普通化学教案(4)氧化还原反应与电化学.docVIP

第四章氧化还原反应与电化学

授课内容

第四章氧化还原反应与电化学

教学目的

1、掌握氧化还原反应、氧化数、氧化还原方程的配平；

2、化学电池、电池符号和电池反应；

3、电池电动势、电极电势、标准氢电极、电极电势的应用；

4、掌握Nernst方程的简单应用；

5、电动势和自由能变化、氧化还原反应的平衡常数的关系；

难点与重点

【重点】

1、氧化还原方程配平；

2、电池反应与电池符号；

3、Nernst方程的应用；

4、E与△G及Ko的关系；

【难点】

1、方程式配平；

2、氧化还原反应与电池符号的书写；

3、电极电势、电动势与浓度、自由能的计算；

4、氧化还原与电离、沉淀多平衡体系的处理；

5、岐化反应的判定。

教学方法

课堂讲授与实验相结合

参考文献

马家举编《普通化学》

浙江大学编《普通化学》

中国农业大学赵士铎编《普通化学》

武汉大学《无机化学》

第四章氧化还原反应与电化学

第一节：氧化还原反应与原电池

电化学反应可分为两类：

（1）利用自发氧化还原反应产生电流（原电池），反应△G＜0；体系对外做功。

（2）利用电能促使非自发氧化还原反应发生（电解），反应△G＞0；环境对体系做功。

一、原电池（Electrochemicalcell）

任何自发进行的氧化还原(oxidation-reduction)反应，只要设计适当，都可以设计成原电池用以产生电流。

（一）原电池的结构与工作原理

1、原电池

工作状态的化学电池同时发生三个过程：

①两个电极表面分别发生氧化反应和还原反应；

②电子流过外电路；

③离子流过电解质溶液。

2、原电池的组成：

原电池是把化学能转化为电能的一种装置。由二个半电池（电极）组成：

●正极（电子流入极）氧化剂得电子发生还原过程

电极反应：氧化态+ne-=还原态

●负极（电子流出极）还原剂失电子发生氧化过程；

电极反应：还原态－ne-=氧化态

●盐桥：

◎通常内盛饱和KCl溶液或NH4NO3溶液(以琼胶作成冻胶).。

◎让溶液始终保持电中性使电极反应得以继续进行。

◎消除原电池中的液接电势（或扩散电势）沟通内电路，保持溶液电中性。

3、原电池符号正确表示：

（1）中间为盐桥，盐桥左、右分别为原电池的负极和正极；

（2）“‖”表示盐桥，“∣”表示界面，“，”隔开同一相中的不同物质；

（3）注明溶液的浓度、气体的压力、纯液体或纯固体的相态；

（4）惰性电极应在原电池符号中表示出

Zn∣Zn2+(lmol·L-1)‖Cu2+(lmol·L-1)∣Cu(s)(+)

Pt︱H2(105Pa)∣H+(lmol·L-1)‖Cu2+(lmol·L-1)∣Cu(s)(+)

【例】利用反应2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4+10CO2+8H2O

正极反应：MnO4－+5e－+8H＋=Mn2＋+4H2O

负极反应：H2C2O4=2CO2+2H＋+2e

原电池符号：（－）Pt∣CO2（p（O2））∣H2C2O4（c1），H＋（c2）‖MnO4－（c3），H＋（c4），Mn2＋（c5）∣Pt

按上述方法组成原电池，将氧化反应、还原反应分开进行，可为研究物质的氧化还原能力、氧化还原反应的自发方向以及氧化还原反应的完全程度提供了重要的信息。

（二）电极类型

按氧化态、还原态物质的状态分类：

★第一类电极：金属、或吸附了气体的惰性金属放在含该元素离子的溶液中

（1）金属及其离子电极

这种电极是金属棒插入到此金属的盐溶液中构成的，它只有一个界面。如金属银与银离子组成的电极，简称银电极。

电极组成Ag∣Ag（C）电极反应Ag+eAg

（2）气体离子电极

将气体物质通入其相应离子的溶液中，气体与其溶液中的阴离子组成平衡体系。如氯电极Cl/Cl、氢电极H/H等。由于气体不导电，需借助不参与电极反应的惰性电极（如铂或石墨）起导电作用，这样的电极叫气体电极。

氯电极与氢电极的电极反应分别为：Cl+2e2Cl

2H+2eH

电极符号分别是：Pt(s)∣Cl(P)∣Cl(C)和Pt(s)∣H(P)∣H(C)

★第二类电极：金属-金属难溶盐及金属-金属难溶氧化物

这类电极是在金属表面上覆盖一层该金属难溶盐（或氧化物），然后将其浸入含有该盐阴离子的溶液中构成，有两个界面。最常见的有银－氯化银电极。

此外，实验室常用的甘汞电极也属此类电极，随着KCl溶液浓度的不同有不同的甘汞电极。最通用的