第七章

氧化還原和電極電勢(shì)Redoxandelectrodepotential第七章

氧化還原和電極電勢(shì)第一節(jié)氧化還原反應(yīng)的基本概念第二節(jié)電極電勢(shì)學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：掌握氧化數(shù)、氧化還原和電極電勢(shì)的基本概念；熟悉氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)、氧化還原反應(yīng)方程式的配平、原電池的組成、電極反應(yīng)以及電池符號(hào)的書寫；了解電極電勢(shì)的形成及影響電極電勢(shì)的因素。能力目標(biāo)：會(huì)正確判斷氧化、還原、氧化劑和還原劑，會(huì)用電極電勢(shì)判斷氧化劑還原劑的強(qiáng)弱、判斷氧化還原進(jìn)行的方向及氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的程度。素質(zhì)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，提高學(xué)生的集體榮譽(yù)感。第七章

氧化還原和電極電勢(shì)——第一節(jié)

氧化還原反應(yīng)一、氧化數(shù)（oxidationnumber）氧化數(shù)是指某元素一個(gè)原子的表觀荷電數(shù)。這種荷電數(shù)是假設(shè)把每一個(gè)化學(xué)鍵電子指定給電負(fù)性較大的原子而求得。如：H–Cl+1-1HCl單質(zhì)中元素的氧化數(shù)為零。3．單離子中原子的氧化數(shù)等于離子所帶電荷數(shù)，復(fù)雜離子中所有原子的氧化數(shù)的代數(shù)和等于離子的電荷數(shù)。4．在化合物中，一般情況下氫為+1、氧為-2。特例：活潑金屬氫化物中，氫為-1；在過氧化物中，氧為-1。確定氧化數(shù)的規(guī)則：氧化數(shù)有正負(fù),可為整數(shù),分?jǐn)?shù)或小數(shù)2．中性分子中各元素的氧化數(shù)的代數(shù)和等于零。元素的氧化數(shù)發(fā)生了變化的反應(yīng)二、氧化還原反應(yīng)的基本概念氧化還原反應(yīng)實(shí)質(zhì)是發(fā)生了電子的轉(zhuǎn)移或偏移

Cu2+＋Zn

Zn2+＋Cu升失氧降得還（一）氧化劑、還原劑以及氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)氧化劑（oxidant）：氧化數(shù)降低的物質(zhì)（一）氧化劑、還原劑以及氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)還原劑（reducingagent）：氧化數(shù)升高的物質(zhì)

Cu2+＋Zn

Zn2+＋Cu升失氧降得還Cu2+Zn元素氧化數(shù)降低的反應(yīng)稱為還原半反應(yīng)。元素氧化數(shù)升高的反應(yīng)稱為氧化半反應(yīng)。

Cu2+＋Zn

Zn2+＋Cu升失氧降得還（二）氧化還原半反應(yīng)和氧化還原電對(duì)Cu2++2e→CuZn-2e→Zn2+氧化還原電對(duì)

：同種元素不同氧化數(shù)的一對(duì)物質(zhì)用Ox/Red表示Ox表示氧化型（氧化數(shù)高的物質(zhì)）Red表示還原型（氧化數(shù)低的物質(zhì)）如：Zn2+/Zn、Fe3+/Fe2+、MnO4-/Mn2+（二）氧化還原半反應(yīng)和氧化還原電對(duì)（一）氧化數(shù)法（二）離子-電子法三、配平氧化還原反應(yīng)的方法

基本原則是：氧化劑氧化數(shù)降低的總數(shù)與還原劑氧化數(shù)升高的總數(shù)相等。

氧化數(shù)法優(yōu)點(diǎn)是簡便、快速，不僅適用于水溶液中的氧化還原反應(yīng)，也適用于非水體系和有機(jī)物參與的氧化還原反應(yīng)方程式的配平。（一）氧化數(shù)法配平：KMnO4+HCl→MnCl2+KCl+Cl2↑解：1、將有變化的氧化數(shù)注明在相應(yīng)的元素符號(hào)的上方。2、根據(jù)氧化數(shù)升高和降低的總數(shù)相等，確定基本系數(shù)。2KMnO4+10HCl→2MnCl2+2KCl+5Cl2↑3、用觀察法確定氧化數(shù)未發(fā)生變化的元素的原子數(shù)目，必要時(shí)可加上適當(dāng)數(shù)目的H+、OH－或H2O。2KMnO4+16HCl→2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+8H2O4、檢查等式兩邊各原子的個(gè)數(shù)是否相等，并將箭號(hào)改成等號(hào)。2KMnO4+16HCl=2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+8H2O（一）氧化數(shù)法

離子?電子法主要適用于配平水溶液中的氧化還原離子反應(yīng)，特別是對(duì)于有介質(zhì)參加的氧化還原離子反應(yīng)。

基本原則是：反應(yīng)中氧化劑得到電子的總數(shù)和還原劑失去電子的總數(shù)相等。（二）離子-電子法配平：+H2C2O4

+H+→Mn2++CO22、配平兩個(gè)半反應(yīng)式的原子數(shù)，必要時(shí)可根據(jù)反應(yīng)介質(zhì)加上適當(dāng)數(shù)目的H+、OH－或H2O，并在半反應(yīng)式左邊或右邊加上適當(dāng)?shù)碾娮訑?shù)，使兩邊電荷數(shù)相等。解：1、將離子方程式寫成氧化和還原半反應(yīng)式氧化反應(yīng)H2C2O4→CO2還原反應(yīng)→Mn2+H2C2O4→2CO2+2H++2e+8H++5e→Mn2++4H2O

（二）離子-電子法3、在兩個(gè)半反應(yīng)式兩邊乘上適當(dāng)?shù)南禂?shù)，使兩個(gè)半反應(yīng)式得失電子的總數(shù)相等。4、將乘于系數(shù)后的兩個(gè)半反應(yīng)式合并，并再次確認(rèn)反應(yīng)式兩邊原子數(shù)和電荷數(shù)相等。+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2+8H2OH2C2O4→2CO2+2H++2e×5+8H++5e→Mn2++4H2O×2（二）離子-電子法對(duì)于反應(yīng)前后氧原子個(gè)數(shù)不等，在酸性介質(zhì)中，可用H+和H2O來調(diào)節(jié)氫、氧原子的數(shù)目；在堿性介質(zhì)中，可用OH－和H2O來調(diào)節(jié)氫、氧原子的數(shù)目。注意，任何條件下（酸性、都不允許在反應(yīng)式中同時(shí)出現(xiàn)H+和OH－介質(zhì)種類反

應(yīng)

物

中多一個(gè)氧原子[O]少一個(gè)氧原子[O]酸性介質(zhì)堿性介質(zhì)中性介質(zhì)（二）離子-電子法第七章

氧化還原和電極電勢(shì)——第二節(jié)電極電勢(shì)（electrodepotential）將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置Zn棒逐漸溶解溶液天藍(lán)色減退Zn-2e→Zn2+Cu2++2e→Cu負(fù)極:流出電子的電極正極:流入電子的電極（一）原電池的概念一、原電池（galvaniccell）電池反應(yīng):

Cu2++Zn

=Cu+Zn2+（二）

電極反應(yīng)與電池反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)：Zn-2e

=Zn2+（氧化反應(yīng)）正極反應(yīng)：Cu+2+2e=Cu（還原反應(yīng)）1.負(fù)極寫在左邊，發(fā)生還原反應(yīng)的正極寫在右邊；2.用單垂線“|”表示相界面；3.用雙垂線“||”表示鹽橋；惰性電極要標(biāo)明。4.標(biāo)明各個(gè)狀態(tài)物質(zhì)組成及狀態(tài)；（三）原電池符號(hào)的書寫原則銅鋅電池電池符號(hào)為：Zn(s)|ZnSO4(c1)||CuSO4(c2)|Cu(s)例如：2Fe3+(aq)+Sn2+(aq)=2Fe2+(aq)+Sn4+(aq)電池符號(hào)為：Pt|Sn2+(c1),Sn4+(c2)||Fe3+(c3)，F(xiàn)e2+(c4)|Pt電極電勢(shì)的產(chǎn)生二、電極電勢(shì)（electrodepotential）

原電池能夠產(chǎn)生電流,說明兩極間存在電勢(shì)差，即：兩極的電勢(shì)不同a.金屬表面保持一定量的電子，附近溶液中含相應(yīng)數(shù)量的正離子。（活潑金屬：鋅與鋅離子）

b.金屬表面保持一定量的正離子，附近溶液中含相應(yīng)數(shù)量的負(fù)離子。（不活潑金屬：銅與銅離子）(a)(b)金屬電極的雙電層這種產(chǎn)生在雙電層之間的電勢(shì)差稱為金屬電極的電極電勢(shì)。記為：M（s）

Mn+(aq）

+ne-溶解析出電極電勢(shì)的產(chǎn)生規(guī)定：標(biāo)準(zhǔn)氫電極的電極電勢(shì)為零。

(H+/H2)=0.0000Vc(H+)=1mol/L。PH2=100kPa。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)電極反應(yīng)

（一）標(biāo)準(zhǔn)氫電極（standardhydrogenelectrode）電極處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的電勢(shì),用

(M+/M)表示溶液：濃度為1mol/L。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下電極的電勢(shì)。用

(M+/M)表示

（二）標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)（

standardelectrodepotential）氣體：指定溫度下，壓力為100kPa。(-)標(biāo)準(zhǔn)氫電極待測電極(+)(–)(Pt)|H2(101325Pa)|H+(1mol/L)||Cu2+(1mol/L)

︱Cu(+)測得：E=0.3419(V)(–)Zn︱Zn2+(1mol/L)||H+(1mol/L)︱H2(101325Pa)︱(Pt)(+)測得：E=0.7618(V)測量出這個(gè)原電池的電動(dòng)勢(shì)，就是待測電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)。電極標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)的測定

半反應(yīng)半反應(yīng)φ

(Ox/Red)φ

(Ox/Red)標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)表2.標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)反映的是物質(zhì)得失電子的傾向，數(shù)值與物質(zhì)的數(shù)量無關(guān)。Zn2++2e=Zn3.標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)反映的是平衡態(tài)的電極電勢(shì)，與電極反應(yīng)的寫法無關(guān)。2Zn2++4e

=2ZnFe2++2e-=FeFe-2e-=Fe2+1.表中的半反應(yīng)均表示為還原過程：氧化型＋ne還原型標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)表使用時(shí)應(yīng)注意：

對(duì)于任一電極反應(yīng)：aOx+ne

bRe

:指定濃度下的電極電勢(shì)。

:電對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)。n:電極反應(yīng)中的得失電子數(shù)。F:法拉第常數(shù)，96485C/mol。R:摩爾氣體常數(shù),8.314J/K.mol

T:電極反應(yīng)的絕對(duì)溫度。三、影響電極電勢(shì)的因素（一）能斯特方程式（

nernstequation）

應(yīng)用能斯特方程式時(shí)須注意幾點(diǎn)：

應(yīng)用能斯特方程式時(shí)須注意幾點(diǎn)：

（二）濃度對(duì)電極電勢(shì)的影響

由此可見：氧化態(tài)物質(zhì)的濃度越大，它的電極電勢(shì)越大，氧化態(tài)物質(zhì)的濃度越小，它的電極電勢(shì)越小。

（三）酸度對(duì)電極電勢(shì)的影響由此可見：對(duì)于有H+離子或OH－離子參加的反應(yīng)，溶液的酸堿度對(duì)電極電勢(shì)的影響非常明顯。（一）

比較氧化劑、還原劑的相對(duì)強(qiáng)弱（二）計(jì)算原電池的電動(dòng)勢(shì)（三）判斷氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的方向（四）判斷氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的程度四、電極電勢(shì)的應(yīng)用

電對(duì)的電極電勢(shì)越高，其氧化型物質(zhì)得電子的能力越強(qiáng)，是強(qiáng)的氧化劑；電對(duì)的電極電勢(shì)越低，其還原型物質(zhì)的還原能力越強(qiáng)，是強(qiáng)的還原劑。例如：電對(duì)Cu2+/CuH+/H2Zn2+/Zn

/V+0.3370-0.763

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氧化性Cu2+>H+>Zn2+標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下還原性Cu<H2<Zn（一）

比較氧化劑、還原劑的相對(duì)強(qiáng)弱

（二）計(jì)算原電池的電動(dòng)勢(shì)

（二）計(jì)算原電池的電動(dòng)勢(shì)

正極負(fù)極Cu2+＋ZnZn2+＋Cu氧化劑還原劑原電池電動(dòng)勢(shì)：E=

+—-氧化還原反應(yīng)正向進(jìn)行E>0，

+>-（氧化型）1+（還原型）2=（還原型）1+（氧化型）2

E<0E=0氧化還原反應(yīng)逆向進(jìn)行氧化還原反應(yīng)處于平衡狀態(tài)（三）判斷氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的方向

（三）判斷氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的方向

（四）判斷氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的限度

（四）判斷