氧化还原反应及电化学基础
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
如：标准锌电极为负极(-)，标准氢电极为正极(+)，
组成原电池，测得 E＝0.7618 (V)＝(+) – (-), 则： (-) = (Zn2+/Zn) = 0.0000 – 0.7618 = -0.7618(V)
由于标准氢电极的 制作和使用都很困难,平 时人们采用相对稳定的 甘汞电极作参比电1极1 。
+7
-1
KMnO4+ HCl
+2
0
MnCl2 + Cl2 + KCl + H2O
升高 2 ×5
c、配平: 先配平阳离子和阴离子，后配平氧和氢。
2KMnO4 + 16HCl ＝ 2MnCl2 + 5Cl2 + 2KCl + 8H2O
5
• 氯气是重要的化工原料，可以用来制备很多化 工产品，比如可以制备净水剂高铁酸钾，写出 碱性条件下，由氯化铁制备高铁酸钾的离子方 程式。
历 年代
氧化反应
还原反应
认 识
史 18世纪末
与氧化合
从氧化物夺取氧
不
发 19世纪中 化合价升高
化合价降低
断 深
展 20世纪初
失去电子
得到电子
化
例如: Fe + Cu2+ = Fe2+ + Cu 称为全(总)反应
电子转移
氧化
Fe - 2e
Fe2+
(氧化)半反应
Cu2+ + 2e 还原 Cu (还原)半反应
2
思考：氧化数 — “表观化合价”
（1）Na2S2O3
+2
（2） CrO5
+10
Na2S4O6
+2.5
CrO5 结构
化合价+6，与O有能力 形成六个共价键
S2O32– 中S的氧化数为＋2：
“表观化合价”
O -O S O-
S
化合价
(+6) (-2)
化合价平均值 = + 2
3
2 氧化还原反应，半反应，氧化还原电对
2、难溶或弱电解质应写成分子形式 3、注明沉淀、气体等
7
二、电池电动势(E)与电极电势() 1 原电池: Cu-Zn原电池
负极
正极
8
原电池（Galvanic cells）：
------化学能转化成电能的装置
(区别于电解池 electrolytic cells)
1）组成： ① 半电池（电极）
② 检流计
氧化还原反应 电化学
一、氧化数及氧化还原反应方程式的配平
1、氧化数 2、氧化还原反应 3、氧化还原反应方程式的配平
二、电池电动势(E)与电极电势()
1、原电池 电池电动势 2、电极电势 标准电极电势 3、电池电动势E和化学反应G的关系 4、影响电极电势的因素
三、电极电势的应用及相关计算
1
一、氧化数及氧化还原反应方程式的配平
10
2）标准电极电势的测定
将待测的标准电极与标准氢电极组成原电池，在 25ºC下，用检流计确定
电池的正极(+)、负极(–) ，然后用电位计测定电池的电动势E来决定。 IUPAC 规定： E ＝ (+) – (–)
International Union of Pure and Applied Chemistry 国际理论和应用化学联合会
写电池符号应注意事项：
• 正、负极：左(－)，右(＋)
• 界面“|”：单质写在极棒“|”
的 外面。
• 要注明：离子浓度(c)；气体
分压(p)；
• 盐桥: “||”
9
标准电极电势 (V)
是指定温度( 25ºC)，浓度均为 1 mol/dm3, 气体的分压都是标准压
力(100 kPa), 固体及液体都是纯净物状态下某电对的电极电势。 电对的电极电势无法测定其绝对值，只有相对值。
➢ 半反应写法：氧化态 + n e = 还原态
➢ 氧化还原电对：氧化态/还原态
电对
Fe2+/Fe Cu2+/Cu
4
3 氧化还原反应方程式的配平 ➢ 氧化数法
a、反应物写出氧化剂和还原剂，产物写出还原产物和氧化产物； b、确定氧化剂和还原剂的氧化数变化值，并根据变化相等的要
求配上系数；
降低 5 ×2
• 酸性条件下，K2Cr2O7将碳氧化为CO2，自身被 还原为Cr3+的离子方程式。
6
氧化数法配平注意事项：
➢ 配平原则：
1、电荷守恒：氧化剂得电子数等于还原剂失电子数。 2、质量守恒：反应前后各元素原子总数相等。
➢ 写出的方程式必须与实验事实相符合:
1、反应介质： 酸性介质中，不能出现 OH－ 碱性介质中，不能出现 H＋
③ 盐桥（琼脂 ＋ 强电解质KCl, KNO3等，作用是补充电荷、 维持电荷平衡）
2）电极反应：
正极（Cu）: 负极（Zn）:
Cu2+ + 2e = Cu Zn- 2e = Zn2+
3）电池反应及电池符号： Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu
(－)Zn | Zn2+ (c1) || Cu2+ (c2) | Cu (＋)
3 电池电动势 E 和化学反应 G 的关系 1) 电池电动势E：电池正(+) 、负(–)电极之间的电势差。
E = (+) – (–) 用电位差计可直接测量出E 如：铜锌电池的标准电动势 E = 1.10 V
(–) Zn | Zn2+(1 mol/dm3) || Cu2+(1 mol/dm3) | Cu (+)
12
原电池，在恒温、恒压下，体系自由能降低等于体系所作的最大电功，则：
1) 电池G电=动– 势WmaEx 和 G
Wmax= U×It = E×Q (Q为电量）
1）单质中，元素的氧化数等于零。（N2 、H2 、O2 等）
2）离子化合物中，与元素的电荷数相一致。 NaCl CaF2 +1,-1 +2,-1
3) 共价化合物中，成键电子对偏向电负性大的元素。
O: -2 (H2O 等)；－1 (H2O2); －0.5 (KO2 超氧化钾） H: +1 (一般情况)；－1 (CaH2 、NaH)
1 氧化数与电子转移 (Electron Transfer)
化学结构理论的发展
由原子价(化合价) (价键理论和电负性)
氧化数
(某原子成键的数目）
（某元素所带形式电荷的数值）
Fe + Cu2+ = Fe2+ + Cu e 转移
H2 + 0.5 O2 = H2 O e 偏移
wk.baidu.com
氧化数： +1 -2
规则：物质中各元素氧化数的代数和为零。
规定：标准氢电极“ H+/H2(p) = 0 ”
1) 标准氢电极(SHE):
2 H+ + 2e
H2
(H+/H2) = 0.0000 (V)
铂片上表面镀一层海绵状铂（铂
黒，吸附H2的能力很强），插入H+ 浓度为1mol/dm3 的溶液中，25ºC下，
不断地通入标准压力的纯 H2气流， 与溶液中的H+ 达平衡。
组成原电池，测得 E＝0.7618 (V)＝(+) – (-), 则： (-) = (Zn2+/Zn) = 0.0000 – 0.7618 = -0.7618(V)
由于标准氢电极的 制作和使用都很困难,平 时人们采用相对稳定的 甘汞电极作参比电1极1 。
+7
-1
KMnO4+ HCl
+2
0
MnCl2 + Cl2 + KCl + H2O
升高 2 ×5
c、配平: 先配平阳离子和阴离子，后配平氧和氢。
2KMnO4 + 16HCl ＝ 2MnCl2 + 5Cl2 + 2KCl + 8H2O
5
• 氯气是重要的化工原料，可以用来制备很多化 工产品，比如可以制备净水剂高铁酸钾，写出 碱性条件下，由氯化铁制备高铁酸钾的离子方 程式。
历 年代
氧化反应
还原反应
认 识
史 18世纪末
与氧化合
从氧化物夺取氧
不
发 19世纪中 化合价升高
化合价降低
断 深
展 20世纪初
失去电子
得到电子
化
例如: Fe + Cu2+ = Fe2+ + Cu 称为全(总)反应
电子转移
氧化
Fe - 2e
Fe2+
(氧化)半反应
Cu2+ + 2e 还原 Cu (还原)半反应
2
思考：氧化数 — “表观化合价”
（1）Na2S2O3
+2
（2） CrO5
+10
Na2S4O6
+2.5
CrO5 结构
化合价+6，与O有能力 形成六个共价键
S2O32– 中S的氧化数为＋2：
“表观化合价”
O -O S O-
S
化合价
(+6) (-2)
化合价平均值 = + 2
3
2 氧化还原反应，半反应，氧化还原电对
2、难溶或弱电解质应写成分子形式 3、注明沉淀、气体等
7
二、电池电动势(E)与电极电势() 1 原电池: Cu-Zn原电池
负极
正极
8
原电池（Galvanic cells）：
------化学能转化成电能的装置
(区别于电解池 electrolytic cells)
1）组成： ① 半电池（电极）
② 检流计
氧化还原反应 电化学
一、氧化数及氧化还原反应方程式的配平
1、氧化数 2、氧化还原反应 3、氧化还原反应方程式的配平
二、电池电动势(E)与电极电势()
1、原电池 电池电动势 2、电极电势 标准电极电势 3、电池电动势E和化学反应G的关系 4、影响电极电势的因素
三、电极电势的应用及相关计算
1
一、氧化数及氧化还原反应方程式的配平
10
2）标准电极电势的测定
将待测的标准电极与标准氢电极组成原电池，在 25ºC下，用检流计确定
电池的正极(+)、负极(–) ，然后用电位计测定电池的电动势E来决定。 IUPAC 规定： E ＝ (+) – (–)
International Union of Pure and Applied Chemistry 国际理论和应用化学联合会
写电池符号应注意事项：
• 正、负极：左(－)，右(＋)
• 界面“|”：单质写在极棒“|”
的 外面。
• 要注明：离子浓度(c)；气体
分压(p)；
• 盐桥: “||”
9
标准电极电势 (V)
是指定温度( 25ºC)，浓度均为 1 mol/dm3, 气体的分压都是标准压
力(100 kPa), 固体及液体都是纯净物状态下某电对的电极电势。 电对的电极电势无法测定其绝对值，只有相对值。
➢ 半反应写法：氧化态 + n e = 还原态
➢ 氧化还原电对：氧化态/还原态
电对
Fe2+/Fe Cu2+/Cu
4
3 氧化还原反应方程式的配平 ➢ 氧化数法
a、反应物写出氧化剂和还原剂，产物写出还原产物和氧化产物； b、确定氧化剂和还原剂的氧化数变化值，并根据变化相等的要
求配上系数；
降低 5 ×2
• 酸性条件下，K2Cr2O7将碳氧化为CO2，自身被 还原为Cr3+的离子方程式。
6
氧化数法配平注意事项：
➢ 配平原则：
1、电荷守恒：氧化剂得电子数等于还原剂失电子数。 2、质量守恒：反应前后各元素原子总数相等。
➢ 写出的方程式必须与实验事实相符合:
1、反应介质： 酸性介质中，不能出现 OH－ 碱性介质中，不能出现 H＋
③ 盐桥（琼脂 ＋ 强电解质KCl, KNO3等，作用是补充电荷、 维持电荷平衡）
2）电极反应：
正极（Cu）: 负极（Zn）:
Cu2+ + 2e = Cu Zn- 2e = Zn2+
3）电池反应及电池符号： Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu
(－)Zn | Zn2+ (c1) || Cu2+ (c2) | Cu (＋)
3 电池电动势 E 和化学反应 G 的关系 1) 电池电动势E：电池正(+) 、负(–)电极之间的电势差。
E = (+) – (–) 用电位差计可直接测量出E 如：铜锌电池的标准电动势 E = 1.10 V
(–) Zn | Zn2+(1 mol/dm3) || Cu2+(1 mol/dm3) | Cu (+)
12
原电池，在恒温、恒压下，体系自由能降低等于体系所作的最大电功，则：
1) 电池G电=动– 势WmaEx 和 G
Wmax= U×It = E×Q (Q为电量）
1）单质中，元素的氧化数等于零。（N2 、H2 、O2 等）
2）离子化合物中，与元素的电荷数相一致。 NaCl CaF2 +1,-1 +2,-1
3) 共价化合物中，成键电子对偏向电负性大的元素。
O: -2 (H2O 等)；－1 (H2O2); －0.5 (KO2 超氧化钾） H: +1 (一般情况)；－1 (CaH2 、NaH)
1 氧化数与电子转移 (Electron Transfer)
化学结构理论的发展
由原子价(化合价) (价键理论和电负性)
氧化数
(某原子成键的数目）
（某元素所带形式电荷的数值）
Fe + Cu2+ = Fe2+ + Cu e 转移
H2 + 0.5 O2 = H2 O e 偏移
wk.baidu.com
氧化数： +1 -2
规则：物质中各元素氧化数的代数和为零。
规定：标准氢电极“ H+/H2(p) = 0 ”
1) 标准氢电极(SHE):
2 H+ + 2e
H2
(H+/H2) = 0.0000 (V)
铂片上表面镀一层海绵状铂（铂
黒，吸附H2的能力很强），插入H+ 浓度为1mol/dm3 的溶液中，25ºC下，
不断地通入标准压力的纯 H2气流， 与溶液中的H+ 达平衡。