[农学]7普通化学_课件_中国农业大学.ppt
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1、2019/1/30,1,氧化还原反应的应用?,1 燃气燃烧供给热能! 2 冶炼金属 3 化学电源(各种电池) 4. 生物能的获得 金属腐蚀 ,6 氧化还原反应 OxidationReduction,本章基本要求: 1、理解氧化还原反应的基本概念及反应式的配平 2、了解原电池的基本概念,了解电极电势的意义 3、掌握Nerst方程的简单应用 4. 掌握一些重要元素的氧化-还原性质,6.1.1 氧化还原定义: 2H2+O2=2H2O CuO+H2=Cu+H2O Zn+Cu2+=Cu+Zn2+ 氧化失电子的过程 还原得电子的过程 氧化还反应的本质电子得失。 特点: 在同一反应中,有失电子的物质还原剂,
2、同时有得电子的物质氧化剂,且氧化剂得电子总数等于还原剂失电子的总数,6.1 基本概念,6.1.2 元素的氧化数,氧化数: 元素在物质中所带的形式电荷。 计算: 是将成键电子指定给电负性较大的原子,标出硫元素的氧化数 S2O32- S4O62- S2O82-,标出铬的氧化数 Cr2O3 CrO42- Cr2O72- CrO5,2 +2.5 +6,+3 +6 +6 +6,自身氧化还原反应:电子转移发生在同一物质内 的两个元素之间。 KClO3KCl+O2 KClO3是氧化剂,也是还原剂,歧化反应电子得失发生在同一物质内同一元素的不同 的原子之间 2H2O2H2O+O2 Cu+(ag) Cu2+(a
3、g)+Cu (处于中间价态) 能发生歧化的物质稳定性比较差,6.1.3 氧化还原反应的类型,根据电子转移物质之间的关系分为三类 一般氧化还原反应:电子转移发生在两个或多个 物质之间 Zn+Cu2+=Cu+Zn2+,电对表示法: 高氧化态物质在上,低氧化态在下面 高氧化态对应物质称氧化型,做氧化剂, 低氧化态对应物质称还原型,做还原剂。 根据氧化还原反应电对可判断反应的产物 电对物质,6.1.4 氧化还原电对,6.1.5 氧化还原半反应 任何一个电对物质之间的关系,可用氧化还原半反应表示。,注意:物质的氧化还原性质不是固定不变的。,离子电子法,(1)用离子反应式写出主要反应物,产物。 (2)将总
4、反应分为两个半反应,一个氧化反应一个还原 反应。 (3)首先对两个半反应进行原子数配平,再用电子进行 电荷数的配平。 (4)根据得失电子数相等的原则,将两个半反应乘以适 当的系数,相合并,就得到配平的方程式。 注: 如果在配平时有 多氧和少氧的情况,根据介质的酸、 碱性,分别用H2O,OH-或H+,H2O等来补充。 (5)检查:,6.2 氧化还原反应的配平,配平练习-1,1、酸性介质 MnO4-+Cl- Cl2 + Mn2+,2、近中性介质中, MnO4- + SO32- MnO2 + SO42-,3、碱性介质 Cr(OH)4- + H2O2 CrO42-,4、Br2+OH- BrO3- +
5、Br -,配平练习-2,1、酸性介质 MnO4 + H2C2O4 Mn2+ +CO2,2、碱性介质 Co(NH3)62+ + O2 Co(NH3)63+ + OH,3. MnO42 MnO4 + MnO2,8.3.1 原电池,Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+,Zn2+,SO42-,Cu2+,SO42-,盐桥,铜极: Cu2+ + 2e = Cu 锌极: Zn = Zn2+ + 2e 合并:Zn+Cu2+=Zn2+Cu,原电池将化学能转化为电能 原电池化学电源,6.3 原电池和电极电势,(1) 原电池的组成,原电池,负极,正极,电极反应氧化还原半反应 电极通常用电对表示,为了统一:电极
6、反应通常写还原式 (+) Cu2+ + 2e = Cu (-) Zn2+2e=Zn 总反应 (+)-(-) Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+,电子进入的极发生还原反应(氧化剂),电子输出的极发生氧化反应(还原剂),(2)原电池的表示法,氢电极:H+(c)|H2(p)|Pt 氧电极:OH-(c)|O2(p)|Pt Fe2+-Fe3+电极: Fe2(c1)+,Fe3+(c2)|Pt 饱和甘汞电极: Cl-(饱和溶液)|Hg2Cl2(s)|Hg()|Pt,6.3.2 电池电动势()和电极电势(), = + - -, = (Cu2+ /Cu) - (Zn2+/Zn),如果电池中各物质均处于标
7、准态:, = + - - = (Cu2+ /Cu) - (Zn2+/Zn),(1)标准电极电势( ),标准氢电极(H+/H2),度铂黑的铂片,H2(100kPa),H2,c(H+)=1.0mol.L-1,标准氢电极,电极反应 2H+ +2e = H2 电极电势 (H+/H2)=0.0000V.,c(H+)=1.0mol.L-1,H2(100kPa),条件,电极电势的测定,测定某电极的标准电极电势,由标准氢电极(作负极)与标准状态下的某电极组成原电池,测定此原电池的电池电动势,根据 =正极 - 负极 求出待测标准电极相对于标准氢电极的电极电势 ,称其为该待测电极的标准电极电势。,例:(-)Pt|
8、H2(100kPa)|H+(1.0molL-1)|Cu2+( 1.0molL-1)|Cu(+) 测得= +0.3417v, = 正极- 负极= (Cu2+/Cu)- (H+/H2) (H+/H2)=0.0000V, (Cu2+/Cu)=+0.3417V, 即铜电极的标准电极电势为+0.3417V。,(-) |Pt H2(100kPa)|H+(1.0molL-1)|Zn2+(1.0molL-1)|Zn(+) 测得 = -0.7600v =正极-负极=(Zn2+/Zn) - (H+/H2) (Zn2+/Zn)=- 0.7600V, 锌电极的标准电极电势为-0.7600V。,将任意二个电极组成原电池
9、,原电池的电动势 计算:,(-)Zn|Zn2+(1.0molL-1)| Cu2+(1.0mol.L-1)|Cu(+) (Zn2+/Zn)=-0.76V (Cu2+/Cu)=0.34V, =正极-负极= (Cu2+/Cu)- (Zn2+/Zn) =0.34V-(-0.76V)=1.10V,使用标准电极电势表注意: 标准电极电势的值与电极反应书写方式无关 如标准铅电极: 做正极时,电极反应为 Pb2+2e=Pb; (Pb2+/Pb)=-0.1264V 做负极时,电极反应为 Pb = Pb2+2e, (Pb2+/Pb)=-0.1264V 也可以是,2Pb=2Pb2+4e (Pb2+/Pb)=-0.1
10、264V,.同一电对在不同介质(酸、碱)中,其电极反应和标准电极电势不同。 如ClO3-/Cl-电极: 在酸性溶液中电极反应为: ClO3- + 6H+ + 6e- = Cl- + 3H2O (ClO3-/Cl-)=1.451V 在碱性溶液中电极反应为: ClO3- + 3H2O + 6e- = Cl- + 6OH- (ClO3-/Cl-)=0.62V,(2) 标准电极电势的应用,大小反映物质在水溶液中氧一还能力的相对强弱,(Zn2+/Zn)=-0.76 V (Cu2+/Cu)=0.34V Cu2+的氧化能力大于Zn2+ Zn的还原能力大于Cu,大,氧化型的氧化能力强,是强氧化剂,还原型是 弱
11、还原剂 小,还原型的还原能力强,是强还原剂,氧化是弱 氧化剂。,标准电极电势的大小反应了金属在水溶液中金属活泼性,强氧化剂对应弱还原剂。 强还原剂对应弱氧化剂 (共轭 关系),氧化型物质的氧化能力:,还原型物质的还原能力:,断判标准准态时,反应自发进行的方向,氧化还原反应自发进行的趋势: 强氧化剂与强还原剂反应,生成弱氧化剂,弱还原剂 即:大的电对中氧化型与小电对中还原型物质的反应是自发进行的,例:判断标准态时,Br2,I2能否将Fe2+氧化成Fe3+,8.4.1 G 和 的关系 由热力学原理可知,吉布斯自由的变化等于系统对外做的最大非体积功, 即: G =Wmax = -nF 电池电动势,n
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