化学竞赛氧化还原课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,化学竞赛氧化还原课件,化学竞赛氧化还原课件化学竞赛氧化还原课件一、氧化值（或氧化态）氧化值：是指某元素一个原子的“形式荷电数”，该荷电数是假定把每一化学键中的电子指定给电负性更大的原子而求得的。,化合价：区别与联系有电子得失或电子转移的反应，被称为氧化还原反应。Cu2+(aq)+Zn(s)=Zn2+(aq)+Cu(s)得失电子,H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)电子偏移,一、,氧化值（或氧化态）,氧化值：是指某元素一个原子的“形式荷电数”，该荷电数是假定把每一化学键中的电子指定给电负性更大的原子而求得的。,化合价：区别与联系,有电子得失或电子转移的反应，被称为氧化还原反应。,Cu,2+,(aq)+Zn(s)=Zn,2+,(aq)+Cu(s)得失电子,H,2,(g)+Cl,2,(g)=2HCl(g)电子偏移,确定氧化值的规则：,单质中，元素的氧化值为零。H,2,、Cl,2,、P,4,、S,8,等,单原子离子中，元素的氧化值等于该离子所带的电荷数。Na,+,、Cl,大多数化合物中，氢的氧化值为+1；,特殊：NaH、SiH,4,、NaBH,4,通常，氧在化合物中的氧化值为-2；,特殊：H,2,O,2,、O,2,、O,3,、OF,2,、O,2,F,2,中性分子中，各元素原子的氧化值的代数和为零，复杂离子的电荷等于各元素氧化值的代数和。,例：,求H,5,IO,6,、S,4,O,6,2,、Fe,3,O,4,和S,2,O,3,2,的氧化态,+7、+2.5、+8/3和+2,LaFe,4,S,6,+9/4,Na,2,Fe(CN),5,(NO)，已知化合物磁矩为0，+2,Fe,4,S,3,(NO),7,，已知Fe的平均氧化态,0.5，求每个Fe的氧化态。,设硫的平均氧化态为x，,(+1),7,2+3x=,1，x=,2,Fe(B)平均分到1个S原子，,故其氧化态为+2,1=+1；,其他三个铁原子等价，其氧化态=(,2,1)/3=,1,二、,氧化还原半反应,氧化还原反应,氧化剂,还原剂,氧化产物,还原产物,氧化反应,还原反应,Cu,2+,+Zn =Cu +Zn,2+,氧化剂 还原剂 还原产物 氧化产物,失电子，氧化态降低,还原反应,得电子，氧化态升高,氧化反应,氧化还原半反应的书写,一、高氧化态+ne,低氧化态,二、配平,三、一个半反应中氧化态发生变化的元素只有一个，人们用“高氧化态/低氧化态”来表示上述半反应，并称之为“电对”。如MnO,4,/Mn,2+,电对表示半反应：MnO,4,+8H,+,+5e,Mn,2+,+4H,2,O,四、半反应中各物种按主要存在形态写出，如强电解质写成离子形式，在碱性介质中,Fe,3+,写成Fe(OH),3,沉淀形式，难溶物和配离子的存在形态。,五、酸表和碱表,酸性溶液：,2H,+,+2e,H,2,碱性溶液：2H,2,O,+2e,H,2,+2OH,配平原则：,电荷守恒：氧化剂得电子数等于还原剂失电子数。,质量守恒：反应前后各元素原子总数相等,。,三、,氧化还原方程式的配平,配平步骤：,用离子式写出主要反应物和产物(气体、纯液体、固体和弱电解质则写分子式)。,分别写出氧化剂被还原和还原剂被氧化的半反应。,分别配平两个半反应方程式，等号两边的各种元素的原子总数各自相等且电荷数相等。,确定两半反应方程式得、失电子数目的最小公倍数。将两个半反应方程式中各项分别乘以相应的系数，使得、失电子数目相同。然后，将两者合并，就得到了配平的氧化还原反应的离子方程式。有时根据需要可将其改为分子方程式。,酸性介质：,多n个O+2n个H,+,，另一边+n个H,2,O,碱性介质：,多n个O+n个H,2,O，另一边+2n个OH,氧化数配平方法,1、根据实验结果写出反应物与生成物的化学式,2、写出氧化数及其变化情况,3、根据氧化态的变化情况配系数,4、观察法配平原子个数,5、注明反应条件、物质状态并检查,2KMnO,4,+5K,2,SO,3,+3H,2,SO,4,=2MnSO,4,+6K,2,SO,4,+3H,2,O,Cu+HNO,3,(稀),Cu(NO,3,),2,+NO,+H,2,O,2 3,3Cu+2HNO,3,(稀),3Cu(NO,3,),2,+2NO,+H,2,O,3Cu+2HNO,3,(稀)+6HNO,3,3Cu(NO,3,),2,+2NO,+3H,2,O,3Cu+8HNO,3,(稀),3Cu(NO,3,),2,+2NO,+3H,2,O,FeS,2,+O,2,=Fe,2,O,3,+SO,2,+5.52 4,4FeS,2,+11O,2,=2Fe,2,O,3,+8SO,2,有机物转移的电子数估算：,例：C,6,H,5,C,2,H,5,C,6,H,5,COOH+CO,2,1、先配O,C,6,H,5,C,2,H,5,+4H,2,OC,6,H,5,COOH+CO,2,2、再配H,C,6,H,5,C,2,H,5,+4H,2,OC,6,H,5,COOH+CO,2,+12H,+,3、根据电荷平衡得电子数,C,6,H,5,C,2,H,5,+4H,2,OC,6,H,5,COOH+CO,2,+12H,+,+12e,写出酸性介质中KMnO,4,氧化乙苯的反应：,5,C,6,H,5,C,2,H,5,+12MnO,4,+36H,+,5C,6,H,5,COOH+5CO,2,+12Mn,2+,+28H,2,O,在AtI中加入I,2,和I,的混合溶液，滴加AgNO,3,溶液，发现所得沉淀中只有AgI而没有共沉淀的AgAt（如果有AgAt，必然会被共沉淀），然而在上述产物中加入Pb(IO,3,),2,却发现有砹的共沉淀。写出有关化学方程式，解释上述实验现象。,AtI+2I,2,+5Ag,+,+3H,2,O=5AgI+AtO,3,+6H,+,I,3,7,（把I,2,改为I,3,也可，但仍应配平）,AtO,3,与Pb(IO,3,),2,共沉淀。,1、,原电池的构造,Cu-Zn原电池装置,四、,原电池,盐桥：,1、离子移动,K,+,移向正极,Cl,移向负极,2、支撑固定作用,(aq),Zn,2e,Zn(s),：,),(,极,2,-,+,-,氧化反应,电子流出,负,Cu(s),2e,(aq),Cu,：,),(,极,2,+,-,+,还原反应,电子流入,正,Cu(s),(aq),Zn,(aq),Cu,Zn(s),电池反应：,2,2,+,+,+,+,原电池构成条件：,1)任何一种氧化还原反应，都能装成原电池,2)任何两种金属插入电解质溶液都可构成原电池,3)原电池使化学能转化成电能需满足三个条件：氧化还原反应能自发进行、氧化反应和还原反应分别在两极上进行、构成电流回路。,/Cu,Cu,，,/Zn,Zn,电对：,2,2,+,+,金属导体如 Cu、Zn,惰性导体如 Pt、石墨棒,电极,还原型,e,氧化型,-,+,Z,下图是一种正在投入生产的大型蓄电系统。左右两侧为电解质储罐，中央为电池，电解质通过泵不断在储罐和电池间循环；电池中的左右两侧为电极，中间为离子选择性膜，在电池放电和充电时该膜可允许钠离子通过；放电前，被膜隔开的电解质为Na,2,S,2,和NaBr,3,，放电后，分别变为Na,2,S,4,和NaBr。,51 左、右储罐中的电解质分别为；,52 写出电池充电时，阳极和阴极的电极反应。,53 写出电池充、放电的反应方程式。,54 指出在充电过程中钠离子通过膜的流向。,51 左：NaBr,3,/NaBr（1分；只写一种也可）,右:Na,2,S,2,/Na,2,S,4,（1分；只写一种也可）,52 阳极：3NaBr 2e,-,=NaBr,3,+2Na,+,(1分),阴极：Na,2,S,4,+2Na,+,+2e,-,=2Na,2,S,2,(1分),53 写出电池充、放电的反应方程式。,54 Na,+,的流向为从左到右。（1分）,书写原电池符号的规则：,负极“,”在左边，正极“+”在右边，盐桥用“”表示。,纯液体、固体和气体写在惰性电极一边用“,”分开。,半电池中两相界面用“”分开，同相不同物种用“,”分开，溶液、气体要注明,c,B,，,p,B,。,五、原电池符号,同一溶液中,不同离子在负极按氧化数升高的顺序,正极按下降顺序，并用“,”隔开，且注明浓度,惰性电极一般为Pt和C，在必要时才使用，如果已有,金属，则不用惰性电极；书写时用括号括起来,。,含气体的电极一般将气体紧接电极材料Pt和C,例1：将下列反应设计成原电池并以原电池符号表示。,解,：,),(aq,2Cl,2e,),g,(,Cl,极,正,2,-,-,+,),(aq,Fe,e,),(aq,Fe,极,负,3,2,+,-,+,-,对于反应3Cu+8HNO,3,=3Cu(NO,3,),2,+2NO+4H,2,O,写出其正、负极反应及原电池符号,对于反应2Fe,3+,+2I,=2Fe,2+,+I,2,写出其正、负极反应及原电池符号,正极反应：NO,3,+4H,+,+3e,=NO+2H,2,O；,负极反应：Cu,2e,=Cu,2+,原电池符号：(,),Cu|Cu,2+,(c,2,)|NO,3,(c,1,)|,NO(p),Pt,(+),正极反应：Fe,3+,+e,=Fe,2+,；,负极反应：2I,2e,=I,2,原电池符号：(,)Pt,|,I,(c,1,)|,I,2,(c,2,)|Fe,3+,(c,3,),Fe,2+,(c,4,)|,Pt,(+),电极的分类,1、第一类电极金属-金属离子电极,第一类电极的电位仅与金属离子的活度有关。,2、第二类电极,金属-金属难溶盐电极,二个相界面,常用作参比电极,负极：Ag,AgCl,Cl,(c,1,)；,正极：,Cl,(c,1,),AgCl,Ag,3、第三类电极,金属与两种具有相同阴离子难溶盐（或难离解络合物）以及第二种难溶盐（或络合物）的阳离子所组成体系的电极。,Pt,Fe(OH),2,Fe(OH),3,4、,惰性金属电极,Pt,Fe,2+,(c,1,),Fe,3+,(c,2,),Pt,H,2,(p,1,),H,+,(c,1,)或H,+,(c,1,),Pt,H,2,(p,1,),2MnO,4,+10Cl,+16H,+,=2Mn,2+,+5Cl,2,+8H,2,O,正极反应,负极反应,电池符号：Pt,Cl,2,(p),Cl,(c,1,)MnO,4,(c,2,),Mn,2+,(c,3,),H,+,(c,4,),|Pt,六、,原,电池电动势,1、电流从正极到负极，电子从负极到正极,2、正极电势高于负极电势,3、E=,(+),(,),4、E,=,(+),(,),5、上标“,”代表热力学标准态,电极电势产生的原因,1、产生原因：双电层,2、影响因素,（1）电极的本性：金属越活泼，失去电子趋势越强，电极电势越低,（2）外界条件如温度、介质、离子浓度等,（3）选择性吸附,3、电极电势的差异是电子流动的根本原因,标准氢电极,/H,H,电对：,2,+,电极反应：,表示为：H,+,H,2,(g),Pt,标准氢电极(SHE),(,),V,000,.,0,/H,H,2,=,+,(,),g,H,2e,aq),(,H,2,2,+,+,标准氢电极装置图,标准电极电势,1.标准电极电势和标准电动势,电对,电对的标准电极电势：,),(,(,),(,),原电池的标准电动势：,+,-,=,E,),(,Cu,),L,(1.0mol,Cu,1,2,+,-,+,2.电极电势的测定,),L,(1.0mol,H,),(,H,Pt,),(,1,2,-,-,+,p,V,340,.,0,),/H,H,(,),/Cu,Cu,(,2,2,=,-,=,+,+,E,V,340,.,0,),/Cu,Cu,(,2,=,+,则,H,2,Cu,H,Cu,2,2,+,+,+,+,采用还原电势；与半反应的方向无关,3,.,标准电极电势表,小的电对对应的还原型物质还原性强；,大的电对对应的氧化型物质氧化性强。,无加和性,一些电对的,与介质的酸碱性有关,2H,+,+2e,H,2,；,酸性介质：,A,=0.000 V,2H,2,O+2e,H,2,+2OH,；碱性介质：,B,=,0.83 V,V,36,.,1,(aq),Cl,e,(g),Cl,2,1,2,=,+,-,-,V,36,.,1,(aq),2Cl,2e,),g,(,Cl,2,=,+,-,-,（5）标准电极电势是热力学数据，与反应速率无关。如钙的电极电势比钠小，但钠与水的反应比钙与水反应激烈得多。,（6）标态下的电极电势只适用于热力学标准态反应的判断，非标态下的电极电势将发生变化，情况可能发生逆转，如标态下MnO,2,与HCl反应不能制备出氯气，事实上我们是可以用MnO,2,与浓HCl反应来制备出氯气的。,只有当电极电势改变的幅度不大时，才可以近似用标准电极电势来处理象氧化剂（还原剂）强弱和反应方向的判断等问题。,（7）电极电势只适用于水溶液体系，非水溶剂反应和高温、低温固相反应不能用电极电势作任何判断依据。,七、电极电势的应用,（一）,判断氧化剂、还原剂的相对强弱,小的电对对应的还原型物质还原性强；,大的电对对应的氧化型物质氧化性强。,总结P360表11-1,1、还原型只能与还原型比较,氧化型只能与氧化型比较,2、还原剂的强弱次序,3、氧化剂的强弱次序,（二）,判断氧化还原反应进行的方向,E,0 反应正向自发进行；,E,0 反应逆向自发进行。,对于非标准态下的反应：,反应正向进行；,0,0.2V,E,E,反应逆向进行。,0,0.2V,-,E,E,判断,用,0.2V,V,2,.,0,E,E,=,-,=,Fe,O,H,2,2,2,+,发生的反应：,与,解：,),aq,(,O,H,2e,),aq,(,2H,),g,(,O,2,2,2,+,+,-,+,V,6945,.,0,=,),l,(,O,2H,2e,),aq,(,2H,),aq,(,O,H,2,2,2,+,+,-,+,V,763,.,1,=,),aq,(,Fe,e,),aq,(,Fe,2,3,+,+,-,+,=,0.769V,+,),s,(,Fe,2e,),aq,(,Fe,2,+,-,0.4089V,-,=,),l,(,O,2H,),aq,(,Fe,2,),aq,(,2H,),aq,(,Fe,2,),aq,(,O,H,2,3,2,2,2,+,+,+,+,+,+,),Fe,/,Fe,(,),O,H,/,O,H,(,2,3,2,2,2,-,=,+,+,E,（三）,计算原电池标准电动势、原电池反应的,r,G,m,、K,G=W,max,G为负时，W,max,已经包含了负号,W,max,=,QE=,nFE,G=,nFE,G,=,nFE,F96487 J,V,1,moL,1,或,96487 cmoL,1,例：Zn+Cu,2+,=Zn,2+,+,Cu,G,=,296.487 kJV,1,moL,1,1.10 V=,212 kJmoL,1,带单位运算！,例：Cl,2,+2Fe,2+,=2Fe,3+,+2Cl,(1),1/2Cl,2,+Fe,2+,=Fe,3+,+Cl,(2),注意：,1、反应要配平,2、,G,(1)=2G,(2)，因为n值不通,G,=,RTlnK,，lnK,=nFE,/RT,lgK,=nE,/0.0592,故：K,(1)=K,(2),2,G,以及K,与方程式书写有关,例：Zn+Cu,2+,=Zn,2+,+,Cu,K,=1.4510,37,=Zn,2+,/Cu,2+,，说明反应很完全。,Nernst equation,(方程/公式),F,Farady常数，,F,=96485.3415 C/mole,(1 mole 的电量),当,T,=298.15 K时:,八、非标准电极电势能斯特方程,例：写出下列电对的电极反应和Nernst方程式：,Zn,2+,/Zn,：,Zn,2+,+2e=Zn,Br,2,/Br,-,：,Br,2,+2e=2Br,-,Cl,2,/Cl,-,:Cl,2,+2e=2Cl,-,O,2,/OH,-,：O,2,+2H,2,O+4e=4OH,-,MnO,2,/Mn,2+,：MnO,2,+4H,+,+2e=Mn,2+,+2H,2,O,例：计算下列电极在298 K时的电极电势,1)Cu|Cu,2+,(,m,r,=0.1);2)(Pt)H,2,(90 kPa)|H,+,(,m,r,=0.01),解：1)电极反应：Cu,2+,+2e =Cu,由 Nernst方程得：,2)电极反应：2H,+,+2e =H,2,由 Nernst方程得：,对于半反应或电极反应：,=,+(0.0592/n)lg氧化型/还原型,对于半反应或电极反应：,E=E,(0.0592/n)lgJ(浓度商),H,+,/H,2,：,2H,+,+2e=H,2,能斯特方程的应用,1、浓度与气体压力对电极电势的影响,定量计算,定性分析：增大氧化型，,增大，氧化型氧化能力增强,增大还原型，,减小，还原型还原能力增强,注意：气体压力一定要除以100 kPa,例：由Ag|Ag,+,(,c,r,=0.01)和 Pb|Pb,2+,(,c,r,=1.0)电极装成原电池，判断正、负极，计算电池的电动势。,解：对于Ag|Ag,+,(,c,r,=0.01),电极反应：Ag,+,+e=Ag,由 Nernst方程得：,对于Pb|Pb,2+,(,c,r,=1.0),电极反应：Pb,2+,+2e=Pb,因此，Ag,+,/Ag 为正极，Pb,2+,/Pb 为负极,电动势：,E,=,(+),(,-,),=0.6816 (0.1262)=0.8078(V),2、,pH值对电极电势的影响,(1)电极反应中出现H,+,、OH,-,时，,pH对,有影响；,(2)H,+,、OH,-,前的系数越大，pH对,的影响越大。,(3)含氧化合物只有在酸性介质中才表现出氧化型。,(4)介质的酸碱性甚至影响产物,MnO,4,-,酸Mn,2+,(无色溶液);中MnO,2,(棕色沉淀);碱MnO,4,2,(亮绿色溶液),：大,小,氧化性：强,弱,(5)介质的酸碱性甚至影响反应物的质变,如:H,2,O,2,+2H,+,+2e=2H,2,O,O,2,+2H,+,+2e=H,2,O,2,pH,H,2,O,2,氧化性,充当氧化剂,pH,H,2,O,2,还原性,充当还原剂,FeH,2,O系电势pH图（298K，101325Pa）,氧线：O,2,+4H,+,+4e,-,=2H,2,O,=,+(0.0592/4)lgH,+,4,(p/p,),p=p,=,-0.0592pH,氢线：,2H,+,+2e,-,=2H,2,=,+(0.0592/2)lgH,+,2,(p/p,),2,p=p,=-0.0592pH,pH,(O,2,/H,2,O)(H,+,/H,2,),0 1.229 0,0.815 -0.414,14 0.401 -0.828,pH图（298K，101325Pa）,1、氧线以上的电对氧化型氧化水,如 F,2,+2 H,2,O=4HF+O,2,2、氢线以下电对还原型还原水,如 2Na+2H,2,O=2NaOH+H,2,3、中间为水溶液稳定区域,(A/B)在氧线以下氢线以上，A、B、H,2,O稳定共存。,4、Fe,2+,容易被氧气氧化，碱性介质更容易,5、I,2,/I,电对,（1）KI溶液在空气中变黄,（2）酸性介质中可与Fe,3+,反应,（3）与KNO,3,无现象，加酸立即反应,3、,弱酸、弱碱形成对电极电势的影响,求,(HAc/H,2,),HAc+e,=1/2H,2,+Ac,(HAc/H,2,)=(H,+,/H,2,)=,(H,+,/H,2,)+0.0592lgH,+,=0.0592lg1.810,5,=,0.28 V,4、难溶化合物的形成,对电极电势的影响,已知,(Ag,+,/Ag)=0.7996 V，,(AgCl/Ag)=0.2223 V，,求K,sp,(AgCl),(AgCl/Ag)=(Ag,+,/Ag)=,(Ag,+,/Ag)+0.0592lgAg,+,=,(Ag,+,/Ag)+0.0592lgK,sp,K,sp,=1.7710,10,设计成原电池求解,(+)：AgCl+e,=Ag+Cl,(-):Ag-e,=Ag,+,电池：Ag+AgCl=Ag,+,+Cl,+Ag,练习：求,Fe(OH),3,/Fe(OH),2,=?,预测大小：,(Ag,+,/Ag),(AgCl/Ag),(AgBr/Ag),(AgI/Ag),5、配合物的形成,对电极电势的影响,电极反应,lgK,稳,Hg(CN),4,2,+2e,=Hg+4CN,0.37,41.5,HgI,4,2,+2e,=Hg+4I,0.04,29.6,HgBr,4,2,+2e,=Hg+4Br,+0.21,21.6,HgCl,4,2,+2e,=Hg+4Cl,+0.38,15.2,Hg,2+,+2e,=Hg,+0.85,6、,电极电势与氧化还原方向的逆转,（1）AsO,3,3,+I,2,+2OH,=AsO,4,3,+2I,+H,2,O pH=59,（2）Bi(OH),3,+Cl,2,+3OH,=BiO,3,+2Cl,+3H,2,O,BiO,3,+2Cl,+6H,+,=Bi,3+,+Cl,2,+3H,2,O,7、,浓差电池,（,）Ag,|Ag,+,(0.01 M)|Ag,+,(0.1 M)|Ag(+),正极反应,负极反应,电池反应,平衡常数K,=1，E,=0，,E0E=0,8、,决定金属活动顺序的因素,（1）原子化焓，即升华焓,（2）电离能（气态原子的失去电子能力）：LiNaNa,+,K,+,是热力学讨论，不涉及动力学,解：(1)电极反应,()极：6Cl,-,6e=3Cl,2,(+)极：Cr,2,O,7,2,-,+6e+14H,+,=2Cr,3+,+7H,2,O,E,=,(+),(,-,),=1.232 1.3583,=0.1263(V)0，即,(+),、,(,-,),由电极反应的Nernst方程有：,m,(Cr,2,O,7,2,-,),m,(Cl,-,),m,(H,+,),;,m,(Cr,3+,),p,(Cl,2,),加大浓度,但溶解度有限 产物,m,不易,且Cl,2,压,力要高于,p,外,才能出来,用浓盐酸,Cr,2,O,7,2,-,+6Cl,-,+14H,+,=2Cr,3+,+7H,2,O+3Cl,2,()极：6Cl,-,6e=3Cl,2,(+)极：Cr,2,O,7,2,-,+6e+14H,+,=2Cr,3+,+7H,2,O,九、元素电势图的应用,把同种元素不同氧化态间的标准电极电势按照由高到低的顺序,排成图解：又称拉蒂默(Latimer)图,Fe,FeO,4,2-,Fe,3+,2.20V,0.771V,Fe,2+,-0.447V,0.037V,(1)判断氧化剂、还原剂的强弱,(2)判断中间氧化态能否歧化？,1.679V,1.507V,1.224V,MnO,4,MnO,4,2,MnO,2,Mn,3+,Mn,2+,0.558V,2.24V,0.907V,1.541V,(3)计算未知电对的电极电势,例题：已知,Br,的元素电势图如下,-,-,-,Br,1.0774,Br,0.4556,BrO,BrO,2,3,0.6126,2,3,1,(1),求,1,、,2,、,3,。,(2)判断哪些物种可以歧化?,(3)Br,2,(l)和NaOH(aq)混合最稳定的产物是什么？写出反应方程式并求其K,。,(1),1,=0.5357 V,2,=0.7665 V,3,=0.5196 V,(2)Br,2,和BrO,-,可以歧化。,(3)Br,2,(l)和NaOH(aq)混合最稳定的产物是BrO,3,和Br,离子。,K,=1.29,10,47,十、电解,(一)电解池的组成和电极反应,阴极,阳极,+,M,+,X,-,H,+,OH,-,得e,还原反应,氧化数,失e,氧化反应,氧化数,放电,电极符号：,1、惰性电极，Pt,H,2,|H,+,2、金属电极，Cu,2+,|Cu,一般用氧化型,|,还原型表示,界面用“,|,”表示，非,界面用“,，”表示,气体靠近电极材料,阴极,阳极,+,M,+,X,-,H,+,OH,-,得e,还原反应,氧化数,失e,氧化反应,氧化数,放电,阴极上?离子(先)得到电子?,阳极上?离子(先)失去电子?,什么离子先放电？,阴极与阳极的划分,电极反应：阴极反应、阳极反应,精练铜：,阴极反应：Cu,2+,+2e=Cu(析出、镀层),阳极反应：Cu-2e=Cu,2+,(溶解),的影响：,首先,阴极上放电的总是+离子,即氧化态物质(M,+,H,+,等),阴极：,的氧化态物质，氧化性较强，得e能力较强，更易得到e,先放电,阳极：,的还原态物质，还原性较强，失e能力较强，更易失去e,先放电,因此，在每一极上，只要计算出可能放电的各种离子的电极电势，便不难判断放电的先后次序:,阴极：,的氧化态物质 优先,阳极：,的还原态物质 优先,(二)影响电极反应的主要因素,例:用C电极,p,下电解,c,r,=1.0 的CuCl,2,中性水溶液,阴极 阳极,Cu,2+,Cl,-,H,+,OH,-,电极反应：,Cu,2+,+2e=Cu,2H,+,+2e=H,2,Cl,2,+2e=2Cl,-,O,2,+2H,2,O+4e=4OH,-,阴极：,(Cu,2+,/Cu)=,(Cu,2+,/Cu)=0.3419(V),(H,+,/H,2,)=,(H,+,/H,2,)+(0.059/2)lg,c,r,2,(H,+,)/,p,r,(H,2,)=,-,0.413(V),阳极:,(Cl,2,/Cl,-,)=,+,(0.059/2),lg,p,r,/,c,r,2,(Cl,-,)=1.35830.0178=1.3405(V),(O,2,/OH,-,)=,+(0.059/4)lg,p,r,/,c,r,4,(OH,-,)=0.401+0.413=0.814(V),电极的极化和超电势,由电极极化导致电解池中阳极和阴极的实际析出电势都与理论析出电势有差别：,实析,理析,阳极：,实析较高:,实析,理析=|,实析,理析|=,阳,阴极：,实析较低:,理析,实析=|,实析,理析|=,阴,超电势都0,理析,I,=0,平衡,I,0,电解,阳,阴,理析,实析,实析,V,理论分解,V,实际分解,I,阳极,阴极,已知：阴 极 阳 极,的氧化态物质先放电,的还原态物质先放电,在接近电极表面处“+”离子 “”离子放电后，余来不,放电后因扩散不及,浓度,及扩散到位，浓度,(1)浓差极化,(2)电化学极化,阴 极 阳 极,H,+,H,2,O=H,+,+H,2,O OH,H,2,O=OH,+H,2,O,H,+,+e =H 2OH,2e=H,2,O+O,H +H =H,2,O +O =O,2,大量 H,2,气泡 大量 O,2,气泡,分解电压与超电压,理析,0,I,0,阳,阴,理析,实析,实析,V,理分,V,实分,I,阳极,阴极,电化学腐蚀与常见化学电源,(一)电化学腐蚀,铁的生锈过程,原电池反应：,()Fe2e=Fe,2+,；负极上的氧化反应常叫阳极,(+)O,2,+4e+4H,+,=2H,2,O；正极上发生还原反应常叫阴极,电池总反应：2Fe+O,2,+4H,+,=2Fe,2+,+2H,2,O,(二)电化学腐蚀的防腐,1、电化学腐蚀的必备条件是（1）金属表面有不同电极电势的区域；（2）有电解质溶液的存在,2、根据阴极上发生的还原反应类型分为,析氢腐蚀：2H,+,+2e=H,2,吸氧腐蚀：,O,2,+2H,2,O+4e=4OH,-,3、电子从阳极到阴极,4、电化学腐蚀的防腐有牺牲阳极法、外加电流法等等。,1、一次电池,普通锌锰电池,锌筒,石墨棒,MnO,2,和,C,普通锌-锰干电池的结构,NH,4,Cl、ZnCl,2,和,H,2,O等,负极,正极,电池反应：,（Zn）：Zn 2e,=Zn,2+,（MnO,2,和C）：,MnO,2,(s)+2NH,4,+,(aq)+2e,=,Mn,2,O,3,(s)+2NH,3,+H,2,O,Zn+MnO,2,(s)+2NH,4,+,(aq),=Zn,2+,+Mn,2,O,3,(s)+2NH,3,+H,2,O,缺点：放电量小，放电过程中漏液,（三）常见化学电源,碱性锌-锰干电池,负极：,正极：,电池反应：,电解质：,KOH,Zn,MnO,2,Zn+2OH,2e,=Zn(OH),2,2MnO,2,+2H,2,O+2e,=2MnOOH+2OH,Zn+2MnO,2,+2H,2,O=2MnOOH+Zn(OH),2,碱性电池,在电池制作过程中，为了使电池放电速度快、电位稳定，常常在电池中加入汞、镉和铅等重金属离子。,铅蓄电池,2.二次电池,铅蓄电池,放电时总反应：Pb+PbO,2,+2H,2,SO,4,=2PbSO,4,+2H,2,O,负极：Pb,-,2e,-,+SO,4,2,-,=PbSO,4,正极：PbO,2,+2e,-,+4H,+,+SO,4,2,-,=PbSO,4,+2H,2,O,负极：,正极：,电解质：,H,2,SO,溶液,Pb,PbO,2,放电过程,Pb(s)+PbO,2,(s)+2H,2,SO,4,(aq),2PbSO,4,(s)+2H,2,O(l),充电过程,PbSO,4,(s)+2e,=Pb(s)+SO,4,2,(aq),阴极：,阳极：,2PbSO,4,(s)+2H,2,O(l),2e,=PbO,2,(s)+H,+,(aq),+SO,4,2,(aq),氧化反应,接电源负极,接电源正极,充电过程总反应：,2PbSO,4,(s)+2H,2,O(l)=Pb(s)+PbO,2,(s)+2H,2,SO,4,(aq),铅蓄电池的充放电过程：,放电,充电,镍镉电池,该电池电动势约l.4 V，它可以作为电源用于充电式计算器、电子闪光灯、电动剃须刀。,Cd(s)+2OH,(aq)Cd(OH),2,(s)+2e,NiO,2,(s)+2H,2,O(l)+2e,Ni(OH),2,(s)+2OH,(aq),NiO,2,极（正极）,总反应：Cd(s)+NiO,2,(s)+2H,2,O(l)=Cd(OH),2,(s)+Ni(OH),2,(s),Cd极（负极）,3燃料电池,负极：H,2,+2OH,=2H,2,O+2e,正极：O,2,+2H,2,O+4e,=4OH,（1）氢氧燃料电池,需要解决的问题：设备腐蚀严重；电极材料；产生的水及时移去；提高能量利用效率等。阿波罗飞船的燃料电池是由三组碱式氢氧燃料电池组成，生成的水用作冷却水，电压为2731 V，功率为5631 420 W。,（2）生物燃料电池,以生物酶作为催化剂的一类燃料电池，一般以生物相容性物质作为燃料，如葡萄糖、O,2,、乙醇等，能作为特定植入器官的动力来源、一些特殊环境下检测的仪器的能源等。,特点：清洁、无污染、生物相容性、燃料来源广泛等。,气体（初赛要求）,1、理想气体标准状态,2、理想气体状态方程,3、气体密度,4、分压定律,5、气体相对质量测定,6、气体溶解度（亨利定律）,第二章 理想气体标准状态,2-1 理想气体,1、定义：假设气体分子之间距离足够远，即分子本身体积可以忽略，而且分子之间没有作用力，这样的气体可看作理想气体。,2、存在条件：低压和高温下,3、理想气体标准状态,298 K，p,=100 kPa,2-2 理想气体状态方程（克拉贝龙方程）,pV=nRT,1、实用于理想气体，在温度不太低、压力不太高的情况下可以近似应用,2、单位：R=8.314 Pa.M,3,.mol,1,.K,1,3、pV=nRT=mRT/M,p=,RT/M,例1：25,o,C时，用250 cm,3,的烧瓶收集了气压为7.33,10,4,Pa的一种天然气体，称量得到该气体的静质量为0.118 g，求此气体的分子量。,7.33,10,4,250,10,6,=n8.31298,n=7.4010,3,mol,M=0.118/7.4010,3,=15.9 g/mol,例2：25.0,o,C和1.013,10,5,Pa,的压力下，测得某气体的密度为1.340 g/dm,3,。并测得该气体的组成为79.8%的C和20.2%的H。求该气体的最简式、分子量和分子式。,1、C:H=(79.8%,12.0)(20.2%1.01)=1:3,2、,p=,RT/M,M=RT/p=,1.340(kg/m,3,),8.314298.0/,1.013,10,5,=0.3277 kg/mol=32.77 g/mol,3、32.77/(12.00+31.01)2，分子式为C,2,H,6,因为n=pV/RT，即可推出同温同压同体积的气体具有相同的物质的量,m,1,/M,1,=m,2,/M,2,m,1,/m,2,=M,1,/M,2,=,1,/,2,例3：设有一真空箱子，在288 K和1.01,10,5,Pa,的压力下，称重为153.679 g，假若在同温同压下，充满氯气后为156.844 g，充满氧气后为155.108 g，氧气的分子量为32.00，求氯气的分子量。,M,Cl,2,=M,O,2,m,Cl,2,/m,O,2,=,32.00(156.844-153.679)/(155.108-153.679)=70.87,在温度和体积恒定时，混合气体的总压力等于组分气体分压力之和，某组分气体分压力等于该气体单独占有总体积时所表现的压力,p,总,=p,A,+p,B,；p,A,=n,A,RT/V；p,B,=n,B,RT/V,在温度和压力恒定时，混合气体的总体积等于组分气体分体积之和，某组分气体分体积等于该气体压力为总压时所占有的体积,V,总,=V,A,+V,B,；V,A,=n,A,RT/p；V,B,=n,B,RT/p,温度、总压力、总体积恒定时,p,A,=n,A,RT/V=n,A,p/(n,A,+n,B,)=V,A,p/(V,A,+V,B,),2-3 气体分压定律,例4：在相同的起始压力p,始,和室温(298 K)下，将5.0 dm,3,氮气和15.0 dm,3,氧气压缩到10.0 dm,3,，在室温下其混合气体的压力为1.52,10,5,Pa,，问(1)两种气体的初始压力p,始,是多少？(2)在10.0 dm,3,内两种气体的分压是多少？(3)如果把混合气体的温度升高到483 K，在10.0 dm,3,容器内气体的总压力是多少？,(1),p,始,V,始,=,p,终,V,终,；,p,始,=,p,终,V,终,/V,始,=,1.52,10,5,10.0/(5.0+15.0)=7.6010,4,Pa,(2)p,氮气,=,p,终,V,氮气,/V,终,=,1.52,10,5,5.0/(5.0+15.0)=3.810,4,Pa,P,氧气,=,p,终,V,氧气,/V,终,=,1.52,10,5,15.0/(5.0+15.0)=1.1410,5,Pa,(3)p,1,V/T,1,=p,2,V/T,2,，p,2,=p,1,T,2,/T,1,=,1.52,10,5,483/298=2.4610,5,Pa,2-4 气体扩散定律,在温度和压力恒定时，气体的扩散速率与它的密度的平方根成反比，而气体的密度又与摩尔质量成正比,u,A,/,u,B,=(,B,/,A,),1/2,=,(,M,B,/M,A,),1/2,例5：将氮气和氯化氢气体分别从一根120 cm长的玻璃管两端向管内自由扩散。试问：(1)两气体在什么位置相遇而生成氯化铵白烟？(2)氮气和氯化氢气体哪一个扩散速度快，它们的扩散速度之间的关系如何？,(1)(,120-x)/t/x/t=(17.0/36.5),0.5,；x=71.3 cm；即在距离氨气的一端71.3 cm处相遇。,(2),u,氨气,/,u,氯化氢,=(,M,氯化氢,/M,氨气,),1/2,=,1.47,说明氨气的扩散速度是氯化氢的1.47倍。,2-5 亨利定律,在一定温度和平衡状态下，气体在液体中的溶解度（物质的量分数）和该气体的平衡分压成正比,p=k,x,x，对于稀溶液，p=k,c