《化学与人生哲理》课件第8章 电化学与氧化还原滴定

进行氧化反应和还原反应的两个不同的区域，也 称电极。 Zn－ZnSO4 组成锌电极，
Cu－CuSO4 组成铜电极。
（2）半反应(电极反应)
两个半电池中进行的氧化和还原反应就是两
个半反应。
Zn(s)
Zn2+(aq)+2e-
Cu2+(aq)+2e-
Cu(s)
氧化反应 还原反应
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（3） 氧化还原电对 两个半反应中氧化态和相应的还原态
Zn(s) Zn2+(aq) - 2e-
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（c）电极电势是还原电势
Zn2+ (aq)+ 2e- Zn(s) E = - 0.7621V
（d）Eθ反映物质得失电子倾向的大小， 与物质的数量无关
Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) E = - 0.7621V 2Zn2＋(aq) + 4e- 2Zn(s) E = - 0.7621V
• 阳极(Positive Electrode)： 凡是进行氧化反应的电极叫阳极。
• 阴极(Negative Electrode)： 凡是进行还原反应的电极叫阴极。
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5、 原电池表示方法 —电池图解式，电池符号
（1） 负极写左边，正极写右边
（-）Zn ZnSO4 CuSO4 Cu（+）
（2） 半电池中两相界面用“|”表示
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6、电极种类
电极名称
电极反应
金属-金属 离子电极
Zn2+(aq)+2e- Zn(s)
电极符号 Zn|Zn2+
氧化还 原电极
Fe3+(aq) + e-
Fe2+(aq) Pt | Fe2+(c), Fe3+(c)
非金属非金属
1 2
O2(g)+H2O(l)+2e
–
离子电极
2OH-(aq) Pt | O2(p)|OH-(c)
形 成双电层，产生电势差 ——电极电势(平衡)， 用E(Zn2+/Zn) 表示。
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Zn
+- -+ +- -+ +- -+
+
ZnSO4溶液
(b) 若M是不活泼金属Cu，溶解的趋势<沉积 的趋势，电极带“+”, 溶液带“-”, 形成 双电层，产生电势差——电极电势（平 衡），用E (Cu2+/Cu)表示。
溶解
M(s)
Mz+(aq)+ze-
沉积
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3. 原电池的电动势
（1）表示 正负电极之间的平衡电势差
ε= E +－ E － 如 ε= E(Cu2+/Cu)- E(Zn2+/Zn)
标态 ε = E+ - E 如 ε = E (Cu2+/Cu) – E (Zn2+/Zn)
（2）意义
原电池的电动势是 使电池反应发生的化学驱动力。
还 原
-3.040
剂 -3.027
-0.7621
-0.4098
0
0.1539
弱 1.0774 还 1.33
原
剂 1.51 2.87
（a）各物质均为标准态，温度为298.15K，只适应于 比较水溶液中标准电极电势大小。
（b）半反应均按还原反应书写
O + neZn2+(aq) + 2e-
R Zn(s)
金属-难 溶盐电极
AgCl(s) +e-
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Ag(s) +Cl-(aq) Ag|AgCl|Cl-
8.2.2 电极电势
1. 电极电势的产生
溶解
M
Mn+ + ne-
M 金属越活泼，溶液越稀，
这种倾向越大。
Mn+
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同时
沉积
Mn+ + ne-
M
金属越不活泼，溶液越浓， 这种倾向越大。
（a）若M是活泼金属Zn，溶 解的趋势>沉积的趋势， 溶液带“+”，电极带“－”,
0.0592 E(O/R) E (O/R)
lg c( R ) / c
n
c( O ) / c
0.0592 E(O/R) E (O/R)
lg c( O ) / c
n
c( R ) / c
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（1） c(O)，c(R)并不单指氧化数有变化的物质 的浓度，而是包括参加电极反应的所有物 质的浓度。
出现在氧化态一端的物质写在公式的 分子，反之在分母。
入U 形管中，冷却后成为凝胶。有 可自由移动的K+，Cl-。 作用：构成电的通路。
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结论：装置2使氧化反应和还原反应分在两个 不同的区域进行；电子转移通过外电 路实现，于是有了电子的定向流动， 从而产生电流，实现了化学能向电能 的转化。
这种借助自发的氧化还原反应将化学 能转变为电能的装置称原电池(Primary Cell)。
如电极反应
两种溶液间用“，”，两种固体间 也用“|”，纯溶液和气体写在惰性电极 一边，用“，”隔开。
Zn|ZnSO4
CuSO4|Cu
Pt|Fe2+，Fe3+ Fe3+，Fe2+|Pt
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（3） 两半电池之间用“||”表示
Zn|ZnSO4 || CuSO4|Cu
（4） 注明溶液的浓度(气体注明分 压) 、相态 Zn(s)|ZnSO4(c1)||CuSO4(c2)|Cu(s)
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例：
SiO2： Si的氧化数为+4； Cr2O72-：Cr的氧化数为+6； Fe3O4： Fe的氧化数为 8 ；
3
S2O32-： S的氧化数为+2； S4O62-: S的氧化数为2.5；
化学与人生
第七章 配合物、配位滴定与人生哲理 第二节 原电池即电极电势
§4.2 原电池及电极电势
4.2.1 原电池 1、原电池的引出
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4.2.4 Nernst方程式 1．电池反应的Nernst方程式
—ε(T)与ε关系
对于氧化还原反应
aA + bB cC + dD
rGm(T) = rGm(T) + RTlnQ 而
rGm(T)= - nFε ， rGm (T)=- nFε
则
(T ) (T ) 2.303RT lg Q
nF
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装置1: 将Zn片直接插入CuSO4溶液中 现象：Zn片溶解，Cu析出。
解释： Zn(s)+CuSO4(aq)
ZnSO4(aq)+Cu(s)
Zn直接和CuSO4溶液接触，
Zn
Zn失去的电子直接给Cu2+，
电子流动无序，Zn片溶解，
Cu析出，温度升高。
结论：化学能转变为热能。
Cu
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装置2: Zn片插入ZnSO4溶液中,Cu片插入CuSO4溶液中，两烧杯用 一倒置的U形管连通——盐桥。两金属用导线相连，中间连 一个检流计。
Cu2+(aq)+2e-
Cu(s)
局限性：形成共价分子的氧化过程不存在失电子
过程。
如 2P(s)+3Cl2(g) 2PCl3(l)
★氧化还原反应与得失电子——懂得放手，才会抬 高自己的价位
4
3. 氧化值增加的过程叫氧化，氧化值降 低的过程叫还原。
★电解质导电机理——适当的外加电场，能驱动你 产生电流，发光发热 78 79、法拉第电解定律——勤于学习、善于思考、勇 于实践，定能成功 79 80、电导与电阻——学会担任不同角色，发挥不同 作用 79 81、原电池与电解池——人既要学会充电，也要学 会放电 81
时的数值。
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（2） 标准氢电极
H2，100kPa
H+
Pt电极
1mol·L-1
标准氢电极构造示意图
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（3） 测定标准电极电势
0.7628V
e- -
盐桥
e- +
H2 100kPa
Zn
阴阳 离离 子子
1mol·L-1Zn2+溶液
1mol·L-1H+溶液
测定锌电池的标准电极电势装置示意图
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原电池电动势 = 0.7621V
物质构成的两个氧化还原电对。 氧化态/还原态： Zn2+/Zn Cu2+/Cu
（4）电池反应 两个半反应组成的氧化还原总反应叫
电池反应。 Zn(s) + CuSO4(aq) ZnSO4(aq) + Cu(s)
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（5） 正负极
• 电子的流出极叫负极：Zn极 • 电子的流入极叫正极：Cu极
（6） 阴阳极
★能斯特方程——万事没有绝对，万物必有联系。
ε(T)：某温度T时电池反应电动势 ε(T)：某温度T时电池反应标准电动势
n：电池反应方程式中电子得失数 F： 法拉第常量，96485J·V-1·mol-1 Q：电池反应的反应商，等于产物浓度以化
学计量数为幂的乘积与反应物浓度以化 学计量数为幂的乘积之比。
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氧化还原反应的本质 本质：电子得失或电子偏移
4.1.2 氧化值
1. 定义
根据某些人为规定，给单质和化合 状态原子确定的电荷数；或某元素一个 原子的表观电荷数。
2. 原则
把每个化学键中的电子指定给电负 性更大的原子而求得。
7
3. 确定
❖ 在单质中，元素的氧化数为零； ❖ 在中性分子中所有原子氧化数代数和
应等于零； ❖ 除金属氢化物（如NaH）外，化合物
中氢的氧化数均为+1；
8
❖通常，在化合物中，氧的氧化数为-2； 在过氧化物（H2O2，BaO2）中，氧的氧化数为-1； 在超氧化物中（KO2），氧的氧化数 为 -1/2 ； 在氧的氟化物（OF2，O2F2）中，氧的氧化数 分别为+2和+1。
❖在所有的氟化物中氟的氧化数为-1。
（3）确定 ε=E+(O/R) -E-(O/R)
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4. 标准电极电势E (O/R)
（1）标准电极的条件
（a）所有的气体分压均为1105Pa(100kPa)。
（b）溶液中所有物质的浓度均为1mol·L-1 。
（c）所有的纯液体或固体均为最稳定或最常 见的形态。 标准态条件没有规定温度，一般指298K
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2、原电池的定义
利用自发的氧化还原反应，使化学能直 接转变为电能的装置叫原电池。
3、原电池的条件
• 自发的氧化还原反应； • 氧化反应和还原反应分在两个不同的
区域里进行；
• 装置内外构成电的通路。
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4、基本术语
Zn(s)
Zn2+(aq) + 2e-
Cu2+(aq) + 2e-
Cu(s)
（1）半电池(电极)
检流计
e-
e-
盐桥
KCl (aq)
Zn
Cu
ZnSO4(aq) -1 1.0mol·L
原电池
CuSO4(a-1q) 1.0mol·L
★原电池与电解池——人既要学会充电，也要学会放电
现象： （1）检流计指针偏转：Zn是负极，Cu是正极； （2）Zn片溶解，Cu片上有Cu析出； （3）取出盐桥，指针回零，放入盐桥，指针偏
1.1 酸碱电离理论
1.酸、碱的定义 凡是电离出的阳离子都是H+的物质都是酸 凡是电离出的阴离子都是OH-的物质都是碱
酸碱中和产物就是盐。
Na2CO3是纯碱，是盐。但其水溶液显碱性。
★氧化还原反应与得失电子——懂得放手，才会抬 高自己的价位 78 78、电解质导电机理——适当的外加电场，能驱动 你产生电流，发光发热 78
（1） 一个反应，等温等压条件下，若ΔrGm <0，反 应可在标准状态下自发进行
Zn(s)+CuSO4(aq)
ZnSO4(aq)+Cu(s)
ΔrGm = -212.55kJ·mol-1 < 0
反应可自发进行。
（2）-ΔrGm = Wmax , 可以对外做最大有用功
现把上述反应设计成一种装置，使ΔrGm的减少 转变为电能。
化学与人生
第七章 配合物、配位滴定与人生哲理 第一节 氧化还原反应的基本概念
§4.1 基本概念
4.1.1 氧化与还原定义
1. 与氧结合的过程叫氧化， 除去氧的过程叫还原。
局限性：覆盖范围小 。
如 Mg(s)+Cl2(g)
MgCl2(s)
3
2. 失去电子的过程叫氧化，得到电子的 过程叫还原。
Zn(s) Zn2+(aq)+2e-
能
力
Fe2+ + 2e-
依
2H+ + 2e-
次 增
Sn4+源自文库+ 2e-
强 强 Br2
+ 2e-
氧 化 剂
Cr2O72– + MnO4- +
14H++6e8H++5e-
F2
+ 2e-
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还原态
Li
Cs
还
Zn
原 能
Fe
力
H2
依 次
Sn2+
增
2Br-
强
2Cr3++7H2O Mn2++4H2O 2F-
强 E /V
锌电极为负极，氢电极为正极 ε = E+ (O/R) – E- (O/R) = E (H+/H2) – E (Zn2+/Zn) = 0.7621V E (Zn2+/Zn)= -0.7621V
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（4）标准电极电势表(298.15K)
弱氧化态 + 电子数
氧 化
Li+
氧 剂 Cs+
+ e+ e-
化
Zn2+ + 2e-
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298.15K
(298K) (298K) 0.0592V lg Q
n
0.0592
n
[c(C) / c ]c[c(D) / c ]d
lg [c(A) / c
]a[c(B) / c
]b
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2. 电极反应的Nernst方程式
——E(O/R)与E (O/R)关系
298K，对于电极反应 O + ne- R
转，说明盐桥构成了电的通路。
解释：
Zn(s) Zn2+(aq)+2e- （负极） Cu2+(aq)+2e- Cu(s) （正极） Zn(s)+CuSO4(aq) ZnSO4(aq)+ Cu(s)
★电解质导电机理——适当的外加电场，能驱动你 产生电流，发光发热
盐桥(Salt Bridge)的功效 构造：将饱和KCl中加入琼脂加热后，装