判断氧化还原反应进行的方向查标准电极电势表得.pptx

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1、会计学1判断氧化还原反应进行的方向查标准电极判断氧化还原反应进行的方向查标准电极电势表得电势表得电化学：电化学：电化学：电化学：n n研究电能与化学能相互转化规律的科研究电能与化学能相互转化规律的科研究电能与化学能相互转化规律的科研究电能与化学能相互转化规律的科学。学。学。学。n n转化条件：转化条件：转化条件：转化条件：1.1.涉及的化学反应必须有电子的转涉及的化学反应必须有电子的转涉及的化学反应必须有电子的转涉及的化学反应必须有电子的转 移移移移 氧化还原反应。氧化还原反应。氧化还原反应。氧化还原反应。2.2.化学反应必须在电极上进行化学反应必须在电极上进行化学反应必须在电极上进行化学反应

2、必须在电极上进行 原电池或电解池。原电池或电解池。原电池或电解池。原电池或电解池。第1页/共73页1 氧化还原反应氧化还原反应1-1 氧化值和氧化态氧化值和氧化态1-2 氧化还原半反应氧化还原半反应1-3氧化还原方程式的配平氧化还原方程式的配平第2页/共73页n n电化学：电化学：电化学：电化学：研究电能与化学能相互转化规律的研究电能与化学能相互转化规律的研究电能与化学能相互转化规律的研究电能与化学能相互转化规律的科学。科学。科学。科学。n n转化条件：转化条件：转化条件：转化条件：(1)(1)涉及的化学反应必须有电子的转涉及的化学反应必须有电子的转涉及的化学反应必须有电子的转涉及的化学反应必

3、须有电子的转 移。移。移。移。氧化还原反应。氧化还原反应。氧化还原反应。氧化还原反应。(2)(2)化学反应必须在电极上进行。化学反应必须在电极上进行。化学反应必须在电极上进行。化学反应必须在电极上进行。原电池或电解池。原电池或电解池。原电池或电解池。原电池或电解池。第3页/共73页1.1.氧化还原概念的发展氧化还原概念的发展氧化还原概念的发展氧化还原概念的发展 起先起先起先起先 2Mg(s)+O2Mg(s)+O2 2(g)=2MgO(s)(g)=2MgO(s)与氧结合与氧结合与氧结合与氧结合(初中初中初中初中)；后来后来后来后来 MgMgMgMg2+2+2e +2e 电子转移，化合价变化电子转

4、移，化合价变化电子转移，化合价变化电子转移，化合价变化(高中高中高中高中)；现在现在现在现在 2P(s)+2Cl2P(s)+2Cl2 2(g)=2PCl(g)=2PCl3 3(l)(l)电子偏移，氧化值变化。电子偏移，氧化值变化。电子偏移，氧化值变化。电子偏移，氧化值变化。1-1 氧化值和氧化态第4页/共73页 19701970年，国际化学联合会年，国际化学联合会年，国际化学联合会年，国际化学联合会(IUPAC)(IUPAC)建议将建议将建议将建议将“正负化合价正负化合价正负化合价正负化合价”改称为改称为改称为改称为“氧氧氧氧化值化值化值化值”，或称，或称，或称，或称“氧化态氧化态氧化态氧化态

5、”。设定氧化态的目的是为了判定某反设定氧化态的目的是为了判定某反设定氧化态的目的是为了判定某反设定氧化态的目的是为了判定某反应是不是氧化还原反应，并确定氧化应是不是氧化还原反应，并确定氧化应是不是氧化还原反应，并确定氧化应是不是氧化还原反应，并确定氧化剂和还原剂以及发生的还原过程和氧剂和还原剂以及发生的还原过程和氧剂和还原剂以及发生的还原过程和氧剂和还原剂以及发生的还原过程和氧化过程。化过程。化过程。化过程。第5页/共73页 指某元素的一个原子的荷电数，该荷电数是假定把每一化学键中的电子指定给电负性更大的原子而求得的。2.氧化值氧化：氧化值增加的过程还原：氧化值降低的过程第6页/共73页氧化还

6、原反应：氧化还原反应：氧化还原反应：氧化还原反应：某些元素氧化值有改变的反应。某些元素氧化值有改变的反应。某些元素氧化值有改变的反应。某些元素氧化值有改变的反应。氧化：元素的氧化值增加的过程。氧化：元素的氧化值增加的过程。氧化：元素的氧化值增加的过程。氧化：元素的氧化值增加的过程。还原：元素的氧化值降低的过程。还原：元素的氧化值降低的过程。还原：元素的氧化值降低的过程。还原：元素的氧化值降低的过程。氧化剂：获得电子的物质。氧化剂：获得电子的物质。氧化剂：获得电子的物质。氧化剂：获得电子的物质。还原剂：失去电子的物质。还原剂：失去电子的物质。还原剂：失去电子的物质。还原剂：失去电子的物质。第7页

7、/共73页 确定氧化值的规则：单质中，元素的氧化值为零。在单原子离子中，元素的氧化值等于该离子所带的电荷数。在大多数化合物中，氢的氧化值为+1；只有在金属氢化物中氢的氧化值为-1。如NaH。第8页/共73页 通常，氧在化合物中的氧化值为通常，氧在化合物中的氧化值为通常，氧在化合物中的氧化值为通常，氧在化合物中的氧化值为-2-2；但是在过氧化物中，氧的氧化；但是在过氧化物中，氧的氧化；但是在过氧化物中，氧的氧化；但是在过氧化物中，氧的氧化值为值为值为值为-1-1，在氟的氧化物中，如，在氟的氧化物中，如，在氟的氧化物中，如，在氟的氧化物中，如OFOF2 2 和和和和OO2 2F F2 2中，氧的氧

8、化值分别为中，氧的氧化值分别为中，氧的氧化值分别为中，氧的氧化值分别为+2+2和和和和+1+1。中性分子中，各元素原子的氧化值的代数和为零，复杂离子的电荷等于各元素氧化值的代数和。第9页/共73页例：第10页/共73页1.2 氧化还原半反应式1.氧化还原半反应式：对氧化还原反应 Cu2+Zn=Zn2+Cu Cu2+/Cu，Zn2+/Zn 称为氧化还原电对，氧化态和还原态构成氧化还原共轭关系。分解成两个半反应：Cu2+2e-Cu 还原反应 Zn-2e-Zn2+氧化反应第11页/共73页 半反应式是在原电池或电解池某一电极上发生的氧化或还原反应。通常氧化剂降低氧化值的趋势越强，其氧化能力越强，其共

9、轭还原剂氧化值升高趋势越弱。反应一般按较强的氧化剂与较强的还原剂相互作用的方向进行。第12页/共73页半反应式的规律：（1）半反应式的书写格式是统一的还原反应。如，Cu2+2e Cu （2）半反应式中同一元素的不同氧化态之间的关系如Cu2+/Cu，Zn2+/Zn 称为氧化还原电对，氧化态和还原态构成氧化还原共轭关系。（3）半反应式必须是配平的。配平的原则相同于通常的化学方程式。第13页/共73页 （4）对于水溶液系统，半反应式中的物质存在形态要与溶剂相适应。符合通常的离子方程式的书写规则易溶强电解质要写成离子。（5）一个半反应中发生氧化态变动的元素只有一种。如：MnO4-+8H+5e=Mn2+

10、4H2O （6）半反应中还有非氧化还原组份。第14页/共73页 （7）对水溶液系统，半反应常分酸表和碱表来排列。酸性或中性溶液中时，查酸表；碱性溶液中时，查碱表。例：MnO4-+8H+5e-=Mn2+4H2O Zn2+2e-=Zn CrO42-+4H2O+3e-=Cr(OH)3+5OH-第15页/共73页配平原则：电荷守恒：氧化剂得电子数等于还原剂失电子数。质量守恒：反应前后各元素原子总数相等。1-3 氧化还原方程式的配平氧化还原方程式的配平1.离子电子法：第16页/共73页 配平步骤：用离子式写出主要反应物和产物(气体、纯液体、固体和弱电解质则写分子式)。分别写出氧化剂被还原和还原剂被氧化的

11、半反应。分别配平两个半反应方程式，等号两边的各种元素的原子总数各自相等且电荷数相等。第17页/共73页 确定两半反应方程式得、失电子数目的最小公倍数。将两个半反应方程式中各项分别乘以相应的系数，使得、失电子数目相同。然后，将两者合并，就得到了配平的氧化还原反应的离子方程式。有时根据需要可将其改为分子方程式。第18页/共73页例：配平反应方程式第19页/共73页+)42-+-+=+10e10H5SO O5H5SO223+-+-+=+O8H2Mn10e16H2MnO224+-+-+=+O4HMn5e8HMnO224-+-+=+2e2HSOOHSO242232+5得O3HSOK6MnSO22424+

12、=O3H5SO2Mn6H5SO2MnO2242234+=+-+-+-+MnSOSOMnO 2242343 H SOSO5 K 2KMnO4324+2或第20页/共73页 酸性介质：多 n个O加 2n个H+，另一边 加 n个 H2O；碱性介质：多 n个 O加 n个 H2O，另一边 加 2n个 OH-；往往是最简单的H+、OH-和H2O难配平，通常做法是：第21页/共73页中性介质：左边多 n个 O加 n个 H2O，右边加 2n个 OH-；右边多 n个 O加 2n个 H+，左边加n个 H2O。第22页/共73页2.2.氧化值法：氧化值法：氧化值法：氧化值法：配平原则：电荷守恒：氧化剂得电子数等于还

13、原剂失电子数。还原剂氧化值升高数和氧化剂氧化值降低数相等。质量守恒：反应前后各元素原子总数相等。第23页/共73页配平步骤：（1）写出未配平的基本化学反应方程式；（2）确定有关元素氧化值升高及降低的数值；（3）确定氧化值升高及降低的数值的最小公倍数。找出氧化剂、还原剂的系数；（4）核对。可用H+，OH，H2O配平，并将箭头改为等号。第24页/共73页例：例：例：例：酸性介质中酸性介质中酸性介质中酸性介质中KMnOKMnO4 4氧化氧化氧化氧化NaNa2 2SOSO3 3：KMnOKMnO4 4+Na+Na2 2SOSO3 3+H+H2 2SOSO4 4 MnSO MnSO4 4 +K +K2

14、2SOSO4 4+Na+Na2 2SOSO4 4+H2O522533=2MnO4-+5SO3 2-+6H+=2Mn2+5SO42-+3H2O水溶液中通常写成离子方程式：第25页/共73页2-2 原电池与氧化还原反应原电池与氧化还原反应 在在在在CuSOCuSO4 4溶液中放入一片溶液中放入一片溶液中放入一片溶液中放入一片ZnZn，将发，将发，将发，将发生下列氧化还原反应：生下列氧化还原反应：生下列氧化还原反应：生下列氧化还原反应：Zn(s)+CuZn(s)+Cu2+2+(aq)Zn(aq)Zn2+2+(aq)+Cu(s)(aq)+Cu(s)1.原电池与氧化还原反应第26页/共73页 在溶液中，

15、电子直接从在溶液中，电子直接从在溶液中，电子直接从在溶液中，电子直接从ZnZn片传递片传递片传递片传递给给给给CuCu2+2+，使，使，使，使CuCu2+2+在在在在ZnZn片上还原而析片上还原而析片上还原而析片上还原而析出金属出金属出金属出金属CuCu，同时，同时，同时，同时ZnZn氧化为氧化为氧化为氧化为ZnZn2+2+。这。这。这。这个反应同时有热量放出，这是化学个反应同时有热量放出，这是化学个反应同时有热量放出，这是化学个反应同时有热量放出，这是化学能转化为热能的结果。能转化为热能的结果。能转化为热能的结果。能转化为热能的结果。第27页/共73页上述反应如果在下列装置中分开进行：这种装

16、置能将化学能转变为电能，称为原电池（Primary Cell）。第28页/共73页盐桥：在U型管中装满用饱和KCl溶液和琼胶作成的冻胶。盐桥的作用：使Cl-向锌盐方向移动，K+向铜盐方向移动，使Zn盐和Cu盐溶液一直保持电中性，从而使电子不断从Zn极流向Cu极。即：消除液体接界电势，保持溶液的电中性。第29页/共73页正极（铜电极）：Cu2+2e-Cu 得电子，氧化值降低，发生还原反应。负极（锌电极）：Zn Zn2+2e-失电子，氧化值升高，发生氧化反应。正、负两极分别发生的反应，称为电极反应，电极反应也是电池反应的一半，也称为半反应，电池的一个极也称为半电池。电池反应：Zn+Cu2+=Cu+

17、Zn2+（氧化还原反应）第30页/共73页还原型 e 氧化型-+n电极反应的一般表示：每一个电极反应中都包含一个氧化还原电对：氧化型/还原型。第31页/共73页例：电极反应：Cu2+2e-Cu 电对：Cu2+/Cu Zn2+2e-Zn 电对：Zn2+/Zn 正极：Cu2+2e-Cu -）负极：Zn2+2e-Zn电池反应：Cu2+Zn Cu+Zn2+第32页/共73页 总之：每一个氧化还原反应都可以设计成一个原电池，每一个原电池都由两个半电池组成，每一个半电池都对应一个半反应（电极反应）。第33页/共73页 书写原电池符号的规则：负极“-”在左边，正极“+”在右边，盐桥用“”表示。2.原电池符号

18、：纯液体、固体和气体写在惰性电极一边用“,”分开。半电池中两相界面用“|”分开，同相的不同物种用“,”分开，溶液、气体要注明cB，pB 。第34页/共73页 例：将下列反应设计成原电池并以原电池符号表示。解：)(aq2Cl 2e)g(Cl 极 正2-+)(aqFe e)(aqFe 极 负 32+-+-第35页/共73页3.电极类型 金属-金属离子电极 电极反应：Zn2+2e-Zn 电极符号：Zn(s)Zn2+(aq)气体-离子电极 电极反应：2H+(aq)+2e-H2(g)电极符号Pt H2(g)H+(aq)第36页/共73页 金属-金属难溶盐电极电极反应：AgCl(s)+e-Ag(s)+Cl

19、-(ag)电极符号：Ag-AgCl(s)Cl-(aq)氧化还原电极或浓差电极 电极反应：Fe3+(aq)+e-Fe2+(ag)电极符号：PtFe3+(aq,c1),Fe2+(aq,c2)第37页/共73页2-3 标准氢电极和标准电极电势标准氢电极和标准电极电势1.1.电极电势的产生电极电势的产生电极电势的产生电极电势的产生双电层理论：双电层理论：双电层理论：双电层理论：德国化学家在德国化学家在德国化学家在德国化学家在18891889年提年提年提年提出出出出“双电层理论双电层理论双电层理论双电层理论”对电极电势给予了说对电极电势给予了说对电极电势给予了说对电极电势给予了说明。明。明。明。第38页

20、/共73页“双电层理论双电层理论双电层理论双电层理论”认为：认为：认为：认为：当把金属放入含有该金属离子的浓溶当把金属放入含有该金属离子的浓溶当把金属放入含有该金属离子的浓溶当把金属放入含有该金属离子的浓溶液时，一方面，金属表面构成晶格的液时，一方面，金属表面构成晶格的液时，一方面，金属表面构成晶格的液时，一方面，金属表面构成晶格的金属离子和极性大的金属离子和极性大的金属离子和极性大的金属离子和极性大的HH2 2OO分子相互吸分子相互吸分子相互吸分子相互吸引，从而使金属具有一种以水合离子引，从而使金属具有一种以水合离子引，从而使金属具有一种以水合离子引，从而使金属具有一种以水合离子的形式进入金

21、属表面附近的溶液中的的形式进入金属表面附近的溶液中的的形式进入金属表面附近的溶液中的的形式进入金属表面附近的溶液中的倾向，金属越活泼，溶液越稀，这种倾向，金属越活泼，溶液越稀，这种倾向，金属越活泼，溶液越稀，这种倾向，金属越活泼，溶液越稀，这种倾向就越大。倾向就越大。倾向就越大。倾向就越大。第39页/共73页 另一方面，盐溶液中的Mn+(aq)离子又有一种从金属表面获得电子而沉积在金属表面的倾向，金属越不活泼，溶液越浓，这种倾向就越大。溶解沉淀第40页/共73页 金属越活泼，上述平衡向右进行的程度就越大，此时，在极板附近的溶液中有过剩的正电荷，而极板表面上有过剩的负电荷，即在极板表面上形成“双

22、电层”。反之，极板表面上有过剩的正电荷。这样，在金属和盐溶液之间产生了电位差，这种产生在金属和它的盐溶液之间的电势叫做金属的电极电势。第41页/共73页+-M活泼 溶解 沉积 沉积 溶解M不活泼浓稀第42页/共73页2.电池的电动势：原电池有两个极，单个电极的电极电势的绝对值是无法测量的，测得的是两极的电势差，即：E=(+)-(-)E为电池的电动势第43页/共73页3.标准氢电极电极反应：()gH 2eaq)(H22+-+/HH 电对：2+()V000.0/HH2=+表示为：H+H2(g)Pt第44页/共73页标准氢电极装置图第45页/共73页4.标准电极电势：电对电对的标准电极电势：)(用标

23、准状态下的各种电极与标准氢电极组成原电池，测定这些原电池的电动势，就可知道这些物质的标准电极电势。第46页/共73页标准状态：所有的气体分压均为1105Pa。溶液中所有物质的活度均为1molKg-1 （通常用1mol.L-1)。所有纯液体和固体均为最稳定或最常 见单质。第47页/共73页电极电势的测定：)L(1.0molH )(H ,Pt )(12-+p)(Cu )L(1.0molCu 12+-+H2Cu H Cu22+V3419.0)/HH()/CuCu(22=-=+EEE V3419.0)/CuCu(2=+则E第48页/共73页V763.0)/ZnZn()H2H+/(=-=2+EEEV.7

24、63-0)/ZnZn(2=+则E第49页/共73页（2）无加和性；（3）一些电对的 与介质的酸碱性有 关。V36.1 (aq)2Cl 2e)g(Cl2=+-V36.1 (aq)Cl e(g)Cl21 2=+-酸性介质：A；碱性介质：B 第50页/共73页（4）H+无论在反应物或产物中出现皆 查酸表；OH-无论在反应物或产物中出现皆 查碱表；没有H+或OH-出现时,从存在状态来 考虑。如Fe3+e-=Fe2+，Fe3+只能在 酸性溶液中存在，故查酸表。若介 质没有参与电极反应的电势也列在 酸表中。如Cl2+2e-=2Cl-等。第51页/共73页1.1.判断氧化剂、还原剂的相对强弱判断氧化剂、还原

25、剂的相对强弱判断氧化剂、还原剂的相对强弱判断氧化剂、还原剂的相对强弱 小的电对对应的还原型物质还原性强；大的电对对应的氧化型物质氧化性强。2-4 标准电极电势的应用第52页/共73页 氧化态+ne-还原态 q/v氧化态的氧化性增强还原态的还原性增强-3.045-0.763 0.000 0.337 1.36 2.87Li+e-LiZn2+2e-Zn 2H+2e-H2 Cu2+2e-Cu Cl2+2e-2Cl-F2+2e-2F-显然，下面电对的氧化态可以氧化上面电对的还原态，有人把它叫作对角线规则。第53页/共73页氧化性：H2O2MnO4-Cl2Br2Fe3+还原性：H2OMn2+Cl-Br-Z

26、nCrFeCoNiPb 解：查标准电极电势表得：第58页/共73页3.3.判断标态下氧化还原反应进行的方向判断标态下氧化还原反应进行的方向判断标态下氧化还原反应进行的方向判断标态下氧化还原反应进行的方向标态下：E电池=正极-负极 0反应正向E电池=正极-负极 Fe2+，氧化性Fe3+Cu2+，故上述反应可由左向右自发进行。(4)判断氧化还原反应进行的方向查标准电极电势表得：例：解：因为第63页/共73页5.元素电势图及其应用元素电势图：对于具有多种氧化态的某元素，可将其各种氧化值按从高到低的顺序自左至右排列，在每两种氧化态之间用直线连接起来并在直线上标明相应电极反应的标准电极电势值，以这样的图

27、形表示某一元素各种氧化态间电极电势变化的关系称为元素电势图。第64页/共73页例：例：例：例：Fe3+Fe2+Fe0.7710.4400.03631.229V元素电势图也分为酸性介质和碱性介质。第65页/共73页(1)(1)判断岐化反应能否发生判断岐化反应能否发生判断岐化反应能否发生判断岐化反应能否发生 左左左左 右右右右 可以发生岐化反应可以发生岐化反应可以发生岐化反应可以发生岐化反应0.337V第66页/共73页3 实用电池实用电池第67页/共73页第68页/共73页第69页/共73页第70页/共73页4 有关电解的几个问题有关电解的几个问题 电解是在外电源作用下被迫发生的电解是在外电源作

28、用下被迫发生的电解是在外电源作用下被迫发生的电解是在外电源作用下被迫发生的氧化还原过程，把电能转变为化学能。氧化还原过程，把电能转变为化学能。氧化还原过程，把电能转变为化学能。氧化还原过程，把电能转变为化学能。而在原电池中正好相反，是自发地把而在原电池中正好相反，是自发地把而在原电池中正好相反，是自发地把而在原电池中正好相反，是自发地把化学能转变为电能。化学能转变为电能。化学能转变为电能。化学能转变为电能。阳极发生氧化反应，是阴离子阳极发生氧化反应，是阴离子阳极发生氧化反应，是阴离子阳极发生氧化反应，是阴离子移向的极。移向的极。移向的极。移向的极。习惯上，习惯上，习惯上，习惯上，原电池的电极常称正极、原电池的电极常称正极、原电池的电极常称正极、原电池的电极常称正极、负极；电解池的电极常称阴极、阳极负极；电解池的电极常称阴极、阳极负极；电解池的电极常称阴极、阳极负极；电解池的电极常称阴极、阳极。第71页/共73页第72页/共73页