氧化还原与电极电位ppt-医用有机化学课件
第八章 氧化还原反应与电极电位,一、氧化值（氧化数）,第一节 氧化还原反应,H Cl,电负性 Cl H,H Cl,+1 -1,(oxidation-reduction reaction),(oxidation number),超氧化物（如KO2） -,（1）单质（如H2） 0,1 2,在OF2 中 +2,确定氧化值的方法：,（2）O原子,正常氧化物（如MgO） -2,过氧化物（如H2O2） -1,一般化合物（如HCl） +1 金属氢化物（如CaH2）-1,（3）H原子,简单离子（如S2-, S为-2）,复杂离子（如SO42- , S为+6）,（4）其他元素原子,(+6) + 4 × (-2) = -2,中性分子（如Na2S2O3 , S为+2）,2×(+1)+2 ×(+2) +3×(-2)=0,氧化值与荷电数的区别,例 计算Fe3O4中Fe原子的氧化值。,则 x = +,解：设Fe原子的氧化值为x,8 3,3x + 4×(-2) = 0,二、氧化还原反应和氧化还原电对,(一)氧化还原反应,元素的氧化值发生变化的化学反应,CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) +2H2O(g),-4 0 +4 -2,无电子得失，共用电子对发生偏移,还原:氧化值降低的过程，还原反应,氧化:氧化值升高的过程，氧化反应,Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu,有电子得失的反应,电子的受体(electron acceptor) 电子的供体(electron donor),(reducing agent oxidizing agent),还原剂 氧化剂,（二）氧化还原半反应和氧化还原电对,Zn+Cu2+ Zn2+Cu,Zn Zn2+ + 2e-,氧化态 还原态,还原态 氧化态,氧化态 还原态,Ox/Red,Zn2+/Zn,Cu2+/Cu,Ox + ne Red,Cu2+ + 2e- Cu,(half-reaction and redox couple),(oxidation state),(reduction state),5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O,10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 ,KMnO4 (+7) MnSO4 (+2),还原反应,氧化剂 被还原,“降,得,还”,FeSO4 (+2) Fe2(SO4)3 (+3),氧化反应,还原剂 被氧化,“升,失,氧”,三、氧化还原反应方程式的配平,第二节 原电池与电极电位,一、原电池(primary cell),原电池（简称电池）：利用氧化还原反应将化学能转变为电能的装置。,Zn+Cu2+ Zn2+Cu,(一)原电池的组成,Zn,ZnSO4 1mol.L-1,Cu,CuSO4 1mol.L-1,盐桥,饱和KCl溶液配制的琼脂凝胶,(salt bridge),Zn,ZnSO4 1mol.L-1,Cu,CuSO4 1mol.L-1,(salt bridge),饱和KCl溶液配制的琼脂凝胶,检流计,A,e,e,铜锌原电池,Zn,ZnSO4 1mol.L-1,Cu,CuSO4 1mol.L-1,(salt bridge),饱和KCl溶液配制的琼脂凝胶,检流计,A,e,e,铜锌原电池,电池反应式：Zn+Cu2+ Cu+Zn2+,负极：Zn Zn2+2e- 氧化反应,正极：Cu2+2e- Cu 还原反应,(-)Zn Zn2+ Cu2+ Cu(+),电池组成式：,|,(1mol·L-1),(1mol·L-1),|,|,电极反应式（electrode reactions）,(anode),(cathode),(cell reaction),(oxidation reaction),(reduction reaction),(二)电极类型和电池组成式,四种常用电极的类型：,1、金属-金属离子电极,电极组成式 Zn | Zn2+(c),电极反应 Zn2+ + 2e- Zn,2、气体电极,电极组成式 Pt | Cl2(p) | Cl- (c),电极反应 Cl2 + 2e- 2Cl-,（four types of usual electrodes）,3、金属-金属难溶盐-阴离子电极,电极组成式 Ag | AgCl(s) | Cl-(c),电极反应 AgCl + e- Ag +Cl-,4、氧化还原电极,电极组成式 Pt | Fe2+(c1)，Fe3+(c2),电极反应 Fe3+ + e- Fe2+,解：氧化反应：Sn2+ Sn4+ +2e- 还原反应：Fe3+ + e- Fe2+,( 将下述正向进行的氧化还原反应设计成原电池：),2Fe3+(c1)+Sn2+(c2)Sn4+(c3)+2Fe2+(c4),Pt|,|Pt,(-) Sn2+(c2) Sn4+(c3)|Fe3+(c1) Fe2+(c4) (+),Sketch a primary cell in which the following net reaction occurs:,Cl2(P)+2I- (c1) 2Cl- (c2) +I2(s),解：氧化反应： 2I- I2 +2e- 还原反应：Cl2 + 2e- 2Cl-,(-) I2(s) I- (c1) | Cl- (c2) Cl2(P) (+),|,|,Pt,Pt,P147 例8-2,|,|,M,Mz+,Mz+,Mz+,Mz+,二、电极电位(electrode potential),（一）电极电位的产生,M,Mz+,Mz+,Mz+,Mz+,e,e,e,M(s) Mz+(aq)+ze-,溶解,二、电极电位(electrode potential),（一）电极电位的产生,(dissolve),M(s) Mz+(aq)+ze-,M,Mz+,Mz+,沉积,e,M,M,二、电极电位(electrode potential),（一）电极电位的产生,(deposit),M,Mz+,Mz+,Mz+,e,e,M(s) Mz+(aq)+ze-,溶解,沉积,二、电极电位(electrode potential),（一）电极电位的产生,(dissolve),(deposit),M(s) Mz+(aq)+ze-,M,Mz+,-,+,溶解,沉积,双电层,二、电极电位(electrode potential),（一）电极电位的产生,(deposit),(dissolve),(electric double layer),Zn,1mol.L-1,Cu,1mol.L-1,(salt bridge),饱和KCl溶液配制的琼脂凝胶,检流计,A,e,e,铜锌原电池,-,Zn2+,Zn2+,Zn2+,-,Cu2+,Cu2+,(一)标准氢电极 (SHE),Pt | H2 (100kPa) | H+ (1mol·L-1),电极组成：,electrode reaction ： 2H+ +2e- H2,(H+/H2) = 0.00V,三、标准电极电位,(standard hydrogen electrode),(standard electrode potential),（二）标准电极电位（ ） (standard electrode potential),气体：分压为100kPa。,电极电位: 符号,标准状态(standard conditions)：298 K,溶液：浓度为1mol·L-1,Pt | H2 (100kPa) | H+ (1mol·L-1),标准氢电极 (SHE),(H+/H2) = 0.0000V,E= + - -,正极的电极电位,负极的电极电位,电池电动势,标准氢电极(SHE) |待测电极,原电池(primary cell) ：,外电路电子的流向： SHE 待测电极， (待测)为正号， 待测电极 SHE， (待测)为负号,(electromotive force),(-) SHE |Cu2+(c)|Cu(+),E = (Cu2+/Cu) - (H+/H2),= (Cu2+/Cu),(-) SHE |Cu2+(1mol·L-1)|Cu(+),E = (Cu2+/Cu) - (H+/H2),= (Cu2+/Cu) = E,（标准电动势）,(standard electromotive force),(-) Zn | Zn2+(1mol·L-1) | SHE(+),E = (H+/H2) - (Zn2+/Zn),= - (Zn2+/Zn),(Zn2+/Zn) = -0.7618V,测得 E= 0.7618V,测量锌电极的标准电极电位,(determination of standard electrode potential for zinc electrode ),(三)标准电极电位表及应用,2、根据的高低可判断标准状态下氧化还原能力的相对强弱。,1、适用于水溶液中，不适用于非水溶液系统和高温下的固相液相反应。,(the table of standard electrode potential),aOx + ne- bRed,(1),(Ox/Red)越大：,越难失去电子,越易得到电子,越强的氧化剂,越弱的还原剂,标准状态下(under standard conditions) ：,非标准状态下： (Ox/Red) (under nonstandard conditions),Zn,ZnSO4 1mol.L-1,Cu,CuSO4 1mol.L-1,(salt bridge),饱和KCl溶液配制的琼脂凝胶,检流计,A,e,e,铜锌原电池,( 在298K、标准状态下，列出下列电对中各种氧化态物质的氧化能力和还原态物质的还原能力强弱顺序。),Fe3+/Fe2+ I2/I- Sn4+/Sn2+ Cl2/Cl-, (V) 0.771 0.5355 0.151 1.358,Example: Under standard conditions, determine the strength of the following reducing agent and oxidizing agent,Fe3+/Fe2+ I2/I- Sn4+/Sn2+ Cl2/Cl-, (V) 0.771 0.5355 0.151 1.358,298K、标准状态下:, (Ox/Red) = (Ox/Red),氧化能力: Cl2Fe3+I2Sn4+,还原能力: Sn2+I-Fe2+Cl-,（2） 值能用来判
