氧化还原 医科大学化学.pptx

1.掌握氧化值的定义，能熟练确定元素的氧化值。掌握氧化值的定义，能熟练确定元素的氧化值。2.掌握氧化还原反应的基本概念。掌握氧化还原反应的基本概念。3.掌掌握握电电极极反反应应的的Nernst方方程程，会会用用Nernst方方程程进进行有关计算。行有关计算。4.掌掌握握用用电电极极电电势势判判断断氧氧化化剂剂与与还还原原剂剂的的相相对对强强弱弱，判断氧化还原反应进行的方向和程度。判断氧化还原反应进行的方向和程度。5.熟熟练练地地写写出出原原电电池池正正、负负极极的的电电极极反反应应式式，电电池池符号。符号。6.了解电极电势产生的原因。了解电极电势产生的原因。教学基本要求：教学基本要求：第1页/共62页氧化还原反应氧化还原反应 oxidation-reduction reaction 氧化值氧化值 oxidation number氧化剂氧化剂 oxidant 还原剂还原剂 reducer 氧化还原电对氧化还原电对 redox couple 原电池原电池 primary cell 标准电极电势标准电极电势 standard electrode potential电动势电动势 electromotive force 标准氢电极标准氢电极 standard hydrogen electrode Nernst方程方程 Nernst equation 外语词汇：第2页/共62页第七章第七章 氧化还原反应和电极电势氧化还原反应和电极电势 第一节第一节 氧化还原反应的基本概念氧化还原反应的基本概念第二节第二节 原电池原电池第三节第三节 电极电势和原电池的电动势电极电势和原电池的电动势第四节第四节 电极电势的应用电极电势的应用第3页/共62页一、氧化值一、氧化值 oxidation number 定义：定义：氧化值氧化值为某元素一个原子的荷电数。为某元素一个原子的荷电数。这种荷电数由假设把每个化学键中的电子指定给电负性较大的原子而求得。这种荷电数由假设把每个化学键中的电子指定给电负性较大的原子而求得。元素的氧化值发生变化的反应称为元素的氧化值发生变化的反应称为氧化还氧化还原反应原反应 oxidation-reduction reaction 。第4页/共62页要进一步确定同种元素每一个原子的氧化值时，必须了解化合物的结构。要进一步确定同种元素每一个原子的氧化值时，必须了解化合物的结构。对化合物中的同一种元素的不同原子对化合物中的同一种元素的不同原子,常常采用平均氧化值采用平均氧化值-OSO-OS-OSSSSO-OOOOS S2 2O O3 32-2-和和 S S4 4O O6 62-2-第5页/共62页确定氧化值的方法如下：确定氧化值的方法如下：(1)(1)在单质中，元素的氧化值为零。在单质中，元素的氧化值为零。如：如：O2，Cl2，Mg(2)(2)O元素的氧化值，在正常氧化物中皆为元素的氧化值，在正常氧化物中皆为-2 在过氧化物中为在过氧化物中为-1（如（如H2O2）；）；在超氧化物中为在超氧化物中为 -1/2（如（如KO2 ）；）；在在OF2中为中为+2。第6页/共62页 (3)(3)H 元素在一般化合物中的氧化值为元素在一般化合物中的氧化值为+1；但在金属氢化物中为但在金属氢化物中为-1(如如NaH)。例题(4)(4)在简单离子中，元素的氧化值等于该元素在简单离子中，元素的氧化值等于该元素离子的电荷数，如：离子的电荷数，如：Mg2+为为+2，Cl-为为-1；在；在复杂离子中，元素的氧化值代数和等于离子的复杂离子中，元素的氧化值代数和等于离子的电荷数如：电荷数如：S+6O4-22-，N-3H4+1+。(5)(5)在中性分子中，所有元素的氧化值代数和在中性分子中，所有元素的氧化值代数和等于零。等于零。第7页/共62页二、氧化剂和还原剂二、氧化剂和还原剂 2 Na0+Cl20 =2 Na+1Cl-1C-4H4+2O20 =C+4O2-2 +2H2ONa 和和 C 反应后氧化值升高，被氧化，发生了反应后氧化值升高，被氧化，发生了氧化反应，称为氧化反应，称为还原剂还原剂（reduction agent）Cl 和和 O 反应后氧化值降低，被还原，发生了反应后氧化值降低，被还原，发生了还原反应，称为还原反应，称为氧化剂氧化剂（oxidizing agent）Reduction Agent and Oxidizing Agent 第9页/共62页每个氧化还原反应可拆分成两个半反应每个氧化还原反应可拆分成两个半反应Zn+Cu2+=Cu+Zn2+还原半反应：Cu2+2e Cu氧化半反应：Zn-2e Zn2+第10页/共62页氧化还原电对：氧化还原电对：氧化值较高的物质称为氧化型物质，氧化值较高的物质称为氧化型物质，用符号用符号 OxOx 表示；表示；氧化值较低的物质称为还原型物质，氧化值较低的物质称为还原型物质，用符号用符号RedRed 表示表示三、氧化还原电对三、氧化还原电对 redox coupleOx Red第11页/共62页Ox Red转化关系转化关系：Oxze-Red 例如例如：Cu2+Cu、Zn2+Zn 它们的关系如同共轭酸碱对。它们的关系如同共轭酸碱对。第12页/共62页第七章第七章 氧化还原反应和电极电势氧化还原反应和电极电势 第一节第一节 氧化还原反应的基本概念氧化还原反应的基本概念第二节第二节 原电池原电池第三节第三节 电极电势和原电池的电动势电极电势和原电池的电动势第四节第四节 电极电势的应用电极电势的应用第13页/共62页第二节第二节 原原 电电 池池（1 1）原电池的组成）原电池的组成（2 2）原电池的表示方法）原电池的表示方法两个两个-半反应（电极）半反应（电极）盐桥盐桥第14页/共62页一、原电池一、原电池 primary cell作用：利用氧化还原反应将化学能转变为电能作用：利用氧化还原反应将化学能转变为电能组成组成 原电池原电池两个两个-半反应（电极）半反应（电极）盐桥盐桥第15页/共62页负极：负极：Zn Zn2+2e-氧化反应氧化反应电极反应：（半电池反应）电极反应：（半电池反应）电池反应：电池反应：Zn +Cu2+=Cu +Zn2+正极：正极：Cu2+2e-Cu 还原反应还原反应盐桥的作用：构成原电池的通路和盐桥的作用：构成原电池的通路和 维持溶液的电中性。维持溶液的电中性。第16页/共62页书写原电池符号的方法如下：书写原电池符号的方法如下：(1)(1)（-）电极组成式）电极组成式 电极电极 组成式组成式 （+）(2)半电池中用半电池中用“”表示电极导体与电解质溶表示电极导体与电解质溶液液 之间的界面。之间的界面。(3)(3)溶液要注明浓度，气体要注明分压力。溶液要注明浓度，气体要注明分压力。(4)(4)如果电极中没有电极导体，必须外加一惰性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电极导体，惰性电极导体通常是不活泼的 金属（如铂）或石墨。金属（如铂）或石墨。二、原电池符号二、原电池符号第17页/共62页（）（）ZnZn2+(1 molL-1)Cu2+(1 molL-1）Cu()例题例题第18页/共62页例例7-2 7-2 将氧化还原反应：将氧化还原反应：设计成原电池，写出该原电池的符号设计成原电池，写出该原电池的符号。解：先将氧化还原反应分为两个半反应解：先将氧化还原反应分为两个半反应 还原反应还原反应：氧化反应氧化反应：第19页/共62页 原电池的正极发生还原反应，负极发生原电池的正极发生还原反应，负极发生氧化反应。因此组成原电池时，氧化反应。因此组成原电池时，电对电对 为正极，电对为正极，电对 为负极。故原电池符号为：为负极。故原电池符号为：=第20页/共62页第七章第七章 氧化还原反应和电极电势氧化还原反应和电极电势 第一节第一节 氧化还原反应的基本概念氧化还原反应的基本概念第二节第二节 原电池原电池第三节第三节 电极电势和原电池的电动势电极电势和原电池的电动势第四节第四节 电极电势的应用电极电势的应用第21页/共62页第三节第三节电极电势和原电池的电动势电极电势和原电池的电动势 一、电极电势的产生一、电极电势的产生二、原电池的电动势二、原电池的电动势 三、标准电极电势三、标准电极电势 五、五、Nernst 方程方程 第22页/共62页 把金属插入含有该金属离子的盐溶液中，当金属的溶解速率与金属离子的把金属插入含有该金属离子的盐溶液中，当金属的溶解速率与金属离子的沉积速率相等时，建立了如下平衡：沉积速率相等时，建立了如下平衡：溶解沉淀第23页/共62页这种产生于金属表面与含有该金属离子的溶液之间的电势差称为这种产生于金属表面与含有该金属离子的溶液之间的电势差称为电对电对 的电极的电极电势电势。金属电极的电极电势电极电势电极电势的符号：的符号：E E（M M z+z+/M/M）第24页/共62页第三节第三节电极电势和原电池的电动势电极电势和原电池的电动势 一、电极电势的产生一、电极电势的产生二、原电池的电动势二、原电池的电动势 三、标准电极电势三、标准电极电势 五、五、Nernst 方程方程 第25页/共62页 在没有电流通过的情况下，正、在没有电流通过的情况下，正、负两极的电极电势之差称之为负两极的电极电势之差称之为原电池原电池的电动势的电动势 electromotive force。第26页/共62页第三节第三节电极电势和原电池的电动势电极电势和原电池的电动势 一、电极电势的产生一、电极电势的产生二、原电池的电动势二、原电池的电动势 三、标准电极电势三、标准电极电势 五、五、Nernst 方程方程 第27页/共62页标准氢电极标准氢电极第28页/共62页 规定规定标准氢电极标准氢电极的电极电势为零：的电极电势为零：第29页/共62页标准电极电势标准电极电势 standard electrode potential某一电极在标准状态下的电极电势某一电极在标准状态下的电极电势符号：符号：E E(Ox/Red)(Ox/Red)标准状态：标准状态：298.15K 298.15K 组成电极的有关离子的浓度是组成电极的有关离子的浓度是1mol1molL L-1,-1,（活度为（活度为1 1）有关气体的分压为有关气体的分压为100kPa100kPa。第30页/共62页标准电极电势标准电极电势（-）标准氢电极标准氢电极 待测标准电极待测标准电极（+）=第31页/共62页 E E（CuCu2+2+/Cu/Cu）-E-E（H H+/H/H2 2）=E =0.3394V=E =0.3394V E E（CuCu2+2+/Cu/Cu）=0.3394V=0.3394V 标准电极电势表标准电极电势表:各种氧化还原电对的标准电极电势各种氧化还原电对的标准电极电势第32页/共62页关于标准电极电势表的几点说明：关于标准电极电势表的几点说明：1.电极反应均用电极反应均用Ox+ne-Red 表示，表示，并不表示该电极一定作正极。并不表示该电极一定作正极。2.标准电极电势是强度性质，与物质标准电极电势是强度性质，与物质的量无关，与方程书写方向无关。的量无关，与方程书写方向无关。3.标准电极电势是在水溶液中测定，标准电极电势是在水溶液中测定，不用于非水系统。不用于非水系统。第33页/共62页 Br2 +2 e-2 Br-1/2 Br2 +e-Br-2 Br-Br2 +2 e-第34页/共62页第35页/共62页第36页/共62页第三节第三节电极电势和原电池的电动势电极电势和原电池的电动势 一、电极电势的产生一、电极电势的产生二、原电池的电动势二、原电池的电动势 三、标准电极电势三、标准电极电势 五、五、Nernst 方程方程 第37页/共62页Nernst 方程：方程：Faraday 常数常数 （96485 C mol-1）某给定电极的电极反应为：某给定电极的电极反应为：O、a OR、a R分别为氧化型物质化学计量数和活度分别为氧化型物质化学计量数和活度分别为还原型物质化学计量数和活度分别为还原型物质化学计量数和活度R:T:F:气体常数气体常数 （8.314 JK-1mol-1)绝对温度绝对温度 （K ）Z：电极反应中转移的电子数电极反应中转移的电子数第38页/共62页注意的问题注意的问题:（1）电极中的氧化态或还原态是固体、纯液 体或稀溶液中的溶剂时，-其浓度项不列入 Nernst 方程式中。（2）电极中的氧化态或还原态是溶液时，-用相对浓度(活度)表示；电极中的氧化态或还原态是气体时，-其分压应除以标准压力p（100kPa）（3）有H+或OH-（其它离子）参加电极反应，-它们的浓度必须写入Nernst 方程式中。第39页/共62页温度为温度为 298.15 K 时时，将将 T,R,F 的量值代的量值代入入 Nernst 方程，可得方程，可得:例题第41页/共62页例例7-5 已知已知 298.15 K 时，时，。计算金属银插在计算金属银插在 AgNO3 溶液中组成溶液中组成 电极的电极电势。电极的电极电势。解解：298.15K时，电极的电极电势为：第42页/共62页例例7-7 已知已知298.15K时，时，把铂丝插入把铂丝插入 溶液中，计算溶液中，计算 电极的电极电势。电极的电极电势。第43页/共62页解解：电极反应为：298.15 K 时，电极的电极电势为：MnO4-(aq)8H+(aq)5eMn2+(aq)4H2O第44页/共62页第七章第七章 氧化还原反应和电极电势氧化还原反应和电极电势 第一节第一节 氧化还原反应的基本概念氧化还原反应的基本概念第二节第二节 原电池原电池第三节第三节 电极电势和原电池的电动势电极电势和原电池的电动势第四节第四节 电极电势的应用电极电势的应用第45页/共62页电极电势的应用电极电势的应用一、一、比较氧化剂和还原剂的相对强弱比较氧化剂和还原剂的相对强弱二、二、计算原电池的电动势计算原电池的电动势三、判断氧化还原反应的方向三、判断氧化还原反应的方向 四、确定氧化还原反应进行的程度四、确定氧化还原反应进行的程度第46页/共62页一、比较氧化剂和还原剂的相对强弱一、比较氧化剂和还原剂的相对强弱 电极的电极的电极电势越小电极电势越小，还原型物质越易失去电子，还原型物质越易失去电子，是较强的还原剂是较强的还原剂；当电对处于非标准状态下，必须计算出各电对当电对处于非标准状态下，必须计算出各电对的电极电势，然后再进行比较。的电极电势，然后再进行比较。电极的电极的电极电势越大电极电势越大，氧化型物质越易得到电子，氧化型物质越易得到电子，是较强的氧化剂是较强的氧化剂；电极电势的符号：电极电势的符号：E E（M M z+z+/M/M）第47页/共62页例例7-8 7-8 在在298.15K298.15K、标准状态下，从下列电对、标准状态下，从下列电对中选择出最强的氧化剂和最强的还原剂，并列中选择出最强的氧化剂和最强的还原剂，并列出各种氧化型物质的氧化能力和还原型物质的出各种氧化型物质的氧化能力和还原型物质的还原能力的强弱顺序。还原能力的强弱顺序。第48页/共62页解解：查得：在标准状态下，上述电对中氧化型物质的氧化能力由强在标准状态下，上述电对中氧化型物质的氧化能力由强到弱的顺序为：到弱的顺序为：还原型物质的还原能力由强到弱的顺序为：还原型物质的还原能力由强到弱的顺序为：第49页/共62页 E E=E E+（较大较大)E E(较小较小)二、计算原电池的电动势二、计算原电池的电动势例题例题第50页/共62页例例7-9 7-9 在在298.15K 298.15K 时，将银丝插入时，将银丝插入 AgNOAgNO3 3 溶液溶液中，铂片插入中，铂片插入FeSOFeSO4 4和和 FeFe2 2(SO(SO4 4)3 3 混合溶液中组成混合溶液中组成原电池。试分别计算出下列两种情况下原电池的原电池。试分别计算出下列两种情况下原电池的电动势，并写出原电池符号、电极反应和电池反电动势，并写出原电池符号、电极反应和电池反应。应。第51页/共62页原电池的电动势为：解：正负第52页/共62页原电池符号为：原电池符号为：=正极反应：正极反应：负极反应：负极反应：电池反应：电池反应：第53页/共62页(2)(2)浓度发生变化后：浓度发生变化后：由于由于 ，故电对故电对 为正极为正极，为负极为负极。第54页/共62页原电池电动势为：原电池电动势为：原电池符号为：原电池符号为：=正极反应：正极反应：负极反应：负极反应：电池反应电池反应：第55页/共62页利用氧化剂和还原剂的相对强弱判断氧化利用氧化剂和还原剂的相对强弱判断氧化还原反应方向更为方便还原反应方向更为方便。强氧化剂强氧化剂1+1+强还原剂强还原剂2 2 弱还原剂弱还原剂1+1+弱氧化剂弱氧化剂2三、判三、判断氧化还原反应的方向断氧化还原反应的方向E E=E E+（较大较大)E E(较小较小)0)0得电子第56页/共62页例例7-11 7-11 判断判断 298.15 K 298.15 K 时时,氧化还原反应氧化还原反应:在下列条件下进行的方向。在下列条件下进行的方向。解：大，正极，得电子反应正向进行第57页/共62页 (2)和和 的电极电势分别为的电极电势分别为：大，正极，得电子第58页/共62页氧化还原反应的标准平衡常数氧化还原反应的标准平衡常数K越大，越大，氧化还原反应进行的程度就越完全。氧化还原反应进行的程度就越完全。当当 T=298.15 K 时时，上式可改写为：上式可改写为：四四、确定氧化还原反应进行的程度确定氧化还原反应进行的程度原电池的标准电动势越大，原电池的标准电动势越大，氧化还原反应的标准平衡常数越大，氧化还原反应的标准平衡常数越大，氧化还原反应进行的程度就越完全。氧化还原反应进行的程度就越完全。第59页/共62页例例7-11 7-11 试估计试估计 298.15 K 298.15 K 时反应进行的程度时反应进行的程度。解：反应的标准电动势为解：反应的标准电动势为：K很大，正向进行很完全第60页/共62页习题1，2，3，4，5，9，10，11，12，14第61页/共62页感谢您的观看！第62页/共62页