对Ox/Red（Zn2+/Zn;Cu2+/Cu)Zn+Cu2+＝Cu+Zn2+Zn-2e-→Zn2+Cu2++2e-→Cu氧化半反应还原半反应还原剂氧化剂氧化还原反应与电极电位还原半反应：Fe3++e-→Fe2+氧化半反应：Sn2+→Sn4++2e-氧化还原电对为：Fe3+/Fe2+；Sn4+/Sn2+如：2Fe3+＋Sn2+2Fe2+＋Sn4+可见：氧化还原反应中，电子有得必有失，且得失电子数目相等；氧化半反应和还原半反应同时并存，不能单独存在。氧化还原反应与电极电位式中：n=5，氧化型为MnO4-和H+，还原型为Mn2+和H2O氧化型(Ox)：应包括氧化剂及其相关介质（酸、碱等）还原型(Red)：应包括还原剂及其相关介质（酸、碱等）如半反应MnO4-＋8H+＋5e-Mn2+＋4H2O当溶液中的介质参与半反应时，氧化还原反应与电极电位氧化还原反应氧化半反应还原半反应还原半反应氧化半反应氧化还原反应小结：一个氧化还原反应由两个氧化还原电对构成，Ox/Red。高价态氧化数升高失电子，被氧化低价态氧化态还原态低价态氧化数降低得电子，被还原高价态还原态氧化态氧化还原反应与电极电位三、氧化还原反应方程式的配平■②离子-电子法(半反应法)原则：两半反应得失电子数相等■①氧化值法原则：氧化剂和还原剂的氧化值变化相等氧化还原反应与电极电位离子-电子法配平氧化还原反应2.配平原则：氧化剂与还原剂得失e总数相等3.配平步骤：[例]配平KMnO4+K2SO3→MnSO4+K2SO4(酸性介质中).(1)写出未配平的离子方程式：MnO4-+SO32-→Mn2++SO42-1.适应范围：水溶液中进行的氧化还原反应氧化还原反应与电极电位MnO4-Mn2+还原半反应SO32-SO42-氧化半反应(3)配平两个半反应式先配平原子数，使两边物料平衡后配平电荷数，使两边电荷平衡MnO4-+SO32-Mn2++SO42-(2)根据氧化还原电对，将离子方程式拆分为氧化和还原两个半反应式：氧化还原反应与电极电位MnO4-+8H+Mn2++4H2OSO32-+H2OSO42-+2H++2e+2H+H2O①②①MnO4-Mn2+②SO32-SO42-MnO4-+8H++5eMn2++4H2OSO32-+H2OSO42-+2H+氧化还原反应与电极电位MnO4-+8H++5eMn2++4H2OSO32-+H2OSO42-+2H++2e2×5×(4)配平离子方程式检查方程式两边物料平衡电荷平衡左-6右-6根据得失电子总数相等的原则，调整半反应系数,合并两个半反应式。2MnO4-+5SO32-+6H+2Mn2++5SO42-+3H2O氧化还原反应与电极电位(5)将配平的离子方程式写为分子方程式。2KMnO4+5K2SO3+3H2SO42MnSO4+6K2SO4+3H2O2MnO4-+5SO32-＋6H+2Mn2++5SO42-＋3H2O介质：仅是溶液中氧化还原反应的参与者其元素氧化值在反应前后不变常见的Ox/Red介质有：酸性，碱性和中性（本例）氧化还原反应与电极电位离子电子法配平关于介质及其产物的处理大致规律：酸性介质中的反应式里不应出现OH-碱性介质中的反应式里不应出现H+。具体方法可见下表:氧化还原反应与电极电位介质反应物多一个O反应物少一个O酸性+2H+H2O+H2O2H++2OH-H2O+H2O2H+碱性+H2O2OH-中性+H2O2OH-提供O结合O关于介质及其产物的处理添加物产物添加物产物基础化学原电池与电极电位第二节PrimaryCell氧化还原反应与电极电位一、原电池的概念原电池氧化还原反应与电极电位ZnCuSO4一、原电池的概念原电池氧化还原反应与电极电位ZnCuSO4ZnCuZn2+一、原电池的组成现象：（1）锌片逐渐溶解变成Zn2+进入溶液，而溶液底部有红色的金属铜析出。（2）溶液温度逐渐升高。氧化还原反应与电极电位ZnCuSO4ZnCuZn2+Zn+Cu2+＝Cu+Zn2+一、原电池的组成为了使反应的化学能转化成电能，须将上述氧化还原反应分为两个半反应：氧化还原反应与电极电位ZnCuSO4ZnCuZn2+Zn+Cu2+＝Cu+Zn2+Zn-2e-→Zn2+Cu2++2e-→Cu一、原电池的组成氧化还原反应与电极电位CuZnZnSO4CuSO4Cl-K+e伏特计盐桥Cu2+Zn2+铜—锌原电池示意图-+eeeCl-K+盐桥的作用：沟通两个半电池,保持电荷平衡氧化还原反应与电极电位■原电池——利用氧化还原反应将化学能转化成电能的装置(primarycell)CuZnZnSO4CuSO4Cl-K+e伏特计盐桥Cu2+Zn2+-+eeeCl-K+氧化还原反应与电极电位■电极反应:负极:Zn→Zn2++2e-正极:Cu2++2e-→Cu■电池反应:Zn+Cu2+＝Cu+Zn2+(Red)(Ox)(半电池反应)CuZnZnSO4CuSO4Cl-K+e伏特计盐桥Cu2+Zn2+-+eeeCl-K+氧化还原反应与电极电位原电池中的盐桥是一支倒置的Ｕ型管，管中填满了用饱和KCl(或NH4NO3)溶液和琼脂调制成的胶冻，这样KCl溶液不致流出，而阴、阳离子可以在其中自由移动。盐桥的作用是构成原电池的通路和维持溶液的电中性。原电池由两部分组成，每一部分均称为电极，又称为半电池。每一个电极都是由电极导体和电解质溶液组成。理论上讲，任一自发的氧化还原反应都可以设计成一个原电池。氧化还原反应与电极电位电池组成：电极、盐桥(或多空隔膜)、电解质溶液及导线。1.半电池中不同相界面用“|”分开；同一相的不同物质之间用“,”分开。电极组成式：表示法的统一规定2.当气体或液体不能直接与普通导线相连时，以惰性电极(如铂或石墨)作电极板。氧化还原反应与电极电位4.溶液中的溶质须在括号内标注浓度,气体物质须在括号内标注压力。当溶液浓度为1mol·L-1或气体分压100kPa时可不标注。3.纯气体、纯液体、纯固体要紧靠电极板。电池组成式：电极写在两边，中间用“||”表示盐桥连接，习惯上，正极写右边，负极写左边。氧化还原反应与电极电位二、电极类型金属—金属离子电极电极组成：Zn│Zn2+(c)电极反应：Zn2++2e-＝Zn金属—难溶盐—阴离子电极电极组成：Ag│AgCl(s)│Cl-(c)电极反应：AgCl+e-＝Ag+Cl-■■氧化还原反应与电极电位二、电极类型氧化还原电极电极组成：Pt│Fe3+(c1),Fe2+(c2)电极反应：Fe3++e-＝Fe2+气体电极电极组成：Pt│Cl2(p)│Cl-(c)电极反应：Cl2+2e-＝2Cl-■■氧化还原反应与电极电位二、电极类型氧化还原电极电极反应：Fe3++e-＝Fe2+气体电极电极反应：Cl2+2e-＝2Cl-■■惰性极板电极组成：Pt│Fe3+(c1),Fe2+(c2)电极组成：Pt│Cl2(p)│Cl-(c)氧化还原反应与电极电位三、原电池组成式氧化还原反应与电极电位CuZnZnSO4CuSO4Cl-K+Cu2+Zn2+-+ee三、原电池组成式(—)Zn│Zn2+(c1)氧化还原反应与电极电位(—)Zn│Zn2+(c1)Cu2+(c2)│Cu(+)三、原电池组成式CuZnZnSO4CuSO4Cl-K+Cu2+Zn2+-+ee盐桥氧化还原反应与电极电位2MnO4-+16H++10Cl-＝2Mn2++8H2O+5Cl2↑(＋)MnO4-+8H++5e-＝Mn2++4H2O(—)2Cl-—2e-＝Cl2[例8-2]将下列反应设计为原电池,写出正、负极反应、电极组成式和电池组成式:电极反应:电极组成式：(＋)Pt│MnO4-(c1),Mn2+(c2),H+(c3)(—)Pt│Cl2(p)│Cl-(c)电池组成表示式：(—)Pt│Cl2(p)│Cl-(c)‖MnO4-(c1),Mn2+(c2),H+(c3)│Pt(＋)(Red)(Ox)解:■■■氧化还原反应与电极电位四、电池电动势定义电池正负极之间的平衡电势差■表示式■E：正极的电极电位：负极的电极电位,,E的单位均为伏特（V）氧化还原反应与电极电位+—-E＝CuZnZnSO4CuSO4Cl-K+Cu2+Zn2+-+ee四、电池电动势氧化还原反应与电极电位小结：2.电极组成及类型1.氧化还原反应及配平3.铜锌原电池及电池组成4.电池电动势