第9章氧化还原反应和电极电位终稿
第9章氧化还原反应和电极电位-终稿
第9章氧化还原反应和电极电位-终稿•相关推荐第9章氧化还原反应和电极电位-终稿第九章氧化还原反应与电极电位1．+6、+7、+5、-1、-1、+6 2．（1）K2Cr2O7＋6FeSO4＋7H2SO4（2）28HNO3＋3As2S3＋4H2O3．（1）KClO3＋6FeSO ＋3H2SO4（2）2NaCrO2＋3Br2＋8NaOH3Fe2（SO4）3＋Cr2（SO4）3＋K2SO4＋7H2O 9H2SO4＋6H3AsO4＋28NOKCl＋3Fe2（SO）3＋3H2O 2Na2CrO4＋6NaBr＋4H2O4．将发生氧化反应的电对放在电池左边作负极，发生还原作用的`电对放在右边作正极，写出电池表示式后再写电极和电池反应以进行验证。
（1）氧化反应：H2－2e还原反应：I2＋2e2H，做负极 2I -，做正极电池组成式：（?）Pt | H2 | H+ （c1）|| I -（c2）| I2|Pt（+）电池反应：H2＋I2（s）（2）AgCl（s）2HI（aq）Ag+（aq）＋Cl-（aq）为非氧化还原反应，难于直接确定正极和负极，为此，在上述方程两端同时加上金属银，即AgCl（s）＋Ag（s）氧化反应：Ag（s）－e 还原反应：AgCl（s）＋e-Ag+（aq）＋Cl-（aq）＋Ag（s）Ag+（aq），做负极Ag（s）＋C1-（aq），做正极电池组成式：（?）Ag（s）| Ag+（c1）|| Cl-（c2）| AgCl（s）| Ag（s）（+）电池反应：AgCl（s）Ag+（aq）＋Cl-（aq）Mn2+＋4H2O，做正极 Cl2＋2e，做负极5．还原反应：MnO4-＋8H+＋5e-氧化反应：2Cl-正极组成式：Pt| MnO4- （c1），Mn2+ （c2），H+ （c3）负极组成式：Pt | Cl2（p）| Cl-（c ）电池组成式：（?）Pt | Cl2（p）| Cl-（c）‖MnO4-（c1），Mn2+（c2），H+（c3）| Pt（+）6．（1）D（2）B（3）C（4）D（5）B7．（1）φ?（Zn2+/Zn）＜??（Fe2+/Fe）＜??（Sn2+/Sn），由此可知，铁的还原性比锡强，锌的还原性比铁强，还原性强的金属先被腐蚀。
无机化学：第九章 氧化还原与电极电位
• 氧化还原电极，如Fe3+/Fe2+电极 • 电极组成式 Pt(s) | Fe2+(c1), Fe3+(c2) • 电极反应 Fe3++ e- = Fe2+
• 金属-难溶盐-阴离子电极，如Ag-AgCl电极 • 电极组成式 Ag(s) | AgCl(s) | Cl-(c) • 电极反应 AgCl + e- = Ag + Cl-
CrO5：+10
• C在下列化合物中的氧化值分别为
CH3OH HCHO
-2
0
• C的化合价都是4。
HCOOH +2 （被氧化）
• 氧化还原反应：氧化值发生变化。 Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+
• 氧化值升高：氧化反应，如Zn→Zn2+ ； • 氧化值降低：还原反应，如Cu2+→Cu 。 • 失去电子：还原剂，如 Zn； • 得到电子：氧化剂，如Cu2+。
------
+ + + + + +
------
+ + + + + +
+ + + + + +
------
• 电极电位绝对值无 法直接测定，
• 使用的是相对值， 以标准氢电极 ( SHE)为参照。
(二) 电极电势的测定
1、标准（参比）电极
①标准氢电极 2H+ + 2
• 它与金属的本性、温度及 离子浓度有关。
双电层
溶解
M(s) 沉淀 Mn (aq) ne
大学实验化学 氧化还原反应与电极电位
氧化还原反应与电极电位难题解析[TOP]例8-1 写出并配平下列各电池的电极反应、电池反应，注明电极的种类。
（1）(-) Ag(s)│AgCl(s) │HCl(sln)│Cl2(100kp)│Pt(s) (+)（2）(-) Pb(s)│PbSO4(s)│K2SO4(sln)‖KCl(sln)│PbCl2(s)│Pb(s) (+)（3）(-) Zn(s)│Zn2+(c1)‖MnO4-(c2), Mn2+(c3), H+(c4)│Pt(s) (+)（4）(-) Ag(s) | Ag+ (c1) ‖Ag+(c2) │Ag(s) (+)分析将所给原电池拆分为两个电极。
负极发生氧化反应，正极发生还原反应，写出正、负极反应式，由正极反应和负极反应相加构成电池反应。
解（1）正极反应Cl2(g)+2e-→ 2 Cl－(aq) 属于气体电极负极反应Ag(s)+Cl-(aq) → AgCl(s)+e-属于金属-难溶盐-阴离子电极电池反应2Ag（s）+ Cl2(g) →2AgCl(s) n=2（2）正极反应PbCl2(s)+2e-→Pb(s)+2Cl- (aq) 属于金属-难溶盐-阴离子电极负极反应Pb(s)+SO42-(aq)→PbSO4(s)+2e-属于金属-难溶盐-阴离子电极电池反应PbCl2(s) +SO42-(aq)→PbSO4(s) +2Cl-(aq) n=2（3）正极反应MnO4-(aq) +8H+(aq)+5e-→Mn2+(aq)+ 4H2O(l) 属于氧化还原电极负极反应Zn(s) → Zn2+(aq)+2e-属于金属-金属离子电极电池反应2MnO4- (aq)+16H+(aq)＋5Zn(s)→2Mn2+(aq)＋8H2O(l)＋5Zn2+ (aq)n=10（4）正极反应Ag+(c2) +e- → Ag(s) 属于金属-金属离子电极负极反应Ag(s) → Ag+ (c1) + e-属于金属-金属离子电极电池反应Ag+(c2) → Ag+ (c1) n=1例8-2 25℃时测得电池(-) Ag(s)│AgCl(s)│HCl(c)│Cl2(100kp)│Pt(s) (+) 的电动势为1.136V，已知θϕ( Cl2/Cl-)=1.358V, θϕ( Ag+/Ag)=0.799 6V，求AgCl的溶度积。
氧化还原及电极电位
Mn + 4 H2O
2+
(－) Pt|Fe3+，Fe2+ | | MnO4-，Mn2+，H+|Pt (+) －
作两极， 例：Cu、Fe作两极，稀硫酸作电解质溶液的原 、 作两极 电池中： 电池中：①Cu作____极, ②Fe作____极 作 正 极 作 负极 负极____________ 电极反应式 ：负极 Fe-2e- Fe2+ Fe正极_____________ ↑ 正极 2H++2eH2 如将稀硫酸改为浓硝酸则： 如将稀硫酸改为浓硝酸则： ①Cu作____极, ②Fe作____极 作 负 极 作 正 极 负极____________ 2+ 电极反应式 ：负极 Cu-2eCuCu 正极_____________________ 正极 2NO3-+4H++2e2NO2↑+2H2O
第一节 氧化还原反应
一、氧化值（oxidationumber） 氧化值（ ） 1970年，IUPAC（国际纯粹和应用化学协会） 年 （ 氧化值： 氧化值：某元素一个原子的表观荷电 数，这种荷电数由假设把每个键中的 电子指定给电负性较大的原子而求得。 电负性较大的原子而求得 电子指定给电负性较大的原子而求得。 例： NH3 N -3 H +1
第二节 原电池和电极电位
二、电极电位的产生
将金属放入其盐溶液中时有两种倾向存在： 将金属放入其盐溶液中时有两种倾向存在：
溶解 M 在极板上 沉积 Mn+ + ne 在溶液中 留在极板上
金属越活泼(易失e 溶液越稀，溶解倾向越大； 金属越活泼(易失e-)，溶液越稀，溶解倾向越大； 反之沉积倾向越大。 反之沉积倾向越大。
氧化还原与电极电位
2
f 两式相加，削去电子e，多余的
H2O和H＋，配平总反应
两式相加，配平总反应：
2MnO4 5SO3 6H 2Mn 5SO 4 3H2O
-时根据实验条件加H2O的原则
酸性介质
半反应式左 侧多O原子 右侧+H2O 左侧+H+
中性介质
左侧+H2O 右侧+OH左侧+H2O 右侧H+
Zn Zn2++2e
2 2
电池反应是:
Zn Cu Zn Cu
(2)半反应（电极反应）涉及同一元素 的氧化态和还原态：
氧化态+ne-
还原态
这种共轭关系，称为氧化还原电对，
记为：“氧化态/还原态” 如：
Zn2+/Zn， H+/H2， Fe3+/Fe2+， O2/OH-，
Hg2Cl2/Hg， MnO4-/Mn2+ , 等。
0.05916 0.7628 lg 0.0010 2
0.8220 V) (
Mn2++4H2O 例题2 求电极反应MnO4-+8H++5e 在pH＝5时的电极电位，其它条件与标准状态相同。 解： 已知条件： pH＝5，即［H+］＝1.0×10-5 mol· -1 L ［ MnO4-］＝ ［ Mn2+］＝1 mol· -1 L 转移了n＝5个电子
氧化半反应：SO
23
＋H2O SO 4 ＋2H
2＋ 2
＋
还原半反应：MnO4
＋8H Mn ＋4H2O
d 在两个半反应中分别加上相应数目 的电子e，以使半反应左右两边的电 荷数相同
氧化还原反应和电极电势(hwn)
与上述相反，电解质浓度的减小会使离子浓度减小，离子间的相互碰撞次数减少 ，使得电子的传递速率减慢。同时，电解质浓度的减小也会使得物质中的电子离 域能增加，使得电子更难从物质中逸出，从而使得电极电势减小。
电极材料的影响
电极材料性质影响电极电势
电极材料的性质如导电性、化学稳定性等都会影响电极电势。一般来说，导电性好、化学稳定性高的电极材料具 有较低的电极电势。
还原态
02
物质在氧化还原反应中获得电子的状态。
确定氧化态和还原态的方法
03
根据元素周期表中的金属活动性顺序，判断物质在反应中的得
失电子情况。
电极电势在氧化还原反应中的应用
01
电极电势是衡量氧化还原反应进行方向的重要参数。
02
电极电势高代表该物质具有较高的氧化能力，电极电势低则代
表该物质具有较高的还原能力。
氧化还原反应和电极电势(HWN)
目 录
• 氧化还原反应概述 • 电极电势的基本概念 • 氧化还原反应与电极电势的关系 • 电极电势的影响因素 • 氧化还原反应和电极电势的应用实例
01 氧化还原反应概述
定义与特点
定义
氧化还原反应是一种电子转移过程， 其中原子或分子获得电子成为还原剂， 而另一些原子或分子失去电子成为氧电极电势可以用于预测和控制电化学反应的可能性、速率和方向。
电池设计
电极电势可以用于设计电池，以实现高效的能量转换和储存。
环境监测
电极电势可以用于监测水体、土壤等环境中的重金属离子污染情况。
03 氧化还原反应与电极电势 的关系
氧化态与还原态的确定
氧化态
01
物质在氧化还原反应中失去电子的状态。
氧化还原反应和电极电势
在生物领域的应用
生物氧化还原反应
生物体内的氧化还原反应是维持生命活动的基础，如呼吸作用和 光合作用等。
药物合成
许多药物合成过程中涉及到氧化还原反应，如某些抗生素和抗癌药 物的合成。
生物传感器
利用氧化还原反应的原理制备生物传感器，用于检测生物体内的物 质含量或环境中的有害物质。
谢谢
THANKS
热能是氧化还原反应中伴 随能量释势的影响因素
CHAPTER
温度的影响
温度升高，电极电势增大
随着温度的升高，分子运动速度加快， 离子迁移率提高，导致电极电势增大。
VS
温度降低，电极电势减小
随着温度的降低，分子运动速度减慢，离 子迁移率降低，导致电极电势减小。
电解质浓度的影响
电极表面的粗糙度影响电极电势
粗糙的电极表面可以提供更多的反应活性位点，从而提高电极电势。
05 氧化还原反应的实际应用
CHAPTER
在能源领域的应用
01
02
03
燃料电池
燃料电池利用氢气和氧气 之间的氧化还原反应产生 电能，具有高效、清洁的 优点。
金属-空气电池
金属-空气电池利用金属与 氧气之间的氧化还原反应 产生电能，具有高能量密 度和环保的优点。
氧化还原反应和电极电势
目录
CONTENTS
• 氧化还原反应 • 电极电势 • 氧化还原反应与电极电势的关系 • 电极电势的影响因素 • 氧化还原反应的实际应用
01 氧化还原反应
CHAPTER
定义与特性
定义
氧化还原反应是一种化学反应，其中 电子在反应过程中从一个原子或分子 转移到另一个原子或分子。
太阳能电池
太阳能电池利用光能激发 电子进行氧化还原反应产 生电能，具有可再生、无 污染的优点。
氧化还原反应与电极电位最终版
氧化还原反应中，存在氧化还原电对。
即氧化态物质(电子受体)及其对应的还原
态物质(电子供体) 。
记为：氧化态/还原态；或 (Ox / Red)。
如： MnO4-/Mn2+；Cu2+/Cu；Zn2+ /Zn；
又如： 2Fe3+ ＋Sn2+
2 Fe2+ ＋Sn4+
还原半反应： Fe3+ + e- → Fe2+ 氧化半反应： Sn2+ →Sn4+ + 2e-
(-) Cu , CuCl(S)∣Cl- (c1) ‖ Fe3+ (c2), Fe2+ (c3) ∣Pt(+)
[例8-2] 高锰酸钾与浓盐酸作用制取氯气的反应如下：
2KMnO4+16HCl
2KCl +2MnCl2+ 5Cl2 + 8H2O将
此反应设计为原电池，写出正负极反应、电池反应、电
极组成式和电池组成式。
氧化还原反应与电极电位最终版
第一节 氧化还原反应
（ Oxidation Reduction Reaction ）
一、氧化值（Oxidation Number）
把成键电子指定给电负性大的原子时， 该元素的一个原子的 “表观荷电数”。
计算规则：
1.单质分子中：元素的氧化值为0。
2.化合物中：氧化值之和为0。
二、原电池
(一)原电池的组成
1. Cu-Zn原电池: Zn＋CuSO4⇌Cu＋ZnSO4 △rGm = -212.6kJ·mol-1 <0
反应能自发进行，如右图
Zn
CuSO4 溶液 Cu
若分成两个半反应， 还原半反应： Cu2+＋2e →Cu 氧化半反应: Zn→Zn 2+＋2e
第九章 电极电位-2
氧 化
I2Байду номын сангаас+ 2eO2+2H++2e-
能 Fe3+ + e-
Zn
Pb
H2 Ag+Cl-
Cu 2I-
H2O2 Fe2+
-0.761 8
还
-0.126 2 0.000 00 0.222 33
原 剂
0.341 9
的
0.535 5
还
0.695
原
0.771
能
力 Ag+ + e-
Ag
0.799 6
力
增 Br2(l)+2e-
是将成键电子指定给电负性较大的原子而 求得的。 电负性:原子在分子中吸引电子能力的相对大小。
一、氧化还原与氧化值
元素氧化值计算规则：
1. 单质中元素的氧化值为零。
如 F2、O2、C12
2. 在电中性的化合物中，所有元素的氧化值之和为零。如 HC1
3. 单原子离子，元素氧化值等于离子电荷数。 如C1- -l , Mg2+ +2
电极组成式: Zn2+(c)| Zn (s) Sn2+(c1), Sn4+(c2) | Pt (s)
四、电极组成式和电极类型
根据组成电极的电对不同,可将其分为常见的四类：
1. 金属－金属离子电极
如银电极 电极组成式 Ag+(c)| Ag(s)
电极反应 Ag + + e-
Ag
2. 金属－金属难溶盐(或难溶氧化物)电极
二、电极电位的测定
(二) 标准电极电位(standard electrode potential)
氧化还原反应与电极电势实验报告
氧化还原反应与电极电势实验报告氧化还原反应实验报告实验十二氧化还原反应一、实验目的1．理解电极电势与氧化还原反应的关系和介质、浓度对氧化还原反应的影响。
2．加深理解氧化态或还原态物质浓度变化对电极电势的影响。
3．进一步理解原电池、电解及电化学腐蚀等基本知识。
[教学重点]电极电势和氧化还原反应的关系。
[教学难点]原电池、电解及电化学腐蚀等知识。
[实验用品]仪器：低压电源、盐桥、伏特计药品：0.5 mol·L-1Pb(NO3)2、(0.5、1 mol·L-1)CuSO4、0.5 mol·L-1 ZnSO4、0.1 mol·L-1KI、0.1 mol·L-1FeCl3、0.1 mol.L-1KBr、0.1 mol·L-1FeSO4、(1、3 mol·L-1) H2SO4、6 mol·L-1HAc、(2 mol·L-1、浓)HNO3、(0.01、0.1 mol·L-1)KMnO4、6 mol·L-1NaOH、0.1 mol·L-1K2Cr2O7、饱和KCl、浓NH3·H2O、饱和氯水、I2水、Br2水、CCl4、酚酞溶液、Na2S2O3、红石蕊试纸材料：导线、砂纸、电极（铁钉、铜片、锌片、碳棒）二、实验内容（一）电极电势和氧化还原反应1．2Fe3++ 2I-= 2Fe2++ I2 I2易溶于CCl4，CCl4层显紫红色2．Fe3++ Br-不起反应，CCl4层无色3．Cl2+ 2Br-= 2Cl-+ Br2 Br2溶于CCl4，CCl4层显橙黄色（二）浓度和酸度对电极电势影响1．浓度影响在两只50m L烧杯中，分别注入30mL 0.5mol·L-1 ZnSO4和0.5mol·L-1 CuSO4，在ZnSO4中插入Zn片，CuSO4中插入Cu片，中间以盐桥相通，用导线将Zn片Cu片分别与伏特表的负极和正极相接。
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第9章氧化还原反应和电极电位终稿第九章氧化还原反应与电极电位
1．+6、+7、+5、-1、-1、+6 2．（1）K2Cr2O7＋6FeSO4＋7H2SO4（2）28HNO3＋3As2S3＋4H2O3．（1）KClO3＋6FeSO＋3H2SO4（2）2NaCrO2＋3Br2＋8NaOH
3Fe2（SO4）3＋Cr2（SO4）3＋K2SO4＋7H2O 9H2SO4＋6H3AsO4＋28NO
KCl＋3Fe2（SO）3＋3H2O 2Na2CrO4＋6NaBr＋4H2O
4．将发生氧化反应的电对放在电池左边作负极，发生还原作用的电对放在右边作正极，写出电池表示式后再写电极和电池反应以进行验证。
（1）氧化反应：H2－2e
还原反应：I2＋2e
2H，做负极 2I -，做正极
电池组成式：（?）Pt | H2 | H+ （c1）|| I -（c2）| I2|Pt （+）电池反应：H2＋I2（s）（2）AgCl（s）
2HI（aq）
Ag+（aq）＋Cl-（aq）为非氧化还原反应，难于直接确定正极和负极，为此，在上述方程两端同时加上金属银，即
AgCl（s）＋Ag（s）
氧化反应：Ag（s）－e 还原反应：AgCl（s）＋e-
Ag+（aq）＋Cl-（aq）＋Ag（s）
Ag+（aq），做负极
Ag（s）＋C1-（aq），做正极
电池组成式：（?）Ag（s）| Ag+（c1）|| Cl-（c2）| AgCl（s）| Ag（s）（+）电池反应：AgCl（s）
Ag+（aq）＋Cl-（aq）
Mn2+＋4H2O，做正极 Cl2＋2e，做负极
5．还原反应：MnO4-＋8H+＋5e-氧化反应：2Cl-
正极组成式：Pt| MnO4- （c1），Mn2+ （c2），H+ （c3）负极组成式：Pt | Cl2（p）| Cl-（c ）
电池组成式：（?）Pt | Cl2（p）| Cl-（c）‖MnO4-（c1），Mn2+（c2），H+（c3）| Pt（+） 6．（1）D（2）B（3）C（4）D（5）B 7．（1）φ?（Zn2+/Zn）＜??（Fe2+/Fe）＜??（Sn2+/Sn），由此可知，铁的还原性比锡强，锌的还原性比铁强，还原性强的金属先被腐蚀。
（2）Fe＋Cu2+
Fe2+＋Cu
E? = ??（Cu2+/Cu）－??（Fe2+/Fe）= 0.3419－（?0.447）＞0，反应正向进行。
2Fe3+ ＋Cu2+2Fe2+＋Cu
E ? =? ?（Fe3+/Fe2+）－? ?（Cu2+/Cu）= 0.771－0.3419＞0，反应正向进行。
（3）φ?（O2/H2O）－φ?（S/H2S）= 1.229 ?0.4762＞0，在标准态下可以发生反应O2＋2H2S
2S↓＋2H2O。
（4）? ?（MnO4-/MnO2）–? ?（MnO2/Mn2+）=1.679－1.224＞0，反应3Mn2+＋2MnO4-＋2H2O（5）2Cu+
Cu2+＋Cu
5MnO2↓＋4H+在标准态下正向进行。
E ? = ? ?（Cu+/Cu）－? ?（Cu2+/Cu+）= 0.522－0.153＞0，反应正向进行。
（6）4Cr2+＋O2+H2O
4Cr3+＋4OH-
E ? = ? ?（O2/ OH-）－? ?（Cr3+/Cr2+）= 0.401－（–0.407）＞0，反应正向进行。
（7）2Fe3+＋2I-2Fe2+ ＋I2
E ? =? ?（Fe3+/Fe2+）－? ?（I2/I-）= 0.771V－0.5355V＞0，反应正向进行。
8．??（Cu2+/Cu）= 0.3419V，? ?（Fe2+/Fe）=0.447V lgK?
??n(????_)
0.059
?
2(0.3419?0.447)
?26.67 K?4.68?1026
0.05916
[Fe2?]0.1?28?126
， x?2.14?10mol?LK???4.68?10
[Cu2?]x
9．反应离子式为Sn2＋2Fe3+氧化反应：Sn2电池组成式为：
（?）Pt| Sn2+（1.0mol·L-1），Sn4+（1.0mol·L-1）‖Fe3+（1.0mol·L-1），Fe2+（1.0mol·L-1）| Pt（+）
E?=φ?正－φ?负=φ?（Fe3+/Fe2+）－φ?（Sn4+/Sn2+）= 0.771－0.151 = 0.620V 10．
（1）φ?（H+/H2）= 0.000V
0.05916[H?]20.059160.12
?(H/H2)??(H/H2)?lg?0.000?lg??0.068V
2pH22
100
?
θ
?
2Fe2+＋Sn4+
2Fe2+
Sn4+＋2e，还原反应：2Fe3+＋2e
（2）φ?（Cr2O72-/Cr3+）= 1.232V
2?
][H?]140.05916[Cr2O7
?(Cr2O/Cr)??(Cr2O/Cr)?lg
6[Cr3?]
2?
7
θ
2?7
3?
0.05916(10?3)14
?1.232?lg?0.818V
61
（3）φ?（Br2/Br-）= 1.066V
0.0591610.059161
lg?1.066?lg?1.125V ?2
2[Br]20.01?(Br2/Br?)??θ(Br2/Br?)?
由于 E=φ正－φ负=φ（Ni2+/Ni）－φ（Cd2+/Cd），得φ（Cd2+/Cd）= φ（Ni2+/Ni）－E = ?0.248－0.200= ?0.448V
0.059160.05916
lg[Cd2?]??0.448V lg[Cd2?]??0.403?
22
[Cd2+]=0.0299mol·L-1
13．电池反应为：Cu2+＋H2Cu＋2H+
?(Cd2?/Cd)??θ(Cd2?/Cd)?
0.059[H?]20.05916[H?]2θ2?θ?
E?E?lg??(Cu/Cu)??(H/H2)?lg
100n[Cu2?]pH22
0.05916
?0.3419?lg[H?]2?0.48 2 θ
解得pH=2.33。
内容仅供参考。