八氧化还原反应与电极电位.PPTVIP

第八章 氧化还原反应与电极电位 一、 氧化还原反应的基本概念 氧化数是假设把原子间每个键中的电子指定给电负性大的原子时所求得的原子所带的电荷数。是指某元素一个原子的表观荷电数。 规定： 1）单质中元素的氧化数为零 2）简单离子中元素的氧化数为该元素离子的电荷数 3）共价化合物中,把两个原子共用的电子对指定给电负性较大的原子后,各原子所具有的形式电荷数即为他们的氧化数. 4）在化合物中，氢的氧化数一般为+1 (在 活泼金属氢化物中为-1) ; 氧的氧化数一般为-2 (在过氧化物中为-1; 在超氧化物 KO2中为-1/2; 在OF2中为+2 ) ; 碱金属 元素氧化数为 +1; 氟的氧化数为 –1 。 5）中性分子中各元素氧化数的代数和为零，复杂离子中各元素氧化数的代数 和等于离子所带电荷数。 按确定元素氧化数规则的先后顺序，就能正确确定化合物中各元素的氧化值。 例：KMnO4，先确定K，+1； 再确定O，-2； 最后确定Mn，+7 氧化数可为整数，也可为分数。 例： Fe3O4 中，Fe：+8/3 例： 求S2O32-，S2O82-，Na2S4O6 中 S的氧化数。 2、氧化还原反应 1) 不同类型的氧化还原反应: 电子转移 Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+ 电子偏移 C + O2 = CO2 这两类不同的氧化还原反应可以用氧化数概念统一：元素的氧化数发生了变化 。 2) 定义氧化还原反应 元素的氧化数发生了变化的化学反应称为氧化还原反应。 Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+ 氧化数升高称为氧化反应，例如Zn→Zn2+ ； 氧化数降低称为还原反应，例如Cu2+→Cu 。 电子供体失去电子，称为还原剂，如 Zn； 电子受体得到电子，称为氧化剂，如Cu2+。 3) 氧化还原半反应和氧化还原电对 氧化还原反应可以根据电子的转移，由两个氧化还原半反应构成： Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+ 一个半反应是氧化反应：Zn - 2e- → Zn2+ ； 一个半反应为还原反应：Cu2+ + 2e- → Cu 。 氧化反应和还原反应同时存在，在反应过程中得失电子的数目相等。 氧化还原半反应用通式写做 氧化型 + ne- 还原型 或 Ox + ne- Red 式中n为半反应中电子转移的数目。 Ox 表示氧化数相对较高的氧化型物质； Red表示氧化数相对较低的还原型物质。 同一元素的氧化型和还原型构成的共轭体系称为氧化还原电对。 用“氧化型/还原型” （Ox/Red）表示。 氧化还原电对的书写形式与反应式有关。 半反应 电对 MnO4-+8H++5e=Mn2++4H2O MnO4-/Mn2+ MnO4-+2H2O+3e=MnO2+4OH- MnO4-/MnO2 二、 原电池和电极电位 1、原电池 将氧化还原反应的化学能转化成电能的装置称为原电池(primary cell)，简称电池。 原电池可以将自发进行的氧化还原反应所产生的化学能转变为电能，同时做电功。 理论上讲，任何一个氧化还原反应都可以设计成一个原电池。 1）原电池的组成 两个半电池（或电极）。半电池包括电极材料（电极板）和电解质溶液，电极板是电池反应中电子转移的导体，氧化还原电对的电子得失反应在溶液中进行。 盐桥连接两个半电池，沟通原电池的内电路。 2）电池的反应 将ZnSO4 溶液和Zn片构成Zn半电池，是原电池的负极(anode)； CuSO4溶液和Cu片构成Cu半电池，是原电池的正极(cathode)。 负极反应 Zn → Zn2+ + 2e- （氧化反应） 正极反应 Cu2+ + 2e- → Cu （还原反应） 由正极反应和负极反应所构成的总反应，称为电池反应(cell reaction)。 Zn + Cu2+ Cu + Zn2+ 3）原电池组成式 “|”表示相界面，同一相的不同物质用“,”隔开。 “||”表示盐桥。 溶液标浓度；气体标压力。 溶液靠盐桥，电极板在两边。 负极在左，正极在右。 2、电极电位的产生 金属电极板浸入其盐溶液中，存在相反的过程，速率相等时，建立动态平衡： 金属极板表面上带有过剩负电荷；溶液中等量正电荷的金属离子受负电荷吸引，较多地集中在金属极板附近，形成所谓双电层结构，其间电位差称为电极电位。 3、标准电极电位 电极电位符号?ox/red，单位V。电极电位与电对本性、温度、浓度有关。 电极电位绝对值无法直接测定