氧化还原反应和电化学精选PPT.ppt

上页上页下页下页目录目录返回返回第四章第四章氧化还原反应和电化学氧化还原反应和电化学关于氧化还原反应和电化学第1页，讲稿共153张，创作于星期二化学电源化学电源电电镀镀心电图心电图电电解解电电极极第2页，讲稿共153张，创作于星期二1 1、掌握氧化数的概念；掌握离子、掌握氧化数的概念；掌握离子电子法配平氧电子法配平氧化还原反应方程式化还原反应方程式2 2、理解电极电势的概念；掌握能斯特方程、理解电极电势的概念；掌握能斯特方程 及及有关计算；掌握电极电势的应用有关计算；掌握电极电势的应用 本章要求本章要求 5 5、掌握金属的电化学腐蚀及防腐原理、掌握金属的电化学腐蚀及防腐原理4 4、了解电解产物的一般规律、了解电解产物的一般规律 3 3、掌握原电池的工作原理及原电池符号的写法、掌握原电池的工作原理及原电池符号的写法第3页，讲稿共153张，创作于星期二4.1 4.1 氧化还原反应氧化还原反应 4.2 4.2 原电池与电极电势原电池与电极电势 4.3 4.3 电极电势的应用电极电势的应用 4.4 4.4 电解电解4.6 4.6 金属的腐蚀与防护金属的腐蚀与防护4.5 4.5 化学电源化学电源本章内容本章内容第4页，讲稿共153张，创作于星期二电化学是研究有关电现象的化学反应的学科。电化学是研究有关电现象的化学反应的学科。电电化化学学在在国国民民经经济济中中起起着着举举足足轻轻重重的的作作用用，新新的的社社会会需需求求不不断断推推动动着着电电化化学学工工业业朝朝着着高高新新技技术术的的方方向向发发展展。目目前前，电电化化学学工工业业不不仅仅能能够够利利用用电电解解法法冶冶炼炼和和提提炼炼多多种种有有色色金金属属和和及稀有金属，制备多种化工产品，而且能够合成多种物质。及稀有金属，制备多种化工产品，而且能够合成多种物质。第5页，讲稿共153张，创作于星期二近年来，随着火箭、宇宙飞船、导弹、人造卫星以及大规模集成电路近年来，随着火箭、宇宙飞船、导弹、人造卫星以及大规模集成电路等尖端科技的发展，要求体积小、重量轻、效能高、寿命长的化学电源，从等尖端科技的发展，要求体积小、重量轻、效能高、寿命长的化学电源，从而推动了新型高能电池、微型电池的研究和开发。此外，电化学在电镀、三而推动了新型高能电池、微型电池的研究和开发。此外，电化学在电镀、三废处理、电化学腐蚀以及人们日常生活等方面也都十分重要废处理、电化学腐蚀以及人们日常生活等方面也都十分重要。电电镀镀第6页，讲稿共153张，创作于星期二电化学已形成一个独立的科学分支，它涉及的内容十分广泛。电化学已形成一个独立的科学分支，它涉及的内容十分广泛。本章将根据电化学反应的特点，主要介绍电化学过程的一些基本本章将根据电化学反应的特点，主要介绍电化学过程的一些基本原理、原理、氧化还原反应氧化还原反应的一般规律。的一般规律。第7页，讲稿共153张，创作于星期二化学反应可分为两大类：化学反应可分为两大类：v没有电子得失或偏移，如酸碱、沉淀反应没有电子得失或偏移，如酸碱、沉淀反应 非氧化还原反应非氧化还原反应v伴随电子得失或偏移伴随电子得失或偏移(引起元素化合价变化引起元素化合价变化)氧化还原反应氧化还原反应 4-1 氧化还原反应氧化还原反应一、氧化还原反应一、氧化还原反应(RedoxReactions)第8页，讲稿共153张，创作于星期二氧化还原反应中，失电子使元素化合价升高的反应称作氧化还原反应中，失电子使元素化合价升高的反应称作氧化反氧化反氧化反氧化反应应应应，得电子使元素化合价降低的反应称作，得电子使元素化合价降低的反应称作还原反应还原反应还原反应还原反应。得到电子发生还原。得到电子发生还原反应的物质叫反应的物质叫氧化剂氧化剂氧化剂氧化剂(oxidizingagent)，反应中其化合价降低；失去，反应中其化合价降低；失去电子发生氧化反应的物质叫电子发生氧化反应的物质叫还原剂还原剂还原剂还原剂(reductingagent)，反应中其化反应中其化合价升高。合价升高。第9页，讲稿共153张，创作于星期二 以以Zn片与片与CuSO4溶液的反应为例：溶液的反应为例：Zn+Cu2+=Zn2+Cu还原原剂氧化氧化剂 氧化反氧化反应：Zn-2e-=Zn2+还原反应：还原反应：Cu2+2e-=Cu氧化数氧化数第10页，讲稿共153张，创作于星期二第11页，讲稿共153张，创作于星期二第12页，讲稿共153张，创作于星期二比如：比如：Fe3O4中，中，Fe的氧化数，设为的氧化数，设为x：我们可以在化合物中直接以我们可以在化合物中直接以它的氧化数，这样，说明氧化还原反应就比较方便一些。它的氧化数，这样，说明氧化还原反应就比较方便一些。表示表示第13页，讲稿共153张，创作于星期二一、氧化数一、氧化数 (oxidation number)确定元素确定元素氧化数氧化数 值的规则有：值的规则有：（1 1）单质的氧化数为）单质的氧化数为0 0（2 2）化合物中各元素氧化数的代数和等于）化合物中各元素氧化数的代数和等于0 0。在多原子离子中各。在多原子离子中各元素氧化数的代数和等于离子所带的电荷数。元素氧化数的代数和等于离子所带的电荷数。（3 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,+1,但在活泼金属的氢化但在活泼金属的氢化物物(如如NaHNaH、CaHCaH2 2等等)中中,氢的氧化数为氢的氧化数为-1-1。（4 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,-2,但在过氧化物但在过氧化物(如如H H2 2O O2 2、BaOBaO2 2等等)中中,氧的氧化数为氧的氧化数为-1;-1;在超氧化物在超氧化物(如如KOKO2 2)中中,氧的氧化数氧的氧化数为为-1/2;-1/2;在氟化氧在氟化氧(OF(OF2 2)中中,氧的氧化数为氧的氧化数为+2.+2.第14页，讲稿共153张，创作于星期二 例例 试计算H2CO3、KNO3、Fe3O4中炭、氮、铁各元素根据氧化数的概念，氧化、还原的定义为：氧化数升高的过程为氧化，氧化数降低的过程为还原。氧化数升高的过程为氧化，氧化数降低的过程为还原。元素氧化数反应前后发生变化的反应称为氧化还原反应。元素氧化数反应前后发生变化的反应称为氧化还原反应。二、氧化剂与还原剂二、氧化剂与还原剂 (oxidant,reductant)解：+4,+5,+8/3。的氧化数。第15页，讲稿共153张，创作于星期二三、氧化还原电对三、氧化还原电对 (redox couple)Cu2+2e-=Cu还原反应半反应：半反应：Zn2e-=Zn2+氧化反应可以把氧化过程和还原过程分开来写：可以把氧化过程和还原过程分开来写：氧化数高的物质称为这种元素的氧化数高的物质称为这种元素的氧化态氧化态（ZnZn2 2）；）；氧化数低的物质称为它的氧化数低的物质称为它的还原态还原态（ZnZn）。同一种元）。同一种元素的氧化态和还原态组成一个素的氧化态和还原态组成一个氧化还原电对氧化还原电对，用，用 表示，（表示，（）。）。第16页，讲稿共153张，创作于星期二氧化态氧化态 还原态还原态 氧化还原电对氧化还原电对 氧化剂电对还原剂电对例：例：第17页，讲稿共153张，创作于星期二（1 1）写出半反应式：）写出半反应式：氧化：氧化：还原：还原：（2 2）配平半反应：）配平半反应：原子数配平；原子数配平；电荷数配平电荷数配平 四、离子电子法配平氧化还原方程式四、离子电子法配平氧化还原方程式（3 3）合并半反应：）合并半反应：得电子总数失电子总数，将两个半反应得电子总数失电子总数，将两个半反应乘以适当的系数后相加。乘以适当的系数后相加。（4 4）核对两边电荷数和原子数）核对两边电荷数和原子数第18页，讲稿共153张，创作于星期二有些复杂的氧化还原反应，有含氧酸根（如有些复杂的氧化还原反应，有含氧酸根（如Cr2O72、MnO4、ClO3等）参加，配平的时候需要根据具体情况在等）参加，配平的时候需要根据具体情况在半反应两边加半反应两边加H、OH或者或者H2O。配平原则：配平原则：酸性介质中：多氧的一边加酸性介质中：多氧的一边加H，少氧的一边加，少氧的一边加H2O ；碱性介质中：多氧的一边加碱性介质中：多氧的一边加H2O，少氧的一边加，少氧的一边加OH ；中性介质中：左边加中性介质中：左边加H2O，右边根据需要加，右边根据需要加H或或OH。第19页，讲稿共153张，创作于星期二酸性介质：酸性介质：多多n个个O+2n个个H+，另一边，另一边+n个个H2O碱性介质：碱性介质：多多n个个O+n个个H2O，另一边，另一边+2n个个OH-小贴士：小贴士：第20页，讲稿共153张，创作于星期二 特例：特例：H H2 2O O2 2酸性介质中：酸性介质中：（作还原剂）（作还原剂）还原：还原：（作氧化剂）（作氧化剂）碱性介质中：碱性介质中：还原：还原：氧化：氧化：氧化：氧化：例例用离子-电子法配平下列反应（碱性介质）（碱性介质）（中性介质）（中性介质）第21页，讲稿共153张，创作于星期二（碱性介质）（碱性介质）还原：还原：氧化：氧化：（1 1）写出半反应式）写出半反应式:（2 2）配平半反应：）配平半反应：还原：还原：氧化：氧化：（3 3）合并半反应：）合并半反应：（4 4）核对两边电荷数和原子数）核对两边电荷数和原子数第22页，讲稿共153张，创作于星期二（中性介质）（中性介质）还原：还原：氧化：氧化：（1 1）写出半反应式）写出半反应式:（2 2）配平半反应：）配平半反应：还原：还原：氧化：氧化：（3 3）合并半反应：）合并半反应：（4 4）核对两边电荷数和原子数）核对两边电荷数和原子数第23页，讲稿共153张，创作于星期二小贴士小贴士（碱性介质）（碱性介质）（酸性介质）（酸性介质）（中性介质）（中性介质）第24页，讲稿共153张，创作于星期二练习：用离子练习：用离子-电子法配平下列反应电子法配平下列反应CrO2+ClOCrO42+Cl(碱性介质碱性介质)解：解：2CrO2+3ClO+2OH2CrO42+3Cl+H2O配平原则：质量守恒，电量守恒。配平原则：质量守恒，电量守恒。配平依据：氧化剂得到的电子总数配平依据：氧化剂得到的电子总数=还原剂失去的电子还原剂失去的电子总数。总数。离子电子法只适用于在溶液中发生的氧化还原反应，对于非水体系离子电子法只适用于在溶液中发生的氧化还原反应，对于非水体系不适用。因为要根据离子电荷数来确定要加的电子数，没有离子，就无法不适用。因为要根据离子电荷数来确定要加的电子数，没有离子，就无法配平。配平。第25页，讲稿共153张，创作于星期二【课堂练习课堂练习】（碱性介质）（碱性介质）氧化：氧化：还原：还原：整理：整理：第26页，讲稿共153张，创作于星期二4.2 4.2 原电池与电极电势原电池与电极电势氧化还原反应的实质是发生了电子的转移，氧化剂得到电子，氧化还原反应的实质是发生了电子的转移，氧化剂得到电子，被还原；还原剂失去电子，被氧化。我们知道，被还原；还原剂失去电子，被氧化。我们知道，电子的定向移动电子的定向移动就会产生电流。就会产生电流。一般的氧化还原反应虽然有电子的转移，但是因为一般的氧化还原反应虽然有电子的转移，但是因为氧化剂和还原剂是直接接触的，反应体系中的电子传递是全方位的，氧化剂和还原剂是直接接触的，反应体系中的电子传递是全方位的，没有一个特定的方向，所以不会形成电流，反应产生的能量通常以热没有一个特定的方向，所以不会形成电流，反应产生的能量通常以热能的形式表现出来。假如我们把氧化剂和还原剂分开放，让电子只能能的形式表现出来。假如我们把氧化剂和还原剂分开放，让电子只能通过规定的路线进行传递，定向的由还原剂一方流向氧化剂一方，这通过规定的路线进行传递，定向的由还原剂一方流向氧化剂一方，这样就会产生电流，这样的装置就是样就会产生电流，这样的装置就是原电池原电池。第27页，讲稿共153张，创作于星期二一、原电池一、原电池 (primary cell)（一）原电池的装置及原电池表达式（一）原电池的装置及原电池表达式负极：（氧化反应）负极：（氧化反应）Zn=Zn2+2e正极：（还原反应）正极：（还原反应）Cu2+2eCu 总反应：总反应：第28页，讲稿共153张，创作于星期二1 1、原电池的构成要素：、原电池的构成要素：(1)(1)两个半电池两个半电池(电极电极)(semi-cell/electrode)：半电池反应半电池反应(电极反应电极反应):):半电池中进行的反应。半电池中进行的反应。氧化剂电对：氧化剂电对：CuCu2+2+/Cu/Cu还原剂电对：还原剂电对：ZnZn2+2+/Zn/Zn电池反应电池反应:两个半电池反应之和。两个半电池反应之和。（2 2）导体和导线（外电路）导体和导线（外电路）（3 3）盐桥）盐桥（salt bridge）第29页，讲稿共153张，创作于星期二Zn和和ZnSO4溶溶液液组组成成一一个个半半电电池池；Cu和和CuSO4溶溶液液组组成成另另一一个个半半电电池池。Zn片片和和Cu片片之之间间用用导导线线接接通通，两两个个半半电电池池的的溶溶液液用用盐盐桥桥沟沟通通，这这样样就就组组成成了了一一个个铜铜锌锌原原电电池池。在在原原电电池池中中，锌锌极极一一端端发发生生氧氧化化反反应应：Zn=Zn2+2e，电电子子由由锌锌极极出出来来，经经外外电电路路到到铜铜极极，Cu2+得得到到电电子子，铜铜极极一一端端发发生生还还原原反反应应：Cu2+2eCu。第30页，讲稿共153张，创作于星期二盐桥的作用：盐桥的作用：保持两个半电池中溶液的电中性。保持两个半电池中溶液的电中性。盐桥的组成：盐桥的组成：饱和饱和KClKCl溶液和琼脂。溶液和琼脂。作用机理：作用机理：若没有盐桥，当反应开始后，若没有盐桥，当反应开始后，ZnZn极一端，极一端，ZnZn失去电子失去电子变成变成ZnZn2+2+进入溶液，进入溶液，使溶液中正电荷过剩使溶液中正电荷过剩；CuCu极一端，极一端，CuCu2+2+得到电子，变成金属铜，在铜片上析出，使溶液中得到电子，变成金属铜，在铜片上析出，使溶液中CuCu2+2+减减少，少，负电荷过剩负电荷过剩。这样两个半电池中电子的流出和流入都受这样两个半电池中电子的流出和流入都受到阻碍，所以反应马上就停止了。到阻碍，所以反应马上就停止了。加上盐桥后，盐桥中的加上盐桥后，盐桥中的ClCl向向ZnZn极溶液扩散，中和过剩的正电荷；极溶液扩散，中和过剩的正电荷；K K向向CuCu极溶液扩极溶液扩散，中和过剩的负电荷。散，中和过剩的负电荷。K K和和ClCl的扩散速率基本相等，的扩散速率基本相等，所以可以始终保持溶液的电中性，使反应可以持续进行，所以可以始终保持溶液的电中性，使反应可以持续进行，电流也就不会中断。电流也就不会中断。第31页，讲稿共153张，创作于星期二2 2、原电池表达式、原电池表达式-原电池符号：原电池符号：负极在左，正极在右。负极在左，正极在右。用用“”表示相界面，用表示相界面，用“”表示盐桥。表示盐桥。组成电极的物质，有时需注明状态。如分压、浓度组成电极的物质，有时需注明状态。如分压、浓度溶液必须写在盐桥两侧；导体写在外侧。溶液必须写在盐桥两侧；导体写在外侧。第32页，讲稿共153张，创作于星期二（二）电极的种类（二）电极的种类(types of electrode)(types of electrode)1 1、金属金属离子电极、金属金属离子电极电极反应：电极反应：Zn2+2e=Zn电极符号：电极符号：ZnZn2+第33页，讲稿共153张，创作于星期二2 2、非金属非金属离子电极、非金属非金属离子电极电极反应：电极反应：2H+2e=H2Cl22e=2Cl电极符号：电极符号：PtH2(g)H+PtCl2(g)Cl第34页，讲稿共153张，创作于星期二3 3、金属金属难溶盐电极、金属金属难溶盐电极电极反应：电极反应：Hg2Cl2(s)+2e=2Hg+2Cl电极符号：电极符号：HgHg2Cl2(s)KCl第35页，讲稿共153张，创作于星期二4 4、（氧化还原电极）离子型电极、（氧化还原电极）离子型电极电极反应：电极反应：Fe3+e=Fe2+电极符号：电极符号：PtFe3+,Fe2+第36页，讲稿共153张，创作于星期二汇总汇总第37页，讲稿共153张，创作于星期二（三）氧化还原反应与电池表示式的（三）氧化还原反应与电池表示式的 “互译互译”1 1、氧化还原反应方程式、氧化还原反应方程式原电池符号原电池符号第一步：确定电极第一步：确定电极第二步：确定电解质溶液第二步：确定电解质溶液第三步：复核反应第三步：复核反应例例将将Zn+2H+=Zn2+H2设计成原电池，写出原电池符号。设计成原电池，写出原电池符号。解：负极：解：负极：Zn=Zn2+正极：正极：2H+=H2电解质溶液：电解质溶液：Zn2+溶液和溶液和H+溶液溶液原电池符号：原电池符号：（）（）ZnZn2+H+H2Pt（）（）第38页，讲稿共153张，创作于星期二解：解：()()ZnZn2+ClAgClAg（+）()()PtI2IFe3+，Fe2+Pt（+）()()PtSO42,SO32,H+MnO4,Mn2+,H+Pt（+）练习练习将下列化学反应设计成电池将下列化学反应设计成电池（）（）2AgCl+Zn=Zn2+Ag+2Cl（）（）2Fe3+2I=2Fe2+I2（）（）2MnO4+5SO32+6H+=2Mn2+5SO42+3H2O第39页，讲稿共153张，创作于星期二【练习练习】将反应将反应CuSO4+Ni NiSO4+Cu 设计成原电池，设计成原电池，CuSO4和和NiSO4的浓度均为的浓度均为1moldm-3。写出：（写出：（1）电对符号（）电对符号（2）电极反应式（）电极反应式（3）原电池符号。）原电池符号。解：解：（1）氧化剂电对：）氧化剂电对：；还原剂电对：还原剂电对：（2）负极：）负极：正极：正极：（3）原电池符号：）原电池符号：第40页，讲稿共153张，创作于星期二解：先确定正负极，写出半反应：解：先确定正负极，写出半反应：负极（氧化反应）：负极（氧化反应）：正极（还原反应）：正极（还原反应）：例：将反应例：将反应Pb+2Fe3Pb2+2Fe2设计成一个原电池，写设计成一个原电池，写出电池符号。出电池符号。第41页，讲稿共153张，创作于星期二解：负极（氧化反应）：解：负极（氧化反应）：正极（还原反应）：正极（还原反应）：原电池符号：原电池符号：例：将反应例：将反应设计成原电池，写出电池符号。设计成原电池，写出电池符号。第42页，讲稿共153张，创作于星期二2 2、电池表示式、电池表示式氧化还原反应氧化还原反应解解:(1)（2）(-)PtFe3+,Fe2+Hg22+Hg(l)(+)（1）(-)PtH2(g,p)H2SO4(c)Hg2SO4(s)Hg(l)(+)例例写出下列电池所对应的化学反应写出下列电池所对应的化学反应（2）第43页，讲稿共153张，创作于星期二二、电极电势二、电极电势（electrode potential）在原电池中，电子为什么会自动地从负极流向正极呢？在原电池中，电子为什么会自动地从负极流向正极呢？高高低低电极电势是怎么产生的？电极电势是怎么产生的？为什么电极电势有高有低呢？为什么电极电势有高有低呢？第44页，讲稿共153张，创作于星期二（一）电极电势的产生：以金属金属离子电极为例一）电极电势的产生：以金属金属离子电极为例MMn+neMn+neM金属晶体中存在着自由电子金属晶体中存在着自由电子e，金属原子，金属原子M和金属阳离和金属阳离子子Mn+。第45页，讲稿共153张，创作于星期二当系统达到动态平衡时，有两种情况：当系统达到动态平衡时，有两种情况：(a)如果金属离子进入溶液的趋势大如果金属离子进入溶液的趋势大于金属离子沉积在金属表面的趋势，于金属离子沉积在金属表面的趋势，平衡时，金属表面会有多余的电子平衡时，金属表面会有多余的电子而带负电荷，溶液中因为多了金属而带负电荷，溶液中因为多了金属离子而带正电荷，这样，在金属表离子而带正电荷，这样，在金属表面和溶液界面之间就形成一个面和溶液界面之间就形成一个“双双电层电层”，产生电势差；，产生电势差；MMn+ne第46页，讲稿共153张，创作于星期二（b）如果金属离子进入溶）如果金属离子进入溶液的趋势小于溶液中离子沉液的趋势小于溶液中离子沉积的趋势，平衡时，金属表积的趋势，平衡时，金属表面会带正电荷，而溶液中会面会带正电荷，而溶液中会有多余的负电荷，形成一个有多余的负电荷，形成一个相反的相反的“双电层双电层”，也产，也产生电势差。生电势差。Mn+neM第47页，讲稿共153张，创作于星期二金属越活泼，盐溶液浓度越小金属越活泼，盐溶液浓度越小，溶解的趋势越大，沉积，溶解的趋势越大，沉积的趋势越小，达平衡时，金属表面累积的负电荷越多，的趋势越小，达平衡时，金属表面累积的负电荷越多，电极电极电势越低；电势越低；金属越不活泼，盐溶液浓度越大，金属越不活泼，盐溶液浓度越大，则溶解趋势越小，而则溶解趋势越小，而沉积趋势越大，达平衡时，金属表面累积的正电荷越多，沉积趋势越大，达平衡时，金属表面累积的正电荷越多，电电极电势就越高极电势就越高。对于金属金属离子电极来说，这种对于金属金属离子电极来说，这种产生在金属表面和它产生在金属表面和它的盐溶液之间的电势差就叫电极电势，用的盐溶液之间的电势差就叫电极电势，用“”表示。表示。电极电势电极电势第48页，讲稿共153张，创作于星期二无无论论哪哪种种类类型型的的电电极极，产产生生的的原原因因都都可可以以归归结结为为：电电对对中中氧氧化化态态物物质质得得电电子子能能力力与与还还原原态态物物质质失失电电子子能能力力强强弱弱不不同同而使得导体与溶液间存在电势差而造成的。而使得导体与溶液间存在电势差而造成的。第49页，讲稿共153张，创作于星期二如果把两个电极电势不同的电极组成原电池，电子就会从如果把两个电极电势不同的电极组成原电池，电子就会从低电势处流到高电势处，形成电流。低电势处流到高电势处，形成电流。电极电势低的一极就是电极电势低的一极就是负极，电极电势高的一极就是正极。负极，电极电势高的一极就是正极。原电池的电动势也就是两原电池的电动势也就是两极的极的 之差：之差：。铜锌原电池中，铜锌原电池中，锌比铜活泼，在盐溶液浓度相同的情锌比铜活泼，在盐溶液浓度相同的情况下，况下，构成原电池时，锌为负极，铜为正极，构成原电池时，锌为负极，铜为正极，电动势电动势2 2、电池电动势、电池电动势第50页，讲稿共153张，创作于星期二（二）电极电势的测定（二）电极电势的测定 标准氢电极：标准氢电极：铂片放入氢离子铂片放入氢离子浓度为浓度为1moldm3的酸溶液中，的酸溶液中，然后通入然后通入1个大气压的氢气流，个大气压的氢气流，使铂黑吸附的使铂黑吸附的H2达到饱和，达到饱和，这样就构成了一个标准氢电极。这样就构成了一个标准氢电极。1、标准氢电极 电对：电对：电极符号：电极符号：电极反应：电极反应：规定：标准氢电极的电极电势为规定：标准氢电极的电极电势为0 0，PtH2(101.325KPa)H+(1mol/L)第51页，讲稿共153张，创作于星期二测定方法测定方法：将标准氢电极跟待测电极组成原电池，测：将标准氢电极跟待测电极组成原电池，测出电动势，根据其数值确定待测电极的电极电势值。出电动势，根据其数值确定待测电极的电极电势值。2 2、电极电势的测量、电极电势的测量例例标准锌电极与标准氢电极组成原电池，标准锌电极与标准氢电极组成原电池，检流计指检流计指针偏向锌电极针偏向锌电极，E=0.763v,求求(Zn2+/Zn)解：解：第52页，讲稿共153张，创作于星期二3 3、标准电极电势、标准电极电势在标准状态下，在标准状态下，298.15K时，测得的物质的电极电势叫做时，测得的物质的电极电势叫做该物质的标准电极电势。记作该物质的标准电极电势。记作(Mn+/M)第53页，讲稿共153张，创作于星期二饱和甘汞电极：饱和甘汞电极：=0.2415 V=0.2415 V Hg HgHgHg2 2ClCl2 2(s)KCl(s)KCl(饱和饱和)1mol.L1mol.L-1-1甘汞电极：甘汞电极：=0.2682 V=0.2682 V Hg HgHgHg2 2ClCl2 2(s)KCl(1mol.L(s)KCl(1mol.L-1-1)0.1mol.L0.1mol.L-1-1甘汞电极：甘汞电极：=0.3337 V=0.3337 V Hg HgHgHg2 2ClCl2 2(s)KCl(0.1mol.L(s)KCl(0.1mol.L-1-1)4 4、甘汞电极、甘汞电极优点：优点：稳定性好，可逆程度高，使用方便。稳定性好，可逆程度高，使用方便。第54页，讲稿共153张，创作于星期二(三三)标准电极电势表标准电极电势表第55页，讲稿共153张，创作于星期二标准电极电势表说明：标准电极电势表说明：1 1）标准电极电势表表示了氧化态物质得电子能力与还原态物标准电极电势表表示了氧化态物质得电子能力与还原态物质失电子能力的强弱：质失电子能力的强弱：由上至下，氧化态物质得电子能力增加，由上至下，氧化态物质得电子能力增加，氧化性增强，还原态物质失电子能力减弱，还原性减弱；氧化性增强，还原态物质失电子能力减弱，还原性减弱；2 2）氧化性比氢离子强的电势为正，反之为负氧化性比氢离子强的电势为正，反之为负；3 3）发生氧化还原反应时，发生氧化还原反应时，值相差越大，反应趋势越大；值相差越大，反应趋势越大；4 4）电极电势大小只表示标准状态下物质在水溶液中的氧化能力，电极电势大小只表示标准状态下物质在水溶液中的氧化能力，对非水体系，高温熔融状态不适用。对非水体系，高温熔融状态不适用。K为强还原剂，为强还原剂，F2为强氧化剂。为强氧化剂。为强氧化剂。为强氧化剂。第56页，讲稿共153张，创作于星期二5 5）标准电极电势数值取决于氧化还原电对的本性，不受）标准电极电势数值取决于氧化还原电对的本性，不受物质的量的影响；物质的量的影响；如：如：(Ag+/Ag)=0.799VAg+e-Ag2Ag+2e-2Ag6 6）电极电势数值与电极反应式的书写无关。）电极电势数值与电极反应式的书写无关。Fe2+2e-Fe=-0.447VFe2e-Fe2+=-0.447V第57页，讲稿共153张，创作于星期二7）不具备简单的加和性；）不具备简单的加和性；Fe2+2e-Fe1=-0.447VFe3+e-Fe2+2=0.771V+Fe3+3e-Fe3=-0.036V第58页，讲稿共153张，创作于星期二使用标准电极电势表时，应该注意两个问题：使用标准电极电势表时，应该注意两个问题：10 电极反应式：氧化态电极反应式：氧化态+ne-还原态还原态 是可逆的是可逆的.这样写实际上是电极作正极时的电极反应式，如果电这样写实际上是电极作正极时的电极反应式，如果电极作负极，电极反应式就是它的逆反应：极作负极，电极反应式就是它的逆反应：还原态还原态氧化态氧化态+ne-20 电极反应式的系数改变对电极反应式的系数改变对 值没有影响值没有影响，如：如：第59页，讲稿共153张，创作于星期二所以，所以，对于一个确定的电对来说，它的对于一个确定的电对来说，它的是一个定值，与电极反应式的写法没有关系是一个定值，与电极反应式的写法没有关系。如如果果电电极极处处于于非非标标准准态态，这这时时，它它的的电电极极电电势势不不仅仅取取决决于于电电对对物物质质的的本本性性，还还与与构构成成电电对对的的温温度度、离离子子浓浓度度、气气体体分分压压以以及及介介质质的的酸酸碱碱度度有有关关。这这些些因因素素对对电电极极电电势势的的影影响响，可可以用奈斯特方程式来表示。以用奈斯特方程式来表示。第60页，讲稿共153张，创作于星期二四、影响电极电势的因素四、影响电极电势的因素奈斯特方程式奈斯特方程式 对于任意一个氧化还原电对对于任意一个氧化还原电对“”构成的电极，在构成的电极，在298K时，其电极电势可以表示为：时，其电极电势可以表示为：电极处于任意态时的电极电势；电极处于任意态时的电极电势；电极处于标准态时的电极电势；电极处于标准态时的电极电势；n电极反应电极反应中得失电子的计量数；中得失电子的计量数；电对中氧化态物质和还原态电对中氧化态物质和还原态物质的相对浓度。如果电对中有气体，则用相对分压物质的相对浓度。如果电对中有气体，则用相对分压表示表示。、aOx+ne bRe第61页，讲稿共153张，创作于星期二应用奈斯特方程式时要注意以下几点：应用奈斯特方程式时要注意以下几点：10 若电极反应式中，氧化态物质或还原态物质前的计量系数若电极反应式中，氧化态物质或还原态物质前的计量系数不是不是1 1，则相应的浓度或分压要以对应的系数为指数。，则相应的浓度或分压要以对应的系数为指数。即：即：浓度（或分压）方次计量系数。浓度（或分压）方次计量系数。20 如果电极反应中有如果电极反应中有H或或OH参加，即使它们不发生氧参加，即使它们不发生氧化或还原反应，其浓度也必须写入方程式中。化或还原反应，其浓度也必须写入方程式中。30 如果有纯固体或纯液体参加反应，其浓度视为如果有纯固体或纯液体参加反应，其浓度视为1 1，不写在方，不写在方程式中。程式中。40 如果组成电对的物质之一是气体，则用相对分压表示。如果组成电对的物质之一是气体，则用相对分压表示。第62页，讲稿共153张，创作于星期二根据以上原则，写出下面几个电极的奈斯特方程式。根据以上原则，写出下面几个电极的奈斯特方程式。例：（例：（1）若若则：则：第63页，讲稿共153张，创作于星期二（2）（3）第64页，讲稿共153张，创作于星期二（4）Cl2(g)+2e-2Cl-（5）Cl2/Cl-，第65页，讲稿共153张，创作于星期二根据奈斯特方程式，可以推得如下结论根据奈斯特方程式，可以推得如下结论:结论：氧化态物质的浓度减小，结论：氧化态物质的浓度减小，减小；氧化态减小；氧化态增大。而还原态物质的浓度减小，增大。而还原态物质的浓度减小，增大；还原态物质的浓度增大，增大；还原态物质的浓度增大，减小。减小。物质的浓度增大，物质的浓度增大，对于有对于有H或或OH参加的电极反应，溶液酸度的变化对参加的电极反应，溶液酸度的变化对值也有影响。值也有影响。第66页，讲稿共153张，创作于星期二例：计算例：计算pH=2，p(O2)=101.325KPa时，时，的电极电势。的电极电势。解：解：c(H)减小，使减小，使减小。减小。第67页，讲稿共153张，创作于星期二例例计算计算298K，KMnO4在在pH=5.0的溶液中，的溶液中，c(MnO4-)=c(Mn2+)=1.0 molL-1时的时的MnO4-/Mn2+电极电势值。电极电势值。MnO4-(aq)+8H+(aq)+5e=Mn2+(aq)+H2O（l）解：解：c(H)减小，使减小，使大大减小了。大大减小了。第68页，讲稿共153张，创作于星期二 例例 试计算试计算(AgCl/Ag)值；已知值；已知(Ag+/Ag)=0.7999V；Ksp(AgCl)=1.810-10。解：解：在含有在含有Ag+/Ag电对的体系中，电对的体系中，Ag+e-=Ag(Ag+/Ag)=0.7999V若加入若加入NaCl溶液溶液，便生成便生成AgCl沉淀沉淀；当当c(Cl-)=1.0molL-1时时：c(Ag+)=Ksp(AgCl)/c(Cl-)=1.810-10/1.0=1.810-10moldm-3(AgCl/Ag)=(Ag+/Ag)=(Ag+/Ag)+0.059lgc(Ag+)=0.7999+0.0592lg(1.810-10)=0.233V第69页，讲稿共153张，创作于星期二要计算的是要计算的是(AgCl/Ag)值值,对应的电极反应式对应的电极反应式:AgCl(s)+e=Ag(s)+Cl-此反应式要满足此反应式要满足(AgCl/Ag)值，必须满足以下条件：值，必须满足以下条件：c(Cl-)=1.0 molL-1，Ag、AgCl都是固体。都是固体。前边计算所得前边计算所得(Ag+/Ag)实际上就是实际上就是c(Cl-)=1.0 molL-1时时电对电对AgCl(s)+e-=Ag(s)+Cl-的标准电极电势的标准电极电势所以所以(AgCl/Ag)=0.233V与与(Ag+/Ag)相比，相比，AgCl的生成使的生成使Ag+/Ag电对的电极电电对的电极电势值下降了势值下降了0.577 V，这时溶液中的，这时溶液中的Ag+浓度极低，体系中浓度极低，体系中实际上是实际上是AgCl和和Ag达到平衡并构成电对。达到平衡并构成电对。第70页，讲稿共153张，创作于星期二 (AgCl/Ag)=(Ag+/Ag)+0.059lgc(Ag+)由于此时由于此时c(Cl-)=1.0 molL-1，所以，所以 (AgCl/Ag)第71页，讲稿共153张，创作于星期二如果某一电对是固体或纯液体参加反应，浓度项不必写入如果某一电对是固体或纯液体参加反应，浓度项不必写入公式；如果是气体，则要以分压来表示。公式；如果是气体，则要以分压来表示。应用能斯特方程式时要注意以下几点：应用能斯特方程式时要注意以下几点：(Zn2+/Zn)=(Zn2+/Zn)+Br2(l)+2e=2Br-(aq)Zn2+2e=ZnCl2(g)+2e=2Cl(Cl2/Cl-)=(Cl2/Cl-)+第72页，讲稿共153张，创作于星期二介质条件也要反应在能斯特方程中。介质条件也要反应在能斯特方程中。MnO4-(aq)+8H+(aq)+5e=Mn2+(aq)+H2O（l）例例计算298K，K2Cr2O7在pH=3.0的溶液中，c(Cr2O72)=c(Cr3+)=1.0molL1时的(Cr2O72/Cr3+)值。Cr2O72(aq)+14H+(aq)+6e=2Cr3+(aq)+7H2O（l）解：解：第73页，讲稿共153张，创作于星期二三、原电池的电动势与吉布斯函数变的关系三、原电池的电动势与吉布斯函数变的关系电功：电功：W电电=QE=nFE最大电功：最大电功：Wmax=nFE=rGm（可逆电池）（可逆电池）E=正正 负负=rGm/nFE=正正 负负=rGm/nF标准状态下：标准状态下：Wmax=nFE=rGmQ：原电池反应所产生的电量；：原电池反应所产生的电量；n：反应中转移电子的计量数；：反应中转移电子的计量数；F：法拉第常数，：法拉第常数，96500Cmol-1；E：原电池的电动势：原电池的电动势第74页，讲稿共153张，创作于星期二例例：Cu-Zn电池的电池反应为电池的电池反应为已知：已知：fGm(Cu2+)=65.52kJ.mol-1，fGm(Zn2+)=-147.0kJ.mol-1，求求Cu-Zn原电池的标准电动势。原电池的标准电动势。解：解：rGm=fGm(Zn2+)-fGm(Cu2+)E=rGm/nF=-147.065.52=-212.52（kJ.mol-1）=-(-212.52)1000/（296485）=1.10（V）电压电压V的单位为的单位为J/C，计算时，计算时fGm的单位要换的单位要换算成算成J.mol-1Zn+Cu2+Zn2+Cu第75页，讲稿共153张，创作于星期二四、原电池的标准电动势与氧化还原反应的标准平衡四、原电池的标准电动势与氧化还原反应的标准平衡 常数的关系常数的关系rGm=-nFErGm=-RTlnKnFE=RTlnK（298K）n n 为氧化态与还原态得失电子最小公倍数。为氧化态与还原态得失电子最小公倍数。第76页，讲稿共153张，创作于星期二五、非标准状态时的电池电动势五、非标准状态时的电池电动势E E与标准电池电动势与标准电池电动势E E 的关系的关系GG2.303RTlgQnFE=nFE+2.303RTlgQE=E则E=E当反应达到平衡时，当反应达到平衡时，G=0，E=0，Q=K。第77页，讲稿共153张，创作于星期二4.3 4.3 电极电势的应用电极电势的应用1 1、计算原电池的电动势及电极