教学指导氧化还原反应与电极电位
第八章氧化还原反应与电极电位.ppt
若待测电极中还原型物质的还原性 < H2，则待测电 极作正极极，标准氢电极作负极，得到的电极电位
为正值。
（四）标准电极电位的应用
1. 比较氧化剂和还原剂的相对强弱：电极电位值越高， 氧化还原电对中氧化态的氧化性越强，则还原态的还 原性越弱；电极电位值越低，氧化还原电对中还原态 的还原性越强，则氧化态的氧化性越弱。
lg K
n(
)
9.50
0.05916
K 3.16109
K
[HAc]2
[H ]2[ Ac ]2
1
{K (HAc)}2
K a
2. 判断氧化还原反应的方向
较强的氧化剂和较强的还原剂作用，生成较弱
的还原剂和较弱的氧化剂。
(Cu2+/Cu)
强Ox1 + 强Red2 === 弱Ox2 + 弱Red1 = 0.3419V
Cu 2 Zn Zn 2 Cu
(Zn2+/Zn)
第三节 电池电动势与Gibbs自由能 = -0.7618V
还原型物质的还原能力增强
Ox6 /Red6
三、氧化还原反应方程式的配平 氧化值法和离子-电子法。
（一）氧化值法 *写出反应物和生成物的化学式； *标出氧化值有变化的组成元素的氧化值，计算
氧化值升高和降低的数值； *根据元素氧化值降低的数值=元素氧化值升高
的数值，利用最小公倍数确定氧化剂和还原剂的化 学计量数；
三、标准电极电位
标准状态：气体物质，p=p ；溶液中的溶质，cB=c ；
温度，298.15K作为参考温度。
（一）标准氢电极
电极组成式：
化学反应中的氧化还原电位与电极
化学反应中的氧化还原电位与电极氧化还原反应是化学反应中非常重要的一种类型。
在氧化还原反应中，电子的转移导致了原子或离子的氧化和还原。
这种电子转移过程涉及到电极和氧化还原电位的概念。
一、电极电极是指在氧化还原反应中起着电子转移的作用的物质。
电极分为两种类型，即负极和正极。
负极又称为还原电极，它是氧化还原反应中接受电子的地方，通常是由还原剂构成。
正极又称为氧化电极，它是氧化还原反应中提供电子的地方，通常是由氧化剂构成。
二、氧化还原电位氧化还原电位是评估氧化还原反应中电子转移的能力的物理量。
它反映了氧化剂和还原剂进行氧化还原反应的趋势和力量。
氧化还原电位用E表示，单位为伏特（V）。
氧化还原电位是通过比较参与氧化还原反应的两种物质在标准状态下的电极电势差来确定的。
标准氧化还原电位用E°表示，单位仍然是伏特（V）。
在标准氧化还原电位中，参与反应的物种的浓度被规定为1mol/L，在温度为298K的情况下进行测量。
三、氧化还原电位与反应方向根据氧化还原电位的值，可以判断氧化还原反应的方向。
当两个物质的氧化还原电位的差值（ΔE）大于0时，反应会向着具有较正电位的物质发生。
反之，当ΔE小于0时，反应会向着具有较负电位的物质发生。
根据这个原理，可以预测氧化还原反应的进行方向，并判断哪个物质是氧化剂，哪个物质是还原剂。
氧化剂是具有较正氧化还原电位的物质，它会接受电子。
还原剂是具有较负氧化还原电位的物质，它会提供电子。
四、应用氧化还原电位在许多化学反应中具有重要的应用价值。
它可以用于计算电池电势，评估电池的性能。
电池电势是通过将正极和负极的氧化还原电位之差（ΔE）计算得到的。
较大的电势差意味着更强的电池，因为它产生了更大的电流。
此外，氧化还原电位还可以用于研究化学反应的速率。
具有较大氧化还原电位差的氧化还原反应通常具有更快的速率，因为电子的转移更容易发生。
总结：化学反应中的氧化还原电位与电极密切相关。
电极在氧化还原反应中起着电子转移的作用，其中氧化电极提供电子，还原电极接受电子。
氧化还原反应与电极电位
第八章首 页 基本要求氧化还原反应与电极电位重点难点 讲授学时 内容提要1基本要求[TOP]1.1 掌握离子电子法配平氧化还原反应式，计算元素氧化值；电池组成式的书写。
1.2 掌握以标准电极电位判断氧化还原反应方向。
1.3 掌握通过标准电动势计算氧化还原反应的平衡常数； 掌握电极电位的 Nernst 方程、 影响因素及有关 计算。
1.4 熟悉氧化值和氧化还原反应的意义， 1.5 熟悉原电池的结构及正负极反应的特征；熟悉标准电极电位概念；熟悉 pH 操作定义。
1.6 了解电极类型、电极电位产生的原因，了解电动势与自由能的关系。
1.7 了解电位法测量溶液 pH 的原理， 1.8 了解电化学和生物传感器的一般原理与应用。
2重点难点[TOP]2.1 重点 2.1.1 标准电极电位表的应用。
2.1.2 电极反应与电池反应，电池组成式的书写。
2.1.3 通过标准电动势计算氧化还原反应的平衡常数。
2.1.4 电极电位的 Nernst 方程、影响因素及有关计算。
2.2 难点 2.2.1 电极电位的产生 2.2.2 用设计原电池的方法计算平衡常数 2.2.3 Nernst 方程的推导3讲授学时 建议 6 学时[TOP]14内容提要[TOP]第一节第二节第三节第四节第五节4.1 第一节 氧化还原反应 4.1.1 氧化值 氧化值（又称氧化数）是某元素一个原子的表观荷电数，这种荷电数是假设把每个键中的电子指定 给电负性较大的原子而求得。
根据此定义，确定元素氧化值的规则：①在单质中，原子的氧化值为零。
②在电中性的化合物中，所有原子的氧化值之和为零。
③单原子离子的氧化值等于它所带的电荷数；多 原子离子中所有原子的氧化值之和等于该离子所带的电荷数。
④氢在化合物中的氧化值一般为+1；氧在 化合物中的氧化值一般为-2； 氟在化合物中的氧化值均为-1。
原子的氧化值可以是整数也可以是分数或 小数。
4.1.2 氧化还原反应 元素的氧化值发生了变化的化学反应称为氧化还原反应。
氧化还原反应与电极电位
氧化还原反应与电极电位氧化还原反应是化学反应中常见的一种类型，它涉及到电子的传递和原子、离子之间的电荷转移。
在氧化还原反应中，物质可以同时发生氧化和还原的过程，其中一个物质被氧化，失去电子，另一个物质则被还原，获得电子。
这种反应可以通过电极电位来描述和测量。
一、电极电位的定义电极电位是指电极与溶液中某特定物种（如氢离子）之间的电势差。
它是描述氧化还原能力的物理量，以标准氢电极为参照。
标准氢电极的电极电位定义为0V，其他电极与标准氢电极之间的电位差可以正负表示。
正值表示该电极的氧化还原能力较强，负值表示能力较弱。
二、氧化还原反应中的电位变化在氧化还原反应中，电子的转移会导致电极电位的变化。
当物质被氧化时，它的电极电位会升高，而当物质被还原时，电极电位会降低。
这是因为被氧化的物质失去了电子，所以电极电位增高；而被还原的物质获得了电子，所以电极电位降低。
三、电极电位的测量方法测量电极电位的方法有很多种，其中较常用的是电化学法。
电化学法利用电池的原理，将待测电极与参比电极连接在一起，通过测量其间的电势差来得到电极电位。
常见的参比电极有标准氢电极、银/银离子电极等。
四、电极电位对氧化还原反应的影响电极电位可以影响氧化还原反应的进行程度和方向。
当两个电极电位之间的差异较大时，电子会从电位较负的一侧传递到电位较正的一侧，从而反应更为剧烈。
根据电极电位的高低，氧化还原反应可以被分为自发反应和非自发反应。
自发反应是指电极电位差足够大，反应能够自行进行；非自发反应是指电极电位差不足以驱动反应发生，需要外部提供电势差来促使反应进行。
五、电极电位在实际应用中的意义电极电位在许多领域具有广泛的应用价值。
在电化学电池中，电极的电位差决定了电池的工作状态和输出电压。
在腐蚀、电解和电镀等工艺中，电极电位的变化影响着反应速率和产物的选择。
而在生物体内，电极电位的平衡和调节对细胞的正常功能也具有重要作用。
总结：氧化还原反应与电极电位密切相关。
氧化反应的标准电极电位与氧化还原反应的推导
氧化反应的标准电极电位与氧化还原反应的推导氧化还原反应是化学中常见的重要反应之一。
在氧化还原反应中，物质发生氧化的过程称为氧化反应，而同时发生还原的过程称为还原反应。
作为探究氧化还原反应的一个重要指标，标准电极电位在研究中起着重要的作用。
本文将探讨氧化反应的标准电极电位以及氧化还原反应的推导。
1. 标准电极电位标准电极电位是指在标准状态下，电极与溶液中电离浓度均为1mol/L时，测得的电解电位。
标准状态是指所有反应物的活度均为1。
标准电极电位可以通过电位差测量仪器来测量，并被用来评估元素或化合物的氧化还原能力。
2. 氧化反应的标准电极电位氧化反应涉及到被氧化物质失去电子，因此其标准电极电位是正值，表示其具有氧化能力。
例如，标准氢电极的电位被定义为0 V，而其他电极的电位相对于标准氢电极进行比较和测量。
3. 氧化还原反应的推导氧化还原反应的推导可以通过以下步骤进行。
a. 确定氧化和还原反应物首先需要明确参与反应的氧化物质和还原物质。
氧化反应中，物质被氧化，因此被氧化的物质是氧化剂，而还原反应中，物质被还原，因此被还原的物质是还原剂。
b. 确定氧化态和还原态确定氧化反应物和还原反应物的氧化态和还原态。
根据反应物和产物中元素的氧化态的变化来推导反应的方程式。
c. 平衡反应方程式根据确定的氧化态和还原态，平衡氧化还原反应方程式中的反应物和产物的个数。
确保反应方程式中的总电荷和总质量都平衡。
d. 计算电极电位利用标准电极电位表，查找反应中涉及的各个物质的标准电极电位，并按照反应方程式的系数进行计算。
计算得到的标准电极电位之差就是氧化还原反应的标准电极电位。
4. 应用和意义氧化还原反应的标准电极电位可以用来比较和评估不同物质的氧化还原能力。
通过测量不同反应物的标准电极电位，可以推导出一系列反应的相对强弱，从而指导相关实验的设计和反应条件的选择。
此外，标准电极电位的研究对于电化学、电池和腐蚀等领域的发展也具有重要意义。
第五章--氧化还原反应和电位要点
3．离子−电子法配平的关键：(1) 每个半反应两 边的电荷数与电子数的代数和相等；(2)原子数 相等；(3)正确添加介质。
氧化值法不仅适用于在水溶液中进行 的反应，而且适用于在非水溶液和高 温下进行的反应；离子−电子法仅适用 于在水溶液中进行的反应。
第二节 原电池和电极电位
一、原电池 (一)、原电池的概念 图5−1原电池结构示意图
将两个电极组合起来就可构成一个原电池，原电池 的装置可用简易的化学式和符号来表示。如
MnO4− + 8H+ + 5Fe2+
Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O
其原电池的电池组成式为
(−)Pt∣Fe2+(c1) ， Fe3+(c2) Mn2+(c5) ∣Pt(+)；
Pt为辅助电极。
‖MnO4−
红蛋白释放出氧将葡萄糖氧化，并放出能量。
第一节 氧化还原反应
一、氧化值 为表示各元素在化合物中所处的化合状态，
无机化学中引进了氧化值的概念，氧化值又 称为氧化数。1970年纯粹和应用化学国际联 合会（International Union of Pure and Applied Chemistry , 缩写为IUPAC）。
电池电动势Eθ＞0（即φθ＋＞φθ−），则反应按给 定的方向正向进行；若Eθ＜0（即φθ＋＜φθ−），
反应按给定的方向逆向进行。
4. 选择适当的氧化剂、还原剂。 5. 判断溶液中离子的共存性。
第三节 能斯特方程式
一、能斯特方程式
在aOx +neb
Red ：
(Ox/Red)
θ (Ox/Red)
(二)、沉淀的生成对电极电位的影响
氧化还原反应的电极电位计算电极电位与氧化还原反应的驱动力计算
氧化还原反应的电极电位计算电极电位与氧化还原反应的驱动力计算氧化还原反应是化学中非常重要的一类反应，涉及到电子的转移与传递。
在氧化还原反应中，电极电位是一个关键参数，用来描述电极上发生氧化还原反应的趋势和方向。
本文将介绍如何计算氧化还原反应的电极电位以及电极电位与氧化还原反应的驱动力之间的关系。
一、氧化还原反应的电极电位计算方法在氧化还原反应中，电极电位可以通过计算标准电极电位和非标准电极电位来确定。
标准电极电位是指在标准状况下（浓度为1 mol/L，温度为298K），电极上的氧化还原反应的电位。
非标准电极电位是指在非标准状况下，电极上的氧化还原反应的电位。
1. 计算标准电极电位标准电极电位的计算可以通过标准氧化还原电位表来实现。
标准氧化还原电位表列出了各个氧化还原对的标准电极电位值。
对于给定的氧化还原对，其标准电极电位可以通过两个半反应的标准电极电位之差来计算。
2. 计算非标准电极电位非标准电极电位可以通过涉及到的各种因素来确定，例如浓度、温度和电子传递系数等。
在实际应用中，可以使用尼尔斯特方程来计算非标准电极电位：E = E0 - (0.0592/n) * logQ其中，E是非标准电极电位，E0是标准电极电位，n是电子传递的电子数目，Q是反应物浓度之比的电子指数。
二、电极电位与氧化还原反应的驱动力计算方法氧化还原反应的驱动力可以通过计算电极电位之差来确定。
具体而言，氧化还原反应的驱动力等于电子传递的能力与电子转移的能力之间的差异。
根据热力学理论，氧化还原反应的驱动力可以通过以下公式计算：ΔG = -nFΔE其中，ΔG是氧化还原反应的自由能变化，n是电子传递的电子数目，F是法拉第常数，ΔE是氧化还原反应的电极电位差。
根据上述公式，我们可以通过计算氧化还原反应的电极电位差来确定反应的驱动力。
如果电极电位差为正值，说明反应是自发进行的，驱动力大；如果电极电位差为负值，反应是不自发进行的，驱动力小。
氧化反应的标准电极电位与氧化还原反应的判断
氧化反应的标准电极电位与氧化还原反应的判断氧化还原反应是化学反应中最重要的类型之一，它涉及到电子的转移和化学物质的氧化与还原。
在氧化还原反应中，标准电极电位是一个重要的概念，用于判断反应的进行方向和强弱。
本文将探讨氧化反应的标准电极电位与氧化还原反应的判断方法。
一、氧化还原反应的概念氧化还原反应是指在化学反应中，原子、离子或分子中的电子从一个物质转移到另一个物质的过程。
其中，氧化是指物质失去电子或氢原子，而还原则是物质获得电子或氢原子。
典型的氧化还原反应包括金属被酸溶解、金属腐蚀、燃烧等。
二、标准电极电位的概念标准电极电位是用来衡量氧化还原反应的强弱的物理量，通常用E0表示。
标准电极电位是指在标准条件下，将某个氧化还原对中的氧化剂或还原剂与标准氢电极（E0=0V）之间建立电池，测得的电位差。
三、标准电极电位的判别在氧化还原反应中，标准电极电位可用于判断反应的进行方向和强弱。
标准电极电位越正，说明反应的氧化能力越强，即越容易接受电子；标准电极电位越负，说明反应的还原能力越强，即越容易失去电子。
判断方法如下：1. 比较标准电极电位：将两个氧化还原对的标准电极电位进行比较，标准电极电位较正的物质是氧化剂，较负的物质是还原剂。
2. 使用电位差计算电动势：将氧化剂和还原剂构成一个电池，通过测量电动势来判断反应的进行方向和强弱。
正电动势表示反应进行，负电动势表示反应不进行。
3. 应用电化学系列：通过查阅电化学系列（即电位序列），可以根据氧化还原电位的大小来判断反应的进行方向和强弱。
在电化学系列中，标准电极电位越正的物质越容易接受电子。
四、应用实例1. 锌和铜的氧化还原反应：锌离子（Zn2+）具有较强的氧化能力，标准电极电位为-0.76V；铜离子（Cu2+）具有较强的还原能力，标准电极电位为+0.34V。
因此，在锌和铜之间，氧化反应发生在锌上，还原反应发生在铜上。
2. 高锰酸钾和硫酸的氧化还原反应：高锰酸钾（KMnO4）是一种强氧化剂，标准电极电位为+1.51V；硫酸（H2SO4）不具备还原能力，标准电极电位为0V。
化学反应中的氧化还原电位与电极电势
化学反应中的氧化还原电位与电极电势化学反应中的氧化还原（Redox）电位与电极电势是研究电化学过程中的重要概念。
在化学反应中，电子转移过程是氧化还原反应的核心。
了解和掌握氧化还原电位及电极电势的概念对于理解电化学现象和反应机理具有重要意义。
本文将介绍氧化还原电位与电极电势的基本概念、测量方法和相关应用。
一、氧化还原电位的定义与计算氧化还原电位是指在标准态下，反应物的氧化半反应和还原半反应之间的电势差。
氧化还原电位可以通过标准电极电势来计算。
标准电极电势是指在标准态下，与氢电极（标准氢电极）相比，电极上的电势差。
标准氢电极的电极电势定义为零，其他电极的电势都是相对于标准氢电极而言的。
计算氧化还原电位可以使用Nernst方程，即：E = E0 - (RT/nF)lnQ 其中，E表示氧化还原电位，E0表示标准电极电势，R表示理想气体常数，T表示温度，n表示电子的转移数，F表示法拉第常数，Q表示反应物的活度积。
二、电极电势的测量方法电极电势是指电极与电解质溶液之间的电势差。
测量电极电势常用的方法有两种：直接测量法和表观电极电势法。
直接测量法是通过连接一个参比电极和待测电极，通过电压表等仪器对电势差进行直接测量。
参比电极的电势是已知的，可以与待测电极进行比较，得到待测电极的电势值。
表观电极电势法是通过浸泡不同浓度的电解质溶液中的电极，测量得到的电势变化来推算电极电势。
这种方法可以用于分析电极表面的活性和浓度等信息。
三、氧化还原电位与自发反应氧化还原电位与反应的自发性有密切关系。
在电化学中，氧化还原反应是否自发进行可以通过比较氧化还原电位来判断。
当氧化还原电位为正时，反应是自发的；当氧化还原电位为负时，反应是非自发的。
而当氧化还原电位为零时，反应处于平衡状态。
通过对氧化还原电位的测量，可以了解反应物之间电子转移的方向和自发性，从而推断反应过程中的能量变化和反应机理。
四、氧化还原电位与电化学应用氧化还原电位的概念在电化学领域具有广泛的应用。
化学实验教案氧化还原反应的电位测定实验
化学实验教案氧化还原反应的电位测定实验实验名称：氧化还原反应的电位测定实验实验目的：通过测定氧化还原反应的标准电位，了解反应的活性和反应条件对反应进行控制的重要性。
实验原理：氧化还原反应是指物质的电子由一个物质转移到另一个物质的过程。
在化学实验中，可以通过测定半电池的标准电位来判断反应的活性和进行定量分析。
实验器材：1. 电位计2. 碳杆电极3. 试管4. 还原剂和氧化剂的溶液实验步骤：1. 准备一个饱和盐桥，将其浸泡在1M KCl溶液中。
2. 将电位计连接到电位计的红色端子，并将电位计的黑色端子连接到碳杆电极。
3. 将还原剂溶液注入一个试管中，并将碳杆电极插入其中。
记录电位计的初始读数。
4. 将氧化剂溶液注入另一个试管中，并将碳杆电极插入其中。
记录电位计的初始读数。
5. 将碳杆电极分别插入还原剂溶液和氧化剂溶液中，记录电位计的读数。
6. 根据电位计读数的变化，计算反应的标准电位。
实验结果与数据分析：根据实验得到的电位计读数，可以计算得到反应的标准电位。
通过比较不同反应系统中的标准电位，可以了解反应的活性及反应条件对反应的影响。
实验注意事项：1. 实验过程中需注意安全，避免溶液溅出或接触皮肤。
2. 在进行电位测定时，应稳定电位计读数，避免振荡和干扰。
3. 实验器材应干净整洁，以避免实验结果的误差。
实验拓展：1. 可以尝试测定不同溶液体系中不同反应的标准电位，并比较其活性差异。
2. 可以通过改变反应的温度和浓度等条件，探究反应条件对反应活性的影响。
实验结论：通过本实验，我们成功测定了氧化还原反应的标准电位，并通过比较不同反应体系的标准电位，了解了反应活性与反应条件的关系。
实验结果证明了电位测定是研究氧化还原反应的重要手段，对于探究反应机理和优化反应条件具有重要意义。
氧化还原与电极电位的测定
实验 氧化还原与电极电位的测定一、实验目的1．了解电极电位与氧化还原反应的关系以及介质的酸碱性对氧化还原的影响。
2．了解测定电极电位的原理和方法。
3．了解溶液浓度对电极电位的影响。
4．学习使用酸度计测定电动势的方法。
二、实验原理1．氧化还原反应（1）氧化还原反应进行的方向根据标准电极电位，可以判断氧化还原反应进行的方向。
一般地说，作为氧化剂物质的电对的标准电极电位的代数值大于作为还原剂物质的电对的标准电极电位的代数值时，反应可以自发进行。
例如：3FeCl 可能和铜反应。
从电极电位数据值V Fe Fe 77.00/23=++ϕ、V Cu Cu 34.00/2=+ϕ可以看出，0/0/223Cu Cu Fe Fe +++>ϕϕ。
因此，Cu 作还原剂，而FeCl 3作为氧化剂，可以进行如下反应：32222FeCl Cu FeCl CuCl +=+印刷电路筒板能用FeCl 3溶液腐蚀，就是依据这个反应。
（2）介质对氧化还原反应的影响介质的酸碱性对含氧酸盐的氧化性影响很大。
例如，KMnO 4在不同介质中还原产物不同，在酸性介质中，4MnO -被还原为2Mn +离子（无红或浅红色），在中性或弱碱性介质中被还原为2MnO （褐色可暗黄色）沉淀；在强碱性介质中还原为24MnO -离子（绿色）。
由此可知，4KMnO 的氧化性随介质酸性减小而减弱。
（3）中间价态化合物的氧化还原性中间价态化合物，一般既可作氧化剂，又可作还原剂，例如，H 2O 2常作为氧化剂而被还原为H 2O 或OH -，但遇到强氧化剂时，即作为还原剂被氧化而放出O 2。
2．电极电位的测定及与浓度的关系（1）电极电位的测定测定电极电位，通常是用标准氢电极作参作电极，与待测电极组成原电池，用电位计测定其电动势。
根据E ϕϕ=-正负，可求得待测电极的电极电位。
由于采用标准氢电极不很方便，因此，常用甘汞电极作为参比电极。
例如测出以锌电极作负极，以饱和甘汞电极（25℃时，电位值为0.2415V ）作为正极的原电池电动势，就可求得锌电极电位EE E Z Z Z Z -==2415.0n/nn/n 22－＝－＝－甘汞甘汞负正＋＋ϕϕϕϕϕϕ（2）电极电位和浓度的关系电极电位与溶液浓度的关系，可用能斯特方程式表示： 25℃时 00.059[]lg n ϕϕ=+氧化态[还原态]一般说来，当金属离子或氢离子浓度减小时，金属或氢电极的电极电位代数值减小，当非金属离子浓度减小时，非金属电极的电极电位代数值增大。
氧化还原与电极电位
电极反应式： 2H+ + 2e-
H2
（三）电池组成式
书写原则： 两个电极组合起来构成原电池 负极在左，正极在右 (-)表示负极、(+)表示正极，紧靠金属导电极板书写 两个半电池之间的盐桥用“ || ”表示
Zn ＋ Cu2+ ＝ Zn2+ ＋ Cu
(－) Zn(s) |Zn2+(1 mol·L-1)‖Cu2+(1 mol·L-1) |Cu(s) (+)
➢ 当氧化还原电对中氧化型浓度降低或还原型
浓度增大时， 将更负，还原型还原能力增强，
氧化型氧化能力减弱
（二）溶液酸度对电极电势的影响
已知电极反应
MnO4－ + 8H+ + e－
Mn2+ + 4H2O ө＝1.507 V
若MnO4－ 、Mn2+仍为标准状态，求298.15K、pH＝ 6时，此电极的电极电势。
难溶电解质：难溶盐、氧化物及氢氧化物
例：氯化银电极
氧化还原电对：AgCl /Ag
电极组成式： Cl－|AgCl(s) , Ag(s)
电极反应式： AgCl + e-
Ag + Cl-
3. 氧化还原电极
将惰性极板浸入含有同一元素的两种不同氧化值 的离子的溶液中构成的电极
例：将Pt铂片插入Fe3+及Fe2+的溶液
(Fe3
/
Fe2
)
0.05916
lg
[Fe3 [Fe2
] ]
0.771 0.05916 lg 1 0.0001
0.771 0.05916 4
1.01V
氧化还原与电极电位
p
当T=298.15K
0.05916 (cOx ) (Ox/Red) (Ox/Red) lg q n (cRe d )
d e ( c ) ( c ) RT Red1 Ox 2 E Eθ ln nF (cOx 1 ) a (c Red2 ) b
半反应 氧 化 剂 的 氧 化 能 力 增 强 Na++2e- Na Zn2++2e- Zn Pb2++2e- Pb 2H++2e- H2 AgCl+e- Ag+ClCu2++2e- Cu I2+2e- 2IO2+2H++2e- H2O2 Fe3++e- Fe2+ Ag++e- Ag Br2(l)+2e- 2BrCr2O72-+14H++6e- 2Cr3++7H2O Cl2+ 2e- 2ClMnO4-+8H++5e- Mn2++4H2O
lg K
θ
nE
0.05916
2 1.1037 0.05916
37.3124
Kθ=2.053×1037
运用电池的标准电动势可以计算反应的平衡常数，而平衡常数又 能表示反应进行的程度，因此用电池的标准电动势的大小也可表示 反应进行的程度。一般认为当电池反应中转移的电子数n = 2时， Eθ >0.2V，或n = 1时， Eθ >0.4V，均有K>106，此平衡常数已较大， 反应进行得比较完全了。要注意的是这种进行程度是指热力学上的 可能性，实际上能否发生还应考虑动力学的因素。
氧化还原反应和电位的概念及计算方法的教学备课教案
氧化还原反应和电位的概念及计算方法的教学备课教案1. 引言氧化还原反应和电位是化学中重要的概念，对于理解化学反应、电化学、电池等方面都具有重要的意义。
本教学备课教案旨在帮助学生全面掌握氧化还原反应和电位的基本概念，并学会运用相应的计算方法。
2. 概念解析2.1 氧化还原反应- 氧化还原反应是指物质中的原子、离子或分子失去或获得电子的过程，包括氧化和还原两个基本步骤。
- 氧化是指物质失去电子或氢原子、得到氧原子或氧化物的反应；还原是指物质获得电子或氢原子、失去氧原子或氧化物的反应。
2.2 电位- 电位是指物质在电化学反应中转移电子的能力，它表示了电极与溶液中参与反应的物质之间电子传递的方向和速率。
- 电位可以定量描述物质的氧化还原性质和反应趋势。
3. 氧化还原反应的计算方法3.1 半反应法- 半反应法是将氧化还原反应分解成氧化反应和还原反应两个半反应，并对半反应进行电子平衡和原子平衡。
- 通过平衡半反应，可以确定参与反应的物质的摩尔比例和电子转移的数量。
3.2 电位差计算- 电位差可以通过参与氧化还原反应的物质的标准电极电位之差来计算。
- 比较两个物质的标准电极电位，可以判断它们之间的电子转移方向和反应趋势。
4. 教学方法4.1 概念讲解- 通过讲解氧化还原反应和电位的基本概念，引导学生理解反应过程中电子转移的原理和规律。
- 配合生动的示意图和实验案例，帮助学生加深对概念的理解。
4.2 案例演示- 选取一些典型的氧化还原反应和电位计算案例，通过实际计算和分析，引导学生掌握计算方法和应用技巧。
4.3 讨论互动- 在课堂上组织学生分组讨论和互动，共同解决一些复杂的氧化还原反应和电位计算问题。
- 鼓励学生提出自己的观点和疑问，促进思维交流和思辨能力的培养。
5. 教学资源- PowerPoint课件：包括概念解析、计算方法、案例演示等内容。
- 实验装置和试剂：为了直观地展示氧化还原反应和电位的实验现象和过程，准备相应的实验装置和试剂。
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第八章 氧化还原反应与电极电位首页基本要求重点难点讲授学时内容提要1 基本要求 [TOP] 1.1 掌握离子-电子法配平氧化还原反应式、电池组成式的书写；根据标准电极电位判断氧化还原反应方向；通过标准电动势计算氧化还原反应的平衡常数；电极电位的 Nernst 方程、影响因素及有关 计算。
1.2 熟悉氧化值的概念和氧化还原反应的定义，熟练计算元素氧化值；熟悉原电池的结构及正负极反应 的特征；熟悉标准电极电位概念；熟悉电池电动势与自由能变的关系。
1.3 了解电极类型、电极电位产生的原因；了解电位法测量溶液 pH 的原理及 pH 操作定义；了解电化学 与生物传感器及其应用。
2 重点难点 [TOP] 2.1 重点 2.1.1 标准电极电位表的应用。
2.1.2 电极反应与电池反应，电池组成式的书写。
2.1.3 通过标准电动势计算氧化还原反应的平衡常数。
2.1.4 电极电位的 Nernst 方程、影响因素及有关计算。
2.2 难点 2.2.1 电极电位的产生 2.2.2 用设计原电池的方法计算平衡常数 2.2.3 Nernst 方程的推导3 讲授学时 [TOP] 建议 6 学时4 内容提要 [TOP] 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节14.1 第一节 氧化还原反应4.1.1 氧化值氧化值是某元素原子的表观荷电数，这种荷电数是假设把化学键中的电子指定给电负性较大的原子而求得。
确定元素氧化值的规则：1）单质中原子的氧化值为零。
2）单原子离子中原子的氧化值等于离子的电荷。
3）氧的氧化值在大多数化合物中为-2，但在过氧化物中为-1。
4）氢的氧化值在大多数化合物中为+1，但在金属氢化物中为-1。
5）卤族元素：氟的氧化值在所有化合物中均为-1，其它卤原子的氧化值在二元化合物中为-1，但在卤族的二元化合物中，列周期表靠前的卤原子的氧化数为-1；在含氧化合物中按氧的氧化值为-2 决定。
6）电中性化合物中所有原子的氧化值之和为零。
4.1.2 氧化还原反应元素的氧化值发生了变化的化学反应称为氧化还原反应。
氧化还原反应可被拆分成两个半反应。
半反应中元素的氧化值升高称为氧化，元素的氧化值降低称为还原。
氧化还原反应中，氧化反应和还原反应同时存在，还原剂被氧化，氧化剂被还原，且得失电子数相等。
半反应的通式为 氧化型 + ne-还原型或Ox + ne-Red式中 n 为得失电子数，氧化型(Ox)包括氧化剂及相关介质，还原型(Red)包括还原剂及相关介质。
氧化型物质及对应的还原型物质称为氧化还原电对（Ox/Red）。
4.1.3 氧化还原反应方程式的配平离子-电子法（或半反应法）配平氧化还原反应方程式的方法是：1）写出氧化还原反应的离子方程式。
2)将离子方程式拆成氧化和还原两个半反应。
3)根据物料平衡和电荷平衡，分别配平半反应（注意不同介质中配平方法的差异）。
4)根据氧化剂和还原剂得失电子数相等，找出两个半反应的最小公倍数，并把它们配平合并。
5)可将配平的离子方程式写为分子方程式。
4.2 第二节 原电池与电极电位 4.2.1 原电池[TOP]2将化学能转化成电能的装置称为原电池。
原电池中电子输出极为负极；电子输入极为正极。
正极发生还原反应；负极发生氧化反应，正极反应和负极反应构成电池反应，即氧化还原反应。
常用的电极有金属-金属离子电极、气体电极、金属-金属难溶盐-阴离子电极、氧化还原电极四种类型。
将两个电极组合起来构成一个原电池，原电池可用电池组成式表示。
习惯上把正极写在右边，负极写在左边；用“|”表示两相之间的界面；中间用“‖”表示盐桥。
如 Zn-Cu 电池的电池组成式： (-)Zn(s)│Zn2+(c1) ‖Cu2+(c2)│Cu(s) (+)4.2.2 电极电位的产生和电池电动势M(s)溶解 析出Mn+(aq) + ne-在极板上在溶液中 留于极板上电极电位的产生可用双电层理论解释。
当金属浸入其相应盐的溶液中，存在如下平衡：平衡时，若金属溶解的趋势大于金属离子析出的趋势，则金属极板表面上会带有过剩的负电荷，等量的正电荷将分布在溶液中。
由于正负电荷的静电吸引，使溶液中的正电荷较多地集中在金属极板附近的溶液中，形成了双电层结构，从而产生了电位差。
电极电位用符号 Ox/Red 表示。
电极电位的大小与金属的本性、温度和金属离子的浓度(或活度)有关。
原电池正极与负极的电极电位差称为原电池的电动势，符号 E：E = + - - 。
电极电位和电动势的单位都是伏特(V)。
4.2.3 标准电极电位 标准氢电极（SHE）： Pt(s) | H2(100kPa) |H+(a=1)， 并规定在 298.15K，氢气分压 100kPa，氢离子浓度 1 mol·L-1 (严格地是活度 1)时， SHE = 0.0000V。
在标准状态下，将待测电极与 SHE 组成原电池(SHE 为负极)，测得原电池的电动势等于待测电极的标准电极电位。
根据电极电位的高低可判断氧化还原能力的相对强弱：(1) 电极电位愈低，电对中还原型物质失电子的能力愈强，是较强的还原剂；电极电位愈高，电对中氧化型物质得电子的能力愈强，是较强的氧化剂。
(2) 较强氧化剂所对应的还原剂的还原能力较弱，较强还原剂所对应的氧化剂的氧化能力较弱。
4.3 第三节 电池电动势与化学反应 Gibbs 自由能 [TOP] 4.3.1 电池电动势与化学反应 Gibbs 自由能的关系在等温、等压可逆过程中（可逆电池），系统 Gibbs 自由能的降低值与电池电动势之间存在如下关 系：3 rGm = -nFE 式中，F 为法拉第常数，F=96 485C·mol-1。
n 为电池反应中电子转移数。
当电池中各物质均处于标准态时，上式可表示为rGθ m=-nF Eθ。
4.3.2 用电池电动势判断氧化还原反应的自发性在等温等压标准态下，氧化还原反应自发性的判据： rGmθ <0, Eθ >0，反应正向自发进行； rGmθ >0, Eθ <0，反应逆向自发进行； rGmθ =0, Eθ =0，反应达到平衡。
同理， rGm 和 E 可作为非标准态下的氧化还原反应自发性的判据。
4.3.3 电池标准电动势和平衡常数氧化还原反应的平衡常数可根据关系式 RTln Kθ = nF Eθ 计算。
在 298.15K 下，将 R =8.314 J·K-1·mol-1, F =96 485 C·mol-1 代入上式得：lg K θ nE θ 0.05916 V式中，n 是配平的氧化还原反应方程式中转移的电子数。
Eθ 越大，反应进行的越完全。
当 K ＞106 时，可以认为反应进行的已相当完全。
一般认为，当 n=2，E>0.2V 时，或 n=1,E>0.4V 时，K>1000000，此平衡常数已相当大，反应进 行的比较完全。
有些平衡常数，如：酸(碱)质子转移平衡常数 Ka(Kb)、水的离子积常数 Kw、溶度积常数 Ksp、配位平 衡稳定常数 Ks 等，若它们的平衡可以由两个电极反应式组成，同样可用电池的标准电动势计算其平衡常 数。
4.4 第四节 电极电位的 Nernst 方程式及影响电极电位的因素 [TOP]4.4.1 电极电位的 Nernst 方程式 对电池反应：aOx1+bRed2 其电池电动势的 Nernst 方程式为：dRed1+eOx24在 298.15K 时：c c deE E θ RT ln Re d1 Ox2c c nFabOx1 Re d2c c E Eθ 0.05916V lg c c ndeRe d1 Ox2 abOx1 Re d2对电极反应：pOx + ne-qRed其电极电位的 Nernst 方程式为：在 298.15K 时：pc (Ox/Red) θ (Ox/Red) RT lnnFOx qcRe dpc (Ox/Red ) θ (Ox/Red ) 0.05916 V lgnOx qcRe d应用 Nernst 方程式应注意：(1) 当 Red 及 Ox 为气体时，其分压应除以标准态压力 100kPa；若是固体、纯液体或溶剂，则其浓度视为常数，不列入 Nernst 方程式。
(2) Nernst 方程式中，各物质的浓度或分压应以其反应式中化学计量系数为幂指数。
(3) 对于有 H+或 OH-参与的氧化还原反应，计算时 H+或 OH-的浓度也应列入 Nernst 方程式。
4.4.2 电极溶液中物质浓度对电极电位的影响 由 Nernst 方程式可知，电极中各物质的浓度对电极电位产生影响，若 H+、OH-作为介质参加反应，也会对电极电位产生影响。
氧化还原电对中氧化型或还原型物质生成沉淀、弱酸、弱碱、配合物等，将使其浓度降低，也使电极电位发生变化。
判断非标准态下的氧化还原反应的方向或氧化剂、还原剂的相对强弱时，应根据由 Nernst 方程式计算出来的电池的电动势或电极电位来判断。
4.5 第五节 电位法测定溶液的 pH [TOP]应用电位法测定溶液的 pH，应有一个参比电极和一个指示电极。
参比电极的电极电位已知且性能稳定，常用饱和甘汞电极（SCE）。
指示电极的电极电位与被测 H+离子浓度（活度）有关，常用玻璃电极，其电极电位符合 Nernst 方程式：玻K玻RT Flna(H )K玻2.303RT FpH5式中 K 玻 是未知的常数，可通过用标准 pH 缓冲溶液定位加以消除。
玻璃电极、饱和甘汞电极分别与标准 pH 缓冲液或待测 pH 溶液组成原电池：(-) 玻璃电极│标准 pH 缓冲液 │SCE (+)和(-) 玻璃电极│待测 pH 溶液 │SCE (+)分别测定两个电池的电动势，从而求得待测溶液的 pH：pHpHs(E Es)F 2.303RT式中 pHs 为标准缓冲溶液的 pH，Es 为标准缓冲溶液所组成原电池的电动势；E 为待测溶液所组成原电池的电动势。
T 为测定时的温度。
上式称为 pH 操作定义。
6。