大学无机化学-课件-第10章氧化还原反应
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)。
例如：(–) ZnZn2＋( 1 mol·dm－3 )‖Cu2＋(1 mol·dm－3)Cu(＋)
Eө池 ＝ Eө＋－ Eө－ ＝ 0.34 － (－ 0.76 ) ＝1.10 V
3. 标准氢电极:
涂满铂黑铂丝作为极板，插入到H＋(1 mol·dm－ 3 ) 溶液中，并向其中通入H2 ( 1.013 10 5 Pa ) .
左边负极，右边正极；两边的 Cu，Zn 表示极板材 料；离子的浓度，气体的分压要在 （ ） 内标明。 ‘ ’ 代表两相的界面；‘‖’代表盐桥。盐桥连接着不同电解质 的溶液或不同浓度的同种电解质的溶液。
10－1－3 电极电势和电动势
1. 电极电势
Cu－Zn 电池中，为什么电子从锌片流向铜片？为什 么 Cu 为正极，Zn 为负极？或者说为什么铜片的电势比 锌片的高？这是我们首先要回答的问题。
第 10 章 氧化还原反应
氧化还原反应是一类极其重要的化学反应。实验室 制取氧气的反应，工业上生产硝酸过程中涉及的几个反应 都是氧化还原反应。
4 NH3 ＋ 5 O2 ＝ 4 NO ＋ 6 H2O 2 NO ＋ O2 ＝ 2 NO2
3 NO2 ＋ H2O ＝ 2 HNO3 ＋ NO
10 － 1 氧化还原反应与原电池 10 － 1 － 1 化合价与氧化数
将饱和的 KCl 溶液灌入 U 形管中，用琼胶封口，倒 架在两池中。由于 K ＋ 和 Cl － 的定向移动，使两池中 过剩的正负电荷得到平衡，恢复电中性。于是两个半电池 反应乃至电池反应得以继续，电流得以维持。
CI4D00068.swf
3. 电池符号
例如 Cu －Zn 电池符号
( – ) Zn Zn 2＋( 1 mol·dm － 3 ) ‖Cu 2＋( 1 mol·dm －3 )Cu (＋)
Cr2 O7 2 － ＋ 14 H ＋ ＋ 6e ＝ 2 Cr 3 ＋ ＋7 H2 O
E
Cr2
O
2 7
/
Cr 3
＝ 1.23 V
电极电势表说明： (1) 电极电势高，其氧化型的氧化能力强；电极电势低其 还原型的还原能力强。 (2) 标准电极电势表是酸介质中的表。
(3)碱介质中另有一张标准电极电势表。例如 2 H2O ＋ 2 e ＝ H2 ＋ 2 OH － Eө ＝ － 0.83 V Cu( OH )2 ＋ 2 e ＝ Cu ＋ 2 OH－ Eө ＝ － 0.22 V
氢电极的半反应为 2 H ＋ ＋ 2 e ＝ H2 符号 Pt| H2( p) | H ＋(c )
化学上规定
Eθ ＝ H+ /H2
0
V
CI4N00088.swf
标准氢电极示意图
例如：标准氢电极与标准铜电极组成的原电池。
(－) Pt|H2 ( p ) | H＋ (1 mol·dm －3 )‖Cu 2＋ ( 1 mol·dm －3 )|Cu (＋)
Cl2/ClFe3+/Fe2+
Me—难溶盐电极 AgCl/Ag
电极 Zn∣Zn2+ Cl-，Cl2∣Pt Fe3+,Fe2+∣Pt Ag∣AgCl, Cl-
甘汞电极：实际测量非常重要的一种电极，标准氢 电极使用不多，原因是氢气不易纯化，压强不易控制，铂 黑容易中毒。
电极反应 Hg2Cl2＋2e＝2Hg ＋2Cl－ 符号 Pt | Hg | Hg2Cl2 | KCl 标准电极电势 Eө ＝ 0.268 V 饱和甘汞电极电势 E ＝ 0.2415 V
测得该电池的电动势 Eө池 ＝ 0.34 V，
由公式 Eө池 ＝ Eө＋ － Eө－
得
Eө＋ ＝ Eө池 ＋ Eө－
E Cu 2 / Cu
E
池
E ＝ H / H2
0.34
V
＋Leabharlann 0 V ＝ 0.34 V4. 其它类型的电极
电极类型 Me—Men+电极
电对 Zn2+/Zn
A—An-电 极 氧化还原电极
CI2N00218.jpg
5. 标准电极电势表 在电极反应中，左侧是氧化数高的物质，称为氧化
型 ；右侧是氧化数低的物质，称为还原型 。
CI2N00215.jpg
CI2N00216.jpg
电极反应的通式 氧化型 ＋ z e ＝ 还原型 按照 Eө 值增大的顺序列表即标准电极电势表。 在电对中只写出氧化数有变化的物质，如Cr2 O7 2－/Cr 3＋
10－1－4 电极反应式的配平
原则：方程式两边的原子数和电荷相等。
例 10－1 配平电对 Cr2 O7 2 － / C r3 ＋ 的电极反应式。 1）将氧化数有变化的原子配平Cr2O7 2 － —— 2 Cr 3 ＋
2）在缺少 n 个氧原子的一侧加上 n 个 H2O, Cr2 O7 2 － —— 2 C r 3 ＋ ＋ 7 H2O
3）在缺少 n 个氢原子的一侧加上 n 个 H ＋ ，平衡氢原子 Cr2 O7 2 － ＋ 14 H ＋ —— 2 C r 3 ＋ ＋ 7 H2O
4）加电子以平衡电荷，完成电极反应式的配平 Cr2 O7 2 － ＋ 14 H ＋ ＋ 6 e ＝ 2 C r 3 ＋ ＋ 7 H2O
O
O
O
Cr
O
O
10 － 1 氧化还原反应与原电池 10 － 1 － 2 原电池
1. 原电池：将化学能转变成电能的装置称为原电池。
负极 Zn ＝ Zn 2＋ ＋ 2 e 正极 Cu 2＋ ＋ 2 e ＝ Cu 电池反应： Zn ＋ Cu 2＋ ＝ Cu ＋ Zn 2＋
CI4N00092.swf
2. 盐桥
氧化－还原反应：有电子得失（或电子偏移）的反应。
化合价降低，还原反应
氧化剂 ＋ 还原剂 还原产物 ＋ 氧化产 物
化合价升高，氧化反应
化合价：氧化还原反应中得失电子数，只能为整数。 氧化数：得失电子或平均化合价。可以为整数或分数。
例如： CrO5 中 Cr 的氧化数为正 10 ，但是从右图 所示的结构式中，可以看出 Cr 的化合价为正 6。这是 Cr 的最高价态，等于其所在的族数。
CI2N00221.jpg
2 原电池的电动势
电极电势 E 表示电极中极板与溶液之间的电势差。 当盐桥将两个电极的溶液连通时，认为两溶液之间的电势 差被消除，则两电极的电极电势之差即原电池的电动势。 用 E池 表示电动势，则有
E池 ＝ E＋ － E－ 标准状态时电池的标准电动势有
Eө池 ＝ Eө＋ － Eө－
Eө池 ＝ Eө＋－ Eө－ ＝ 0.34 － (－ 0.76 ) ＝1.10 V
3. 标准氢电极:
涂满铂黑铂丝作为极板，插入到H＋(1 mol·dm－ 3 ) 溶液中，并向其中通入H2 ( 1.013 10 5 Pa ) .
左边负极，右边正极；两边的 Cu，Zn 表示极板材 料；离子的浓度，气体的分压要在 （ ） 内标明。 ‘ ’ 代表两相的界面；‘‖’代表盐桥。盐桥连接着不同电解质 的溶液或不同浓度的同种电解质的溶液。
10－1－3 电极电势和电动势
1. 电极电势
Cu－Zn 电池中，为什么电子从锌片流向铜片？为什 么 Cu 为正极，Zn 为负极？或者说为什么铜片的电势比 锌片的高？这是我们首先要回答的问题。
第 10 章 氧化还原反应
氧化还原反应是一类极其重要的化学反应。实验室 制取氧气的反应，工业上生产硝酸过程中涉及的几个反应 都是氧化还原反应。
4 NH3 ＋ 5 O2 ＝ 4 NO ＋ 6 H2O 2 NO ＋ O2 ＝ 2 NO2
3 NO2 ＋ H2O ＝ 2 HNO3 ＋ NO
10 － 1 氧化还原反应与原电池 10 － 1 － 1 化合价与氧化数
将饱和的 KCl 溶液灌入 U 形管中，用琼胶封口，倒 架在两池中。由于 K ＋ 和 Cl － 的定向移动，使两池中 过剩的正负电荷得到平衡，恢复电中性。于是两个半电池 反应乃至电池反应得以继续，电流得以维持。
CI4D00068.swf
3. 电池符号
例如 Cu －Zn 电池符号
( – ) Zn Zn 2＋( 1 mol·dm － 3 ) ‖Cu 2＋( 1 mol·dm －3 )Cu (＋)
Cr2 O7 2 － ＋ 14 H ＋ ＋ 6e ＝ 2 Cr 3 ＋ ＋7 H2 O
E
Cr2
O
2 7
/
Cr 3
＝ 1.23 V
电极电势表说明： (1) 电极电势高，其氧化型的氧化能力强；电极电势低其 还原型的还原能力强。 (2) 标准电极电势表是酸介质中的表。
(3)碱介质中另有一张标准电极电势表。例如 2 H2O ＋ 2 e ＝ H2 ＋ 2 OH － Eө ＝ － 0.83 V Cu( OH )2 ＋ 2 e ＝ Cu ＋ 2 OH－ Eө ＝ － 0.22 V
氢电极的半反应为 2 H ＋ ＋ 2 e ＝ H2 符号 Pt| H2( p) | H ＋(c )
化学上规定
Eθ ＝ H+ /H2
0
V
CI4N00088.swf
标准氢电极示意图
例如：标准氢电极与标准铜电极组成的原电池。
(－) Pt|H2 ( p ) | H＋ (1 mol·dm －3 )‖Cu 2＋ ( 1 mol·dm －3 )|Cu (＋)
Cl2/ClFe3+/Fe2+
Me—难溶盐电极 AgCl/Ag
电极 Zn∣Zn2+ Cl-，Cl2∣Pt Fe3+,Fe2+∣Pt Ag∣AgCl, Cl-
甘汞电极：实际测量非常重要的一种电极，标准氢 电极使用不多，原因是氢气不易纯化，压强不易控制，铂 黑容易中毒。
电极反应 Hg2Cl2＋2e＝2Hg ＋2Cl－ 符号 Pt | Hg | Hg2Cl2 | KCl 标准电极电势 Eө ＝ 0.268 V 饱和甘汞电极电势 E ＝ 0.2415 V
测得该电池的电动势 Eө池 ＝ 0.34 V，
由公式 Eө池 ＝ Eө＋ － Eө－
得
Eө＋ ＝ Eө池 ＋ Eө－
E Cu 2 / Cu
E
池
E ＝ H / H2
0.34
V
＋Leabharlann 0 V ＝ 0.34 V4. 其它类型的电极
电极类型 Me—Men+电极
电对 Zn2+/Zn
A—An-电 极 氧化还原电极
CI2N00218.jpg
5. 标准电极电势表 在电极反应中，左侧是氧化数高的物质，称为氧化
型 ；右侧是氧化数低的物质，称为还原型 。
CI2N00215.jpg
CI2N00216.jpg
电极反应的通式 氧化型 ＋ z e ＝ 还原型 按照 Eө 值增大的顺序列表即标准电极电势表。 在电对中只写出氧化数有变化的物质，如Cr2 O7 2－/Cr 3＋
10－1－4 电极反应式的配平
原则：方程式两边的原子数和电荷相等。
例 10－1 配平电对 Cr2 O7 2 － / C r3 ＋ 的电极反应式。 1）将氧化数有变化的原子配平Cr2O7 2 － —— 2 Cr 3 ＋
2）在缺少 n 个氧原子的一侧加上 n 个 H2O, Cr2 O7 2 － —— 2 C r 3 ＋ ＋ 7 H2O
3）在缺少 n 个氢原子的一侧加上 n 个 H ＋ ，平衡氢原子 Cr2 O7 2 － ＋ 14 H ＋ —— 2 C r 3 ＋ ＋ 7 H2O
4）加电子以平衡电荷，完成电极反应式的配平 Cr2 O7 2 － ＋ 14 H ＋ ＋ 6 e ＝ 2 C r 3 ＋ ＋ 7 H2O
O
O
O
Cr
O
O
10 － 1 氧化还原反应与原电池 10 － 1 － 2 原电池
1. 原电池：将化学能转变成电能的装置称为原电池。
负极 Zn ＝ Zn 2＋ ＋ 2 e 正极 Cu 2＋ ＋ 2 e ＝ Cu 电池反应： Zn ＋ Cu 2＋ ＝ Cu ＋ Zn 2＋
CI4N00092.swf
2. 盐桥
氧化－还原反应：有电子得失（或电子偏移）的反应。
化合价降低，还原反应
氧化剂 ＋ 还原剂 还原产物 ＋ 氧化产 物
化合价升高，氧化反应
化合价：氧化还原反应中得失电子数，只能为整数。 氧化数：得失电子或平均化合价。可以为整数或分数。
例如： CrO5 中 Cr 的氧化数为正 10 ，但是从右图 所示的结构式中，可以看出 Cr 的化合价为正 6。这是 Cr 的最高价态，等于其所在的族数。
CI2N00221.jpg
2 原电池的电动势
电极电势 E 表示电极中极板与溶液之间的电势差。 当盐桥将两个电极的溶液连通时，认为两溶液之间的电势 差被消除，则两电极的电极电势之差即原电池的电动势。 用 E池 表示电动势，则有
E池 ＝ E＋ － E－ 标准状态时电池的标准电动势有
Eө池 ＝ Eө＋ － Eө－