氧化还原和电极电势精选PPT.ppt

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1、关于氧化还原和电极电势1 1第1页，讲稿共45张，创作于星期二2 2一、一、氧化还原反应氧化还原反应1、定义、定义 元素的氧化值发生了变化的化学反应。元素的氧化值发生了变化的化学反应。Sn2+Fe3+Sn4+Fe2+2、特点特点（1）存在着氧化剂与还原剂；）存在着氧化剂与还原剂；（2）存在着氧化态与还原态。）存在着氧化态与还原态。氧化氧化ox（氧化态）（氧化态）nered（还原态）（还原态）还原还原第一节第一节 氧化还原反应的基本概念氧化还原反应的基本概念第2页，讲稿共45张，创作于星期二3 3二、氧化还原电对二、氧化还原电对1、电对电对Ox+ne Red 同种元素的氧化态与还原态构成了氧化还

2、同种元素的氧化态与还原态构成了氧化还原电对，记作原电对，记作Ox/Red。如如Sn4+/Sn2+，Fe3+/Fe2+，一个氧化还原反应一个氧化还原反应由两个氧化还原电对组成。由两个氧化还原电对组成。氧化氧化ox（氧化态）（氧化态）nered（还原态）（还原态）还原还原第3页，讲稿共45张，创作于星期二4 42 2、电极反应、电极反应 任何氧化还原反应都可拆分为两个氧化还原电任何氧化还原反应都可拆分为两个氧化还原电对的半反应（半电池反应，电极反应）：对的半反应（半电池反应，电极反应）：Fe3+e Fe2+Sn2+Sn4+2e 第4页，讲稿共45张，创作于星期二5 5第二节 原电池一、一、原电池的

3、概念原电池的概念二、原电池的组成式二、原电池的组成式三、电池电动势三、电池电动势第5页，讲稿共45张，创作于星期二6 6一、原电池的概念一、原电池的概念1 1、定义定义 原电池是利用氧化还原反原电池是利用氧化还原反应产生电流的装置。应产生电流的装置。2 2、原电池的构成、原电池的构成 电势不同的两个电极；电势不同的两个电极；盐桥；盐桥；外电路（检流计）。外电路（检流计）。第6页，讲稿共45张，创作于星期二7 7 3、特征特征 正极：氧化剂正极：氧化剂(Cu2+)被还原，半电池反应为：被还原，半电池反应为：Cu2+2e Cu负极：还原剂负极：还原剂(Zn)被氧化，半电池反应为：被氧化，半电池反应

4、为：Zn Zn 2+2e 电池反应为：电池反应为：Cu2+Zn Cu+Zn 2+第7页，讲稿共45张，创作于星期二8 8二、原电池的组成式二、原电池的组成式1 1、书写要求、书写要求第8页，讲稿共45张，创作于星期二9 92、应用示例、应用示例例例4将将氧化还原反应氧化还原反应Cu2+Zn Cu+Zn2+拆成两个半电池反应，并写出电极组成和电池组成表示拆成两个半电池反应，并写出电极组成和电池组成表示式。式。解解（1）根据正极发生还原反应，负极发生氧化反应的）根据正极发生还原反应，负极发生氧化反应的原则，拆分此氧化还原反应为两个半电池反应：原则，拆分此氧化还原反应为两个半电池反应：正极反应：正极

5、反应：Cu2+2e Cu负极反应：负极反应：Zn Zn 2+2e第9页，讲稿共45张，创作于星期二1010（2）电极组成：）电极组成：正极：正极：Cu Cu2+（c1）负极：负极：Zn Zn 2+（c2）（3）电池组成表示式：）电池组成表示式：（-）Zn Zn 2+（c2）Cu2+（c1）Cu（+）第10页，讲稿共45张，创作于星期二1111三、电池电动势三、电池电动势1、定义、定义 电池电动势是电池正负极之间的瞬时电势差。电池电动势是电池正负极之间的瞬时电势差。2、表示、表示 电池电动势电池电动势 E E+-E-E+某时刻正极的电势，某时刻正极的电势，E E-某时刻负极的电势。某时刻负极的电

6、势。第11页，讲稿共45张，创作于星期二1212第三节第三节 电极电势电极电势一、电极电势的产生一、电极电势的产生1、电极的双电层结构、电极的双电层结构+-（a）溶解）溶解）溶解）溶解 沉积沉积沉积沉积+-（b）沉积沉积沉积沉积 溶解溶解溶解溶解图图-2 双电层的形成双电层的形成 由于在金属与溶液间的界面处形成双电层结构，电极电由于在金属与溶液间的界面处形成双电层结构，电极电势产生了。势产生了。第12页，讲稿共45张，创作于星期二1313双电层结构的双电层结构的电极电势为绝对电极电势。电极电势为绝对电极电势。2、影响电极电势的因素影响电极电势的因素 电极电势的大小与电极电势的大小与（1）金属的

7、本性；）金属的本性；（2）金属离子的浓度；）金属离子的浓度；（3）温度）温度 有关。有关。第13页，讲稿共45张，创作于星期二1414二、标准电极电势的测定 1、标准氢电极的作用 实际中选定一个标准电极，将其电极电势定义为零，即可确定其它电极的电极电势。采用标准氢电极作为基准电极。第14页，讲稿共45张，创作于星期二15152、标准氢电极的组成（1）海绵状铂黑作电极）海绵状铂黑作电极导体；导体；（2）H2压力维持压力维持100kPa；（3）H+活度为活度为1（1.184molL-1）；）；（4）EH+/H2 =0.0000V第15页，讲稿共45张，创作于星期二1616 标准氢电极的组成式可表示

8、为标准氢电极的组成式可表示为:Pt，H2（100kPa）H（a=1）（5）标准氢电极的组成式第16页，讲稿共45张，创作于星期二17173、标准电极电势（1）定义）定义 处于标准态下的电极的电势称为该电极处于标准态下的电极的电势称为该电极的的标准电极电势，用符号标准电极电势，用符号E表示。表示。（2）标准态）标准态 溶液活度为溶液活度为1,或气体压力为或气体压力为100kPa,液液体和固体为纯净物。体和固体为纯净物。第17页，讲稿共45张，创作于星期二1818 某电极的E代数代数值愈小，表示此电对中还原态物质愈易失去电子，即还原能力愈强，是较强的还原剂；若电极的E代数值愈大，表示此电对中氧化态

9、物质愈易得到电子，即氧化能力愈强，是较强的氧化剂。4、标准电极电势的物理意义：第18页，讲稿共45张，创作于星期二1919例例6 判断标准状态时下列氧化还原反应自发进行判断标准状态时下列氧化还原反应自发进行的方向：的方向：2Fe2+Br2 2Fe3+2Br-。解解 首先，将此氧化还原反应拆成两个半反应，首先，将此氧化还原反应拆成两个半反应，并查出这两个电对的标准电极电势：并查出这两个电对的标准电极电势：nFe3+e Fe2+EFe3+/Fe2+=+0.771VnBr2+2e 2Br-EBr2/Br-=+1.087 Vn n其次，找出标准电极电势高的电对中的氧化态其次，找出标准电极电势高的电对中

10、的氧化态(Br2)，和和标准电极电势低的电对中的还原态标准电极电势低的电对中的还原态(Fe2+2+)，此二此二者应是该自发反应的反应物。者应是该自发反应的反应物。n n故该反应正向（向右）自发进行。故该反应正向（向右）自发进行。第19页，讲稿共45张，创作于星期二2020第四节第四节 影响电极电势的因素影响电极电势的因素Nernst方程式方程式一一、Nernst方程式及浓度对方程式及浓度对EOx/Red及及E的影响的影响n n标准电极电势：只考虑电极本性的影响，故只能用标准电极电势：只考虑电极本性的影响，故只能用于标准态下的氧化还原反应。于标准态下的氧化还原反应。n n非标准态下非标准态下，E

11、Ox/Red：考虑电极本性、反应物浓考虑电极本性、反应物浓度、温度以及溶液的酸度等因素。度、温度以及溶液的酸度等因素。n nNernstNernst方程式：综合了上述影响因素的计算方程式：综合了上述影响因素的计算EOx/Red及及E的公式。的公式。第20页，讲稿共45张，创作于星期二21211、电极电势的、电极电势的Nernst方程式方程式n n对于任一电极反应对于任一电极反应 aOx+ne bRed 其电极电势的其电极电势的Nernst方程式方程式为：为：E=E+ln RT Oxa nF Redb第21页，讲稿共45张，创作于星期二2222n n上式上式电极电势的电极电势的Nernst方程式

12、方程式 式中式中E 电极电势（电极电势（V）E 标准电极电势（标准电极电势（V）R 气体常数气体常数(8.314 JK-1mol-1)F Faraday常数常数(96 485 Cmol-1)T 绝对温度（绝对温度（K）n电极反应中得（失）电子数（电极反应中得（失）电子数（mol）Oxa 电极反应中电对氧化态浓度幂的乘积电极反应中电对氧化态浓度幂的乘积 Redb 电极反应中电对还原态浓度幂的乘积电极反应中电对还原态浓度幂的乘积 电极反应中的固体或纯液体，其活度视为电极反应中的固体或纯液体，其活度视为1，气，气体的浓度用其分压表示体的浓度用其分压表示。第22页，讲稿共45张，创作于星期二2323E

13、=E+ln RT Oxa nF Redb当当T298.15K时时E=E+lg 0.05916 Oxa n Redb第23页，讲稿共45张，创作于星期二2424例例8 已知电极反应已知电极反应 Fe3+e =Fe2，E=0.77V，试分别计，试分别计算算:(1)Fe3 Fe2=10;(2)Fe3 Fe2=1/10时的时的E值（值（298K）。）。解：由解：由Nernst方程可得方程可得 E E+0.05916lg（Fe3 Fe2）（1）当）当 Fe3 Fe2=10 时时 E 0.77+0.05916=0.83V E 0.06V（2）当）当 Fe3 Fe2=110 时时 E 0.77-0.0591

14、6=0.71V E -0.06V 当当Fe3升高时，升高时，E 升高，升高，Fe3的氧化性增强。反之的氧化性增强。反之相反。相反。第24页，讲稿共45张，创作于星期二25252、电池电动势的、电池电动势的Nernst方程式方程式n n对于任一电池反应对于任一电池反应 aOx1+bRed2 cRed1+dOx2 其电池电动势的其电池电动势的Nernst方程式方程式为：为：E=E-ln J RT nF=E-ln RT Red1cOx2d nF Ox1aRed2b=E+E-+ln RT Ox1aRed2b nF Red1cOx2d 第25页，讲稿共45张，创作于星期二2626n n在在298.15K

15、298.15K时时,代入有关常数得代入有关常数得 E=E+E-+lg 0.05916 Ox1aRed2b n Red1cOx2d 第26页，讲稿共45张，创作于星期二27273、应用注意事项、应用注意事项（1）除）除Ox和和Red外，若有外，若有H+或或OH-参加反应，则参加反应，则它们的浓度也应写进它们的浓度也应写进Nernst方程式。如方程式。如 MnO4-8H5e Mn2 4H2O298.15K时时,E E lg 0.059165Mn2+MnO4-H+8（2）无论是计算）无论是计算电极电势，还是计算电池电动电极电势，还是计算电池电动 势，都必须首先配平反应势，都必须首先配平反应式。式。（

16、3）电极的电子转移数往往与电池反应不一致电极的电子转移数往往与电池反应不一致。第27页，讲稿共45张，创作于星期二2828例例例例9 已知半反应已知半反应已知半反应已知半反应 MnOMnO4 4-+8H+5+5e=Mn=Mn2+4H+4H2 2O O E E=1.51V1.51V。MnOMnO4-=Mn=Mn2 2=1.0molL-1，T=298K。计算计算（1 1）H=0.10 molL-1；（；（；（；（2 2）HH=1.0 1.0 10-7molL-1时的时的E E 值各是多少。值各是多少。值各是多少。值各是多少。解：由解：由Nernst方程可得方程可得（1）当）当 H 0.10 mol

17、L-1 时时 E 1.51 lg 0.10 8 1.42V 0.059165E E lg 0.059165Mn2+MnO4-H+8二、溶液酸度对电极电势的影响二、溶液酸度对电极电势的影响第28页，讲稿共45张，创作于星期二2929（2）当）当 H 1.010-7molL-1 时时0.059165E 1.51 lg(1.010-7)8 0.85Vn n由计算结果可知，由计算结果可知，MnO4-的氧化能力随的氧化能力随H的降的降低而明显减弱。低而明显减弱。n n凡有凡有H+离子参加的电极反应，酸度对离子参加的电极反应，酸度对E 值均有较大值均有较大的影响，有时还能影响氧化还原的产物。的影响，有时还

18、能影响氧化还原的产物。第29页，讲稿共45张，创作于星期二3030三、生成沉淀对电极电势的影响三、生成沉淀对电极电势的影响例例10 已知半反应已知半反应 Age=Ag E=0.80V 若在反应体系中加入若在反应体系中加入Cl-离子，并设反应达平衡时，离子，并设反应达平衡时，Cl-1.0 molL-1，试求算电对，试求算电对 Ag/Ag的的E 值。值。解：加入Cl-离子后，Ag Cl-=AgCl ,使Ag+大大降低，达平衡时：Ag=Ksp/Cl-=1.8 10-10 molL-1由由Nernst方程可得方程可得 E AgAg E +0.05916 lg Ag 0.800.05916 lg(1.8

19、10-10)0.22V 沉淀生成使沉淀生成使沉淀生成使沉淀生成使AgAg+的浓度急剧降低，故的浓度急剧降低，故 E(Ag+/Ag)/Ag)。第30页，讲稿共45张，创作于星期二3131四、形成难解离物质对电极电势的影响四、形成难解离物质对电极电势的影响例例11 标准氢电极的电极反应为标准氢电极的电极反应为:2H+2e H2 E=0.0000V 若向标准氢电极中加入若向标准氢电极中加入若向标准氢电极中加入若向标准氢电极中加入NaAc并使并使AcAc-维持维持维持维持1mol1molL-1-1,H,H2分分分分压压压压仍仍仍仍为为为为100kPa,100kPa,求此求此氢氢电极的电极的电极电势。电

20、极电势。n n解 往标准氢电极中加入标准氢电极中加入NaAc，将发生形成，将发生形成HAc的反的反应：应：H+Ac-HAc 起始的起始的 H+=1molL-1-1,反应达平衡时仍维持反应达平衡时仍维持反应达平衡时仍维持反应达平衡时仍维持AcAc-=1molL=1molL-1,n nHAc=1molLHAc=1molL-1第31页，讲稿共45张，创作于星期二3232形成难解离物质对电极电势的影响形成难解离物质对电极电势的影响形成难解离物质对电极电势的影响形成难解离物质对电极电势的影响=0.05916lgH+=-0.05916pH=-0.05916pKa=-0.059164.75=-0.281V

21、pH=pKa+lg=pKa+lg=pKa Ac-1HAc 1 E H+/H2 E H+/H2 lg 0.059162pH2 2/100H+2由于生成难解离物质由于生成难解离物质HacHac，降低了电极电对中氧化态物质降低了电极电对中氧化态物质降低了电极电对中氧化态物质降低了电极电对中氧化态物质HH+的浓度，故氢电极的电极电势降低了。的浓度，故氢电极的电极电势降低了。第32页，讲稿共45张，创作于星期二第五节 电极电势和电池电动势的应用一、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、判断氧化还原反应进行的方向二、判断氧化还原反应进行的方向三三、判断氧化还原反应进行的限度判断氧

22、化还原反应进行的限度四四、计算溶度积计算溶度积Ksp五、元素电势图的应用五、元素电势图的应用第33页，讲稿共45张，创作于星期二3434一、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1.标准状态下 标准状态下氧化剂和还原剂的相对强弱可直接比较E值的大小而得出。E值愈高，表示该电对中氧化剂得电子的能力愈强，是较强的氧化剂；E值愈低，表示该电对中还原剂失电子的能力愈强，是较强的还原剂。第34页，讲稿共45张，创作于星期二3535例例例例12 要选择一种氧化剂能使要选择一种氧化剂能使要选择一种氧化剂能使要选择一种氧化剂能使ClCl-和和和和Br-的混合溶液中的的混合溶液中的的混合溶

23、液中的的混合溶液中的Br-氧化成氧化成BrBr2 2，但，但，但，但Cl-不变化，试确定在常用的氧化剂不变化，试确定在常用的氧化剂不变化，试确定在常用的氧化剂不变化，试确定在常用的氧化剂KMnO4和和K2 2Cr2 2OO7 7中，选择何种为宜？中，选择何种为宜？解：查标准电极电势表Cr2O72-+14 H+6e 2Cr3+7H2O E=1.23V MnO4-+8H+5e Mn2+4H2O E=1.51V 由由E值可知，标准状态下，值可知，标准状态下，KMnO4能将能将Cl-和和和和BrBr-都氧都氧化；而化；而KK2 2Cr2 2OO7只能氧化只能氧化 Br-，不能氧化，不能氧化ClCl-，

24、故选择，故选择，故选择，故选择K2 2Cr2OO7 7为宜。为宜。Br2 +2e 2Br-E=1.07VCl2 +2e 2Cl-E=1.36V第35页，讲稿共45张，创作于星期二36362.2.非标准状态下非标准状态下 非标准状态下氧化剂和还原剂的相对强弱，必须由非标准状态下氧化剂和还原剂的相对强弱，必须由Nernst方程来决定。方程来决定。E=E+ln RT Oxa zF Redb第36页，讲稿共45张，创作于星期二3737二、判断氧化还原反应进行的方向n n任何一个氧化任何一个氧化还还原反原反应应，原，原则则上都可上都可设计设计成原成原电电池，利用原池，利用原电电池池电动势电动势的正的正负

25、负可以判断氧化可以判断氧化还还原反原反应进应进行的方向。行的方向。n n若rGm 0，则则反反应应正向自正向自发进发进行；行；rGm 0，E EFe2+/Fe 故Cu极应为正极极应为正极,又又Cu2+/Cu电对中氧化态（氧化剂）为正向反应物电对中氧化态（氧化剂）为正向反应物,故此反应在故此反应在298.15K时时正向正向自发进行。自发进行。第39页，讲稿共45张，创作于星期二4040例例例例1414 根据下列反应组成电池，写出电池组成式，计算在根据下列反应组成电池，写出电池组成式，计算在根据下列反应组成电池，写出电池组成式，计算在根据下列反应组成电池，写出电池组成式，计算在298.15K298

26、.15K时时时时电池电动势，并判断反应自发进行的方向电池电动势，并判断反应自发进行的方向电池电动势，并判断反应自发进行的方向电池电动势，并判断反应自发进行的方向:2Cr3+3+（0.010molL-1-1）+2Br+2Br-（0.10molL-1-1）2Cr2Cr2+2+（1.0molL1.0molL-1）+Br+Br2 2(l)解 (思路思路:电动势正负法电动势正负法):):假设反应按所写方程式假设反应按所写方程式正向进行正向进行,则电池组成式为：则电池组成式为：(-)Pt,Br(-)Pt,Br2(l)|(l)|BrBr-（0.10molL-1）Cr3+3+（0.010molL-1-1）,2

27、Cr,2Cr2+（1.0molL-1）|Pt(+)E ECr3+/Cr2+-EBr2/Br-+lg 0.059162Cr2+2 Cr3+2Br-2=-0.408-1.087+0.05916 lg 0.0100.101.0=-1.672 V 105 。第42页，讲稿共45张，创作于星期二4343四、计算溶度积四、计算溶度积Kspn n某些难溶电解质的离子浓度很小，用化学方法某些难溶电解质的离子浓度很小，用化学方法测定测定Ksp比较困难；比较困难；n n将其设计成原电池，通过测其电池电动势可将其设计成原电池，通过测其电池电动势可间接计算间接计算Ksp。第43页，讲稿共45张，创作于星期二4444例

28、例16 测定测定298.15K时时AgCl的的Ksp值。值。n n解解解解 用用用用Ag|Ag+和和和和Ag，AgCl|Cl-电极组成电池。电极组成电池。Ag+e Ag EAg+/Ag=+0.7996 V=+0.7996 V AgCl +e Ag+Cl-EAgCl/Ag=+0.2222 V=+0.2222 V 电池组成为电池组成为电池组成为电池组成为(-)Ag，AgCl|Cl-(1molLL-1)AgAg+(1mol(1molLL-1-1)|Ag(+)电池反应式为电池反应式为电池反应式为电池反应式为Ag+Cl-AgCl(s)n=1电池电动势电池电动势E=E=E=E+-E-=0.7996-0.2222 =+0.5774 V第44页，讲稿共45张，创作于星期二12.04.202312.04.2023感感谢谢大大家家观观看看第45页，讲稿共45张，创作于星期二