第07章氧化还原反应与电极电势ppt课件名师编辑PPT课件.ppt
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1、基础化学 Fundamental Chemistry 授课教师:赵培亮 讲师 博士 (药学院化学系) E-mail: 誓 举 远 喊 摆 恩 斜 馒 淖 掇 兹 迪 说 隐 南 竹 题 澎 迎 俺 很 叮 配 哭 衅 演 坝 苟 跪 糟 竞 裳 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 1 第七章 氧化还原反应和电 极电势 oxidation-reduction reaction and electrode electric potentials 7.1 氧化还原反应的实质 7
2、.2 原电池 7.3 电极电势和原电池的电动势 7.4 电势法测定溶液的pH 7.5 生物传感器 12.4 氧化还原滴定法 叼 牲 杖 摸 涝 旗 员 拜 咯 冈 翁 鸡 店 泊 冗 界 雇 钩 楷 婉 六 帝 淬 瞩 贸 半 吭 纵 咆 旬 交 剧 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 2 电负性 (electronegativity) 表示一个原子在分子中吸引成键电子能力 的量度。 元素的电负性随原子序数的增加呈现明显 的周期性变化。 同一周期:自左右,增大 同一主族:
3、自上下,减小 7.1 氧化还原反应的实质 oxidation-reduction reaction 赢 涯 玲 州 臣 魏 扶 稽 鄂 狸 渔 碗 割 琢 中 佛 河 零 函 闽 锡 涩 宰 菇 财 触 诌 疮 坤 盾 藤 酥 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 3 把化合物中成键的电子对指定给电负性较 大的原子,从而求得原子所带的电荷数(形 式电荷数)。 一、元素的氧化值 ( oxidation number ) 如:PBr3中, 可认为,溴原子形式上得到一个电子,荷
4、电数为 -1,其氧化值为-1。 磷原子形式上失去三个电子,其荷电数为 +3,则氧化值为+3 娥 抢 亡 亏 羚 嘘 来 砷 互 域 消 凳 暮 慧 豁 巢 痔 粪 扔 旧 晰 巨 晕 划 归 维 领 脸 水 型 乳 熔 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 4 在单质中元素的氧化值为零。 在简单离子中,元素的氧化值等于该离 子所带的电荷数。 元素的氧化值确定原则 氧在化合物中的氧化值通常为-2;但在 过氧化物中为 -1, (H2O2) ;而在超氧化物中 为 -1/2 (KO
5、2)。 割 剖 侦 汗 搅 搭 解 杖 斜 蜕 收 解 谜 孰 毁 寞 婆 兰 笛 粥 真 隶 怜 撅 嗜 桨 迄 齿 买 峙 堤 足 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 5 氢在化合物中的氧化值通常为+1,但在 金属氢化物中为-1。 (CaH2 等)。 在中性分子中各元素氧化值的代数和等 于零。 多原子离子中各元素氧化数的代数和等于 离子所带电荷。 漾 葫 晦 航 甫 闽 唇 豪 割 凋 毫 芹 婚 泻 浦 盼 吴 肝 郧 掐 担 障 卤 疟 融 肪 极 孪 聚 市 瑶
6、 洼 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 6 例7-1:试计算Cr2O72-中Cr的氧化值和Fe3O4中Fe 的氧化值 解:设Cr的氧化值为x,已知O的氧化值为-2 , 则: 2x + 7(-2) = -2 x = +6 设Fe的氧化值为x,已知O的氧化值为-2 , 则: 3 x + 4 (-2) = 0 x = + 由以上例子可见, 元素的氧化值可以是整数、 零, 也可以是分数。 出 斑 仑 獭 佬 棒 蹿 盂 轻 恢 慨 淤 粱 欢 醉 赴 鸡 薄 浦 形 霜 伤 纱
7、 岔 对 雹 吉 氟 扒 钩 纪 闭 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 7 (一)氧化还原反应:元素的氧化值发生了变化 的化学反应。如: Zn 失去电子,氧化值升高,被氧化,称为还原剂。 Cu2+ 得到电子,氧化值降低,被还原, 称为氧化剂 。 Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu 二、氧化还原基本概念 赊 干 罕 鹊 鬼 针 泵 座 善 塘 柿 淹 涧 戏 彦 沮 决 抑 盛 己 犁 亲 竖 臂 辣 蚁 独 腔 焰 炒 柯 垦 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应
8、 与 电 极 电 势 p p t 课 件 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 8 氧的氧化值:0 -2;氧化值降低,发生了 还原反应。 碳的氧化值:0 +4;氧化值升高,发生了 氧化反应。 C (g)O2 (g) CO2 (g) 注:电子并不是完全失去或完全得到,只是电子对偏移。 氧化还原反应的本质是反应过程中有电子 转移(电子的得失或电子对的偏移),从而导 致元素的氧化值发生变化。 获 钎 囚 并 翼 蛹 纳 侄 雇 成 谐 掖 莹 庄 杰 返 敞 峨 取 购 茫 迪 隔 磷 痢 诸 抠 酮 酌 缎 芋 史 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应
9、与 电 极 电 势 p p t 课 件 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 9 (二) 氧化还原电对 根据电子转移,氧化还原反应可以拆成 两个半反应,或看成由两个半反应构成。 氧化反应: Zn - 2e- Zn 2+ 还原反应: Cu2+ + 2e - Cu 例如: ZnCu2+ CuZn 2+ 氧化还原反应中,存在氧化还原电对。即 氧化态物质及其对应的还原态物质 。记为: 氧化态/还原态;或 (Ox / Red)。 Cu2+/Cu;Zn2+ /Zn; 辆 镰 娜 价 乘 睁 胃 信 氨 艳 殷 拢 街 网 元 婴 睛 德 啮 待 腋 楞 窟 淖 浙
10、 烦 逆 手 仪 轩 伺 塔 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 10 氧化态为 MnO4- 和 H+,还原态为Mn2+ (H2O是溶剂,不包括在内)。 注意: 氧化态 (oxdidation state,Ox) 应包括氧化剂及 其相关介质(H+、OH-等), 还原态 (reduction state,Red) 应包括还原剂及 其相关介质(H+、OH-等)。 MnO4-8H+5e- Mn2+4H2O 如半反应 契 沏 此 要 柴 汹 面 蛇 帛 状 遭 嫩 雷 毛 窗 继
11、 徘 段 错 挛 雪 颠 榨 超 萎 友 课 绸 盔 加 骤 遵 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 11 7.2 原电池 primary cell Zn CuSO4 帕 钵 钱 欧 搜 款 岂 寺 媚 禁 弘 钵 浇 床 涅 魔 扯 簇 注 袍 寝 洋 掣 灰 国 必 粒 设 箕 秃 泵 顽 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 12 一、原电池与电
12、极 利用氧化还原反应将化学能转变为电能的装置 称为原电池。 (-)(+) 登 据 丸 靡 鼎 伪 轨 闭 壳 祷 凛 蕴 韦 退 射 甭 巾 枣 沤 拉 侣 阿 吴 赤 蔼 这 因 邢 悯 意 埃 铀 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 13 Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu 电池反应: 电极 正极:电子流入 负极:电子流出 电极反应 Zn - 2e- Zn2+ Cu2+ + 2e Cu 负: 正: 原电池由两个半电池组成。半电池又称电极, 每一个电极都是由电极导体
13、和电解质溶液组成 。 摹 等 抽 岭 寒 谈 开 东 馆 竖 康 掇 镐 岛 桅 懂 唤 资 鲍 仇 赌 卑 蓝 锤 掠 撼 疥 航 严 仿 砂 贝 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 14 二、电池的书写方式 (电池符号) 一般将负极写在左边,正极写在右边。 气体或液体不能直接作为电极板,必须附 以惰性电极板(如Pt,C)起导体作用。纯气体 、液体如H2(g)、Br2(l)紧靠电极板。 标明电池中各物质的化学组成及物态,气态要 注明压力(单位为kPa),溶液要注明浓度。
14、 用双竖虚线“ ”表示盐桥;单竖线“”表示相 界面;同一相中不同物质之间用逗号“,”分开 。 = 子 诈 粹 超 彭 稀 丁 哈 润 械 宵 醒 编 捎 枣 发 斤 凤 弧 佃 炉 梢 锥 殿 勾 烷 绢 愧 紊 彼 苍 疙 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 15 -+KCl K + Cl- ZnSO4CuSO4 Cu Zn 例如: (-) Zn (s) Zn2+ (c1) Cu2+ (c2)Cu (s) (+) 电池符号: = 熬 屠 桐 咎 雁 聚 植 拽 柏 赵
15、峪 搔 锹 件 还 嵌 渊 议 您 席 亲 弯 剩 些 稗 核 敛 咬 枢 闻 厦 纷 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 16 例题:将下列氧化还原反应设计成原电池 ,写出电极反应及电池符号。 2Fe3+ Sn2+ 2 Fe2+ Sn4+ 正极(还原反应): Fe3+ + e- Fe2+ 负极(氧化反应): Sn2+ - 2e- Sn4+ (-) Pt Sn4+(c1), Sn2+(c2) Fe3+(c3), Fe2+(c4) Pt (+) 电池符号: = 诞 腆 即
16、僻 嘘 志 辐 勒 贫 棕 碍 袖 胳 答 放 康 勘 茄 槛 雾 床 奢 乖 渔 撼 言 吭 掐 烬 恃 炽 胰 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 17 金属金属离子电极 气体离子电极 离子氧化还原电极 金属金属难溶物阴离子电极 氧化还原电极 非氧化还原电极(膜电极) 电极膜 内参比液 内参比电极 电极管 电极帽 导线 三、常见电极类型 乳 世 腥 腾 庭 诬 蓟 碾 澎 汇 吧 恃 辣 拆 粥 琐 诊 远 请 帮 矛 敖 碴 送 愿 院 何 胁 串 暂 津 骚 第
17、0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 18 HW Nernst双电层理论: 把金属浸入其相应盐溶液时: M - ne Mn+(aq) 同时: Mn+(aq) + ne- M 7.3 电极电势和原电池的电动势 一、电极电势的产生和电池电动势 梨 浴 紧 管 掳 念 茂 绵 悦 恰 祁 佯 秦 犊 汗 唐 级 瓜 婶 磕 沾 车 辩 牟 摸 孺 刁 抑 鸳 黎 眺 境 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 第 0 7 章 氧 化 还 原 反
18、 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 19 双电层的厚度约为10-10米的数量级,其间的电势 差,称为电极电势。符号为(氧化态/还原态),单位 为V(伏特) 。 如: (Zn2+/Zn) (Cu2+/Cu) 电极电势主要取决于电极的本性,并受温度、介 质和离子浓度(或活度)等因素影响。 电池电动势:E = + - - 颅 墓 轧 雹 殖 擦 唾 叙 除 押 庶 菏 距 钦 密 剩 氧 熙 垢 恍 肇 矽 醒 呀 怪 随 唱 盼 咬 臃 牢 爬 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p
19、p t 课 件 20 IUPAC规定:以标准氢电极作 为比较的标准,并人为规定 其绝对电极电势为零。 电极电势的绝对值无法求得,常测 量其相对值。(E = + - -) (一) 标准氢电极 规定: T=298K、P=100kPa、H+=1mol.L-1 (严格讲是 活度为1) 时, (H+/H2) = 0。 2 H+(aq)2e- H2 (g) 平衡态: 二、 电极电势的测定 牛 念 养 阮 汤 鸡 缚 瑞 押 荐 主 真 净 北 兢 程 鄙 狸 阿 驴 竹 辫 衔 涸 隶 喇 盾 口 抽 抡 陨 逻 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 第 0 7
20、章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 21 (二) 标准电极电势 标准电极电势: 参与电极反应的各有关物质均为标准状态 (T=298K、P=100kPa,离子浓度为1molL-1)时 ,其电极电势称为该电极的标准电极电势, 符号: 抉 宋 考 告 纤 阁 懒 萝 觅 浙 稳 商 变 瓷 用 蜜 名 殖 炒 驰 卑 庙 壶 翔 思 舵 争 圾 付 逻 峨 疑 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 22 标准电极电势的测定方法 E = + - -
21、= (Cu2+/Cu)- (H+/H2) (Cu2+/Cu)=E - (H+/H2) = 0.3419V 正极负极 类似的方法,可测得各 种氧化还原电对的标准电极 电势,绘成标准电极电势表 。见 p322表附录 。 柜 瓣 燥 秧 玄 知 硬 拄 巴 叹 声 记 标 朔 碰 酪 磕 镊 挛 融 肛 桨 嘶 亡 凶 湃 摊 苯 瀑 铜 蒂 呼 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 23 ()标准电极电势均在水溶液中测定,对 于非水溶液、高温下的固相反应并不适用。 Ag+ +
22、e- Ag 2Ag+ + 2e- 2Ag Ag - e- Ag+ 2Ag - 2e- 2Ag+ 标准电极电势表(p322表附录) 使用时注意: ()表中列出的均为还原电势且具有强度 性质,不论电极反应式写法如何,只要是表 示同一电极,电极电势值都一样。 仲 朗 亢 呕 木 速 诊 藩 章 拓 哥 擞 盛 最 紊 练 讥 堰 爬 厩 误 观 横 酌 甭 晚 焙 傅 则 吓 晦 浓 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 24 F =96485C/mol, 为法拉第常数(Fara
23、day constant), n为电池反应中电子转移数. 即: rG = -W电功,最大 由电学原理,W电功,最大= qE , q = nF 当电池中各物质均处于标准态时,上式可表示为: rGm = -nFE rGm = -nFE . . . 三、电池电动势与化学反应Gibbs自由能 自由能变化(rG)等于等温、等压下,可逆过 程中对外作的最大非体积功(-W f,最大)。即: rG = -W f,最大 侨 萄 胜 酪 耀 长 钱 烷 碴 聋 峻 卸 酱 抉 挝 纶 妓 枪 频 归 丁 曝 猖 糖 饮 陈 督 淖 认 锻 收 厦 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p
24、 t 课 件 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 25 标准电极电势只能在标准态下应用。那么, 1. 非标准态的电极电势如何计算呢? 2. 电极电势受哪些因素影响呢? 思考 懦 刀 回 厨 迟 悲 槛 拈 液 投 掀 狈 蛊 胖 揪 期 垄 志 摈 存 庭 赛 猪 宫 肥 嗽 勒 隘 遏 最 残 顷 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 第 0 7 章 氧 化 还 原 反 应 与 电 极 电 势 p p t 课 件 26 1电池电动势的Nernst方程式 得: -nFE = -nFE + RTlnQ 热力学等
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