第7章氧化还原反应和电极电势4节名师编辑PPT课件.ppt

第七章第七章 氧化还原反应和电极电势氧化还原反应和电极电势165-189页页基础化学基础化学学学习习内内容容1.氧化还原反应的基本概念氧化还原反应的基本概念2.原电池原电池5.电势法测定溶液的电势法测定溶液的pH值值(自阅自阅)7 氧化还原反应和电极电势氧化还原反应和电极电势3.电极电势电极电势4.电极电势的应用电极电势的应用165-189页页基础化学基础化学Zn +Cu SO4 =ZnSO4+Cu第一节第一节 氧化还原反应的基本概念氧化还原反应的基本概念-e-+e-锌元素被氧化锌元素被氧化铜元素被还原铜元素被还原锌作还原剂锌作还原剂硫酸铜作氧化剂硫酸铜作氧化剂2e-02+02+165页页第七章第七章 氧化还原反应和电极电势氧化还原反应和电极电势元素所带的荷电数元素所带的荷电数化合价化合价取值：取值：0，1，2，整数整数H2H0NaClNa+1Cl-1Fe3O4中铁元素的一个铁原子的荷电数中铁元素的一个铁原子的荷电数即即Fe的化合价是多少呢？的化合价是多少呢？O-238Fe 不是整数不是整数氧化值氧化值：用来表征一种元素在化合物中所处的化合状态：用来表征一种元素在化合物中所处的化合状态165页页第七章第七章 氧化还原反应和电极电势氧化还原反应和电极电势 7-1 氧化还原反应的基本概念氧化还原反应的基本概念一、一、氧化值氧化值 oxidation number定义：定义：元素的氧化值是指该元素的一个元素的氧化值是指该元素的一个原子的原子的荷电数荷电数，这种荷电数由假，这种荷电数由假设把每个化学键中的电子指定给设把每个化学键中的电子指定给电负性较大电负性较大的原子而求得。的原子而求得。电负性是指成键原子吸引电子的能力。电负性是指成键原子吸引电子的能力。218页页165页页第七章第七章 氧化还原反应和电极电势氧化还原反应和电极电势 求算元素求算元素氧化值氧化值的规则：的规则：1.单质分子中，元素的氧化值为零。单质分子中，元素的氧化值为零。2.简单原子离子中，元素的氧化值简单原子离子中，元素的氧化值 等于它所带的电荷等于它所带的电荷 数；数；H2，O2，F2，Na，Zn，0 0 0 0 0Na+Cl-Ca2+S2-电荷数为电荷数为+1 -1 +2 -2 钠元素氧化值为钠元素氧化值为+1氯氯 为为-1钙钙 为为+2硫硫 为为-2166页页第七章第七章 氧化还原反应和电极电势氧化还原反应和电极电势3.复杂离子中，所有元素的氧化值之和复杂离子中，所有元素的氧化值之和 等于离子的电荷数。等于离子的电荷数。4.一个化合物中所有元素的氧化值之和为零。一个化合物中所有元素的氧化值之和为零。SO42-MnO4-S+6O4-2 2-+6+4(-2)=-2 Mn+7O4-2-+7+4(-2)=-1Na ClCa C2 O4K O H+1 -1+1 -2 +1+2 x -2+1+(-1)=0+1+(-2)+1=0+2+2x+4(-2)=0 x=+3166页页第七章第七章 氧化还原反应和电极电势氧化还原反应和电极电势5.大多数化合物中，氧元素的氧化值为大多数化合物中，氧元素的氧化值为-2，氢元素的氧化值为氢元素的氧化值为+1。例外，例外，过氧化物中过氧化物中 H2O2O-1金属氢化物中金属氢化物中 NaHH-1OF2F-1O+2原因：原因：电负性电负性F 4.0 O 3.5OF的共用电子对的共用电子对 偏向偏向F氟氧化值为氟氧化值为-1，氧的氧化值为氧的氧化值为+2。6.氧化值可以是分数。氧化值可以是分数。Fe3O4O-238Fe 氧化值是由正负化合价的概念分化发展而来氧化值是由正负化合价的概念分化发展而来说明：说明：氧化值包含了化合价，同时还可以是分数。氧化值包含了化合价，同时还可以是分数。氧化值是一个有一定人为性的经验概念，氧化值是一个有一定人为性的经验概念，它是按照一定规则指定了的一种数字，它是按照一定规则指定了的一种数字，用来表征元素在化合状态时的用来表征元素在化合状态时的形式电荷数形式电荷数，与物质与物质结构结构无关。无关。166页页第七章第七章 氧化还原反应和电极电势氧化还原反应和电极电势例例7-1计算计算KMnO4、MnO42-、MnO2、Mn2+中中Mn氧化值。氧化值。解：解：已知已知K的氧化值为的氧化值为+1，O的氧化值为的氧化值为-2设设Mn在这些化合物中的氧化值为在这些化合物中的氧化值为x,在在KMnO4中，中，在在MnO42-中，中，在在MnO2中，中，Mn2+的氧化值为的氧化值为+2+1+x+4(-2)=0 x=+7x+4(-2)=-2 x=+6x+2(-2)=0 x=+4166页页第七章第七章 氧化还原反应和电极电势氧化还原反应和电极电势思考题思考题1指出下列元素的氧化值。指出下列元素的氧化值。NH3K2Cr2O7CO2CH4HNO3Na2S2O3-3+6+4-4+2+5166页页第七章第七章 氧化还原反应和电极电势氧化还原反应和电极电势二、氧化还原反应二、氧化还原反应 oxidation-reductionCu +2 FeCl3 =CuCl2 +2 FeCl2 元素的氧化值发生了变化的化学反应。称元素的氧化值发生了变化的化学反应。称0+2+3+22e-2e-+e-Cu被氧化被氧化Fe被还原被还原Cu还原剂还原剂FeCl3氧化剂氧化剂167页页第七章第七章 氧化还原反应和电极电势氧化还原反应和电极电势氧化剂和还原剂之间发生了电子转移，氧化剂和还原剂之间发生了电子转移，且氧化反应和还原反应同时发生。且氧化反应和还原反应同时发生。氧化反应：氧化反应：还原反应：还原反应：Cu Cu2+2 e-Fe3+e-Fe2+Cu +2 FeCl3 =CuCl2 +2 FeCl22 Fe3+Sn2+2 Fe2+Sn4+氧化反应：氧化反应：还原反应：还原反应：Sn2+Sn4+2 e-Fe3+e-Fe2+两个两个半反应半反应两个两个半反应半反应167页页第七章第七章 氧化还原反应和电极电势氧化还原反应和电极电势如果某元素的氧化值改变如果某元素的氧化值改变 都用都用还原反应还原反应表示表示如：如：Fe3+e-Fe 2+Cu2+2 e-CuCl2 +2 e-2Cl-元素的氧化值元素的氧化值高高 低低得得e物质物质失失e物质物质氧化剂氧化剂还原剂还原剂共轭的氧化还原体系共轭的氧化还原体系某元素某元素高氧化态物质高氧化态物质氧化型氧化型Ox低氧化态物质低氧化态物质还原型还原型RedOx +z e-RedOx +z e-Red还原反应：还原反应：氧化态和它的还原态组成氧化态和它的还原态组成氧化还原电对，氧化还原电对，简称简称 电对电对 redox couple。记为记为 Ox/RedFe3+e-Fe 2+Cu2+2 e-CuCl2 +2 e-2Cl-Sn4+2e-Sn2+Ag+e-Ag 电对电对Cu2+/CuFe3+/Fe2+Cl2/Cl-Sn4+/Sn2+Ag+/Ag167页页Cu2+2 e-Cu 某物质的氧化型的氧化能力某物质的氧化型的氧化能力(+e 能力能力)其共轭的还原型的还原能力其共轭的还原型的还原能力 反之，反之，还原能力强的，其共轭的氧化能力就弱。还原能力强的，其共轭的氧化能力就弱。Zn2+2 e-ZnCu2+易得易得e，Cu 难失难失eZn 易失易失e，Zn2+难得难得e167页页第七章第七章 氧化还原反应和电极电势氧化还原反应和电极电势思考题思考题2写出下列氧化还原反应的电对：写出下列氧化还原反应的电对：2 Fe2+Br2 2 Fe3+2Br-5H2C2O4+2MnO4-+6H+2Mn2+10CO2+8H2O Hg2+Hg Hg22+4 I-+4H+O2 2 I2+2H2O Fe3+/Fe2+Br2/Br-MnO4-/Mn2+CO2/H2C2O4Hg2+/Hg22+Hg22+/HgI2/I-O2/H2O167页页第七章第七章 氧化还原反应和电极电势氧化还原反应和电极电势 7-2 原电池原电池 primary cell一、原电池的概念一、原电池的概念 将化学能转变成电能的装置。将化学能转变成电能的装置。图图7-1 铜铜-锌原电池示意图锌原电池示意图eeZnCuZnSO4CuSO4 I产生电流产生电流维持电路畅通维持电路畅通消除液体接触消除液体接触电势差电势差内装饱和内装饱和KCl溶液和琼脂溶液和琼脂制成的凝胶制成的凝胶169页页第七章第七章 氧化还原反应和电极电势氧化还原反应和电极电势Cu2+2 e-Cu Zn -2 e-Zn2+正极反应：正极反应：负极反应：负极反应：正极反应或负极反应正极反应或负极反应 都称为都称为电极反应，电极反应，或或半电池反应半电池反应，简称简称半反应半反应。电池反应式：电池反应式：Cu2+Zn =Cu +Zn2+原电池原电池利用氧化还原反应将利用氧化还原反应将化学能转变成电能的装置。化学能转变成电能的装置。为了方便，为了方便，常用常用符号符号来表示来表示cell装置。装置。170页页第七章第七章 氧化还原反应和电极电势氧化还原反应和电极电势 7-2 原电池原电池二、原电池二、原电池primary cell的组成式（符号表示法）的组成式（符号表示法）其其书写书写规定：规定：1、负极写在左边，正极写在右边；、负极写在左边，正极写在右边；2、“|”表示相界面；表示相界面；同一相中不同组分，用同一相中不同组分，用“，”分开；分开；“|”表示盐桥；表示盐桥；3、插在溶液中的惰性电极（、插在溶液中的惰性电极（Pt或或C）也应写在电极中；也应写在电极中；4、溶液注明活度、溶液注明活度a,气体注明分压气体注明分压Pi。170页页第七章第七章 氧化还原反应和电极电势氧化还原反应和电极电势图图7-1 铜铜-锌原电池示意图锌原电池示意图eeZnCuZnSO4CuSO4 I 铜铜-锌原电池符号为：锌原电池符号为：(-)ZnZn2+(1mol/L)|Cu2+(1mol/L)(+)Cu|170页页第七章第七章 氧化还原反应和电极电势氧化还原反应和电极电势CuAgAg+Cu2+电池组成式：电池组成式：(-)AgAg+(1mol/L)|Cu2+(1mol/L)(+)Cu|170页页第七章第七章 氧化还原反应和电极电势氧化还原反应和电极电势PtFe2+Fe3+AgAgClCl-(+)：Ag+Cl-e AgClFe3+e Fe 2+(-)：正极组成：正极组成：Fe3+,Fe 2+PtAg AgCl Cl-负极组成：负极组成：该电池组成为：该电池组成为：|(-)(+)Fe3+,Fe 2+PtAg AgCl Cl-170页页第七章第七章 氧化还原反应和电极电势氧化还原反应和电极电势 任何一个任何一个自发自发进行的进行的氧化还原反应氧化还原反应，原则上都可以设计成一个相应的原则上都可以设计成一个相应的原电池原电池。Cu2+Zn =Cu +Zn2+(-)ZnZn2+(1mol/L)|Cu2+(1mol/L)(+)Cu|(-)AgAg+(1mol/L)|Cu2+(1mol/L)(+)Cu|Fe3+,Fe 2+PtAg AgCl Cl-|(-)(+)2Ag+Cu =2Ag +Cu2+Fe3+Ag+Cl-=Fe 2+AgCl 电极类型电极类型电池中电极的种类很多，按其特点分：电池中电极的种类很多，按其特点分：金属金属-金属离子电极金属离子电极金属金属-难溶盐难溶盐-阴离子电极阴离子电极氧化还原电极氧化还原电极气体电极气体电极离子选择性电极离子选择性电极银电极银电极甘汞电极甘汞电极含惰性极板的电极含惰性极板的电极氢电极氢电极玻璃电极玻璃电极了解了解170页页第七章第七章 氧化还原反应和电极电势氧化还原反应和电极电势银电极：金属银与银离子组成的电极银电极：金属银与银离子组成的电极电极组成：电极组成：电极反应式：电极反应式：电对：电对：Ag+e-Ag Ag+/AgAg+Ag 甘汞电极：甘汞电极：Hg-Hg2Cl2与与KCl溶液组成的电极溶液组成的电极电极组成：电极组成：电极反应式：电极反应式：电对：电对：KCl Hg2Cl2,Hg,PtHg2Cl2 +2e-