第11章 电化学基础 Chapter 11 The basic of electronic-chemistry
第 11 章 电化学基础 Chapter 11 The basic of electronic-chemistry
本章教学要求 1、掌握氧化还原的基本概念；熟练掌握氧 化还原反应配平的方法； 2、理解标准电极电势的意义，能应用标准 电极电势判断氧化剂和还原剂的强弱、氧 化还原反应的方向和计算平衡常数： 3、掌握用能斯特方程式讨论离子浓度变化 时电极电势的改变对氧化还原反应的影响 止页下页 节首 节尾
2 本章教学要求 1、掌握氧化还原的基本概念；熟练掌握氧 化还原反应配平的方法； 2、理解标准电极电势的意义，能应用标准 电极电势判断氧化剂和还原剂的强弱、氧 化还原反应的方向和计算平衡常数； 3、掌握用能斯特方程式讨论离子浓度变化 时电极电势的改变对氧化还原反应的影响
本章教学内容 11.1 氧化还原反应 The primary concepts of redox reactions 11.2 原电池 Balancing redox equations 11.3 实用电池 Spontaneity of redox reactions at high temperature and the diagram of llingham 11.4 有关电解的几个问题 Spontaneity of redox reactions in aqueous solution and electrode potential 止页下页 节首节尾
3 11.1 氧化还原反应 11.2 原电池 11.3 实用电池 11.4 有关电解的几个问题 The primary concepts of redox reactions Balancing redox equations Spontaneity of redox reactions at high temperature and the diagram of llingham Spontaneity of redox reactions in aqueous solution and electrode potential 本章教学内容
11.1 氧化还原反应 11.1,1氧化值和氧化态(oxidization number) （1)氧化还原概念的发展 起先2Mg(s)+02(g)=2Mg0(s 与氧结合 后来Mg-→Mg2+2e 电子转移 现在2P(S)+2Cl2(g)=2PCL3 电子偏移 (2)氧化值 指某元素的一个原子的荷电数，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. 「氧化：氧化值增加的过程 还原：氧化值降低的过程 [氧化剂：electron acceptor 还原剂：electron donor 上页下页 节首 节尾
4 11.1.1 氧化值和氧化态(oxidization number) （1）氧化还原概念的发展 起先 2Mg(s)+O2(g) = 2MgO(s) 与氧结合 后来 Mg→Mg2++2e 电子转移 现在 2P(s)+2Cl2(g) = 2PCl3(l) 电子偏移 11.1 氧化还原反应 指某元素的一个原子的荷电数，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. （2）氧化值 氧化剂：electron acceptor 还原剂：electron donor 氧化：氧化值增加的过程 还原：氧化值降低的过程
(3)确定氧化值的规则 (the rules for the determination of oxidation number) a.离子型化合物中，元素的氧化值等于该离子所带的电荷 数 b.共价型化合物中，共用电子对偏向于电负性大的原子，两 原子的形式电荷数即为它们的氧化值； C,单质中，元素的氧化值为零； d.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. e.氢的氧化值一般为+1，在金属氢化物中为-1，如NaH f氧的氧化值一般为-2，在过氧化物中为-1，如H,0、Na,O 在超氧化物中为-0.5，如K02,在氧的氟化物中为+1或 +2,如O2F,0E 设定氧化态的目的是为了判定某反应是不是氧化还原反应， 并确定氧化剂和还原剂以及发生的还原过程和氧化过程 上页下页节首节尾
5 a. 离子型化合物中，元素的氧化值等于该离子所带的电荷 数； b. 共价型化合物中，共用电子对偏向于电负性大的原子 ，两 原子的形式电荷数即为它们的氧化值； c. 单质中，元素的氧化值为零； d. 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. (3) 确定氧化值的规则 (the rules for the determination of oxidation number) e. 氢的氧化值一般为+1,在金属氢化物中为 -1，如 f. 氧的氧化值一般为-2,在过氧化物中为 -1，如 在超氧化物中 为-0.5，如 ，在氧的氟化物中 为 +1或 +2，如 1 NaH H O Na O2 , 1 ` 2 2 1 2 KO2 0.5 O F ,OF2 2 2 2 1 设定氧化态的目的是为了判定某反应是不是氧化还原反应, 并确定氧化剂和还原剂以及发生的还原过程和氧化过程
什么是“氧化值”？它与“化合价”有否区别？ 止页下页节首节尾
6 Question 1 什么是“氧化值”？它与“化合价”有否区别？
11.1.2氧化还原半反应式 对氧化还原反应Cu++Zn=Zn++Cu 01 R1 02 R2 Cu2+/Cu,Zn+/Zm称为氧化还原电对，氧化态和 还原态构成氧化还原共轭关系。 共轭关系可用半反应式表示： Cu2++2e-Cu ZnZn2++2e- 氧化剂降低氧化值的趋势越强， 其氧化能力越强，其共轭还原剂 氧化值升高趋势越弱。 ●反应一般按较强的氧化剂与较强的还原剂相互作用的方向进行 √半反应式：在原电池或电解池某一电极上发生的氧化或还原反应， 上页下页节首节尾
7 11.1.2 氧化还原半反应式 对氧化还原反应 Cu2+ + Zn = Zn2+ + Cu O1 R1 O2 R2 Cu2+ /Cu ， Zn2+ /Zn 称为氧化还原电对，氧化态和 还原态构成氧化还原共轭关系. ü半反应式 : 在原电池或电解池某一电极上发生的氧化或还原反应. ● 共轭关系可用半反应式表示： ● 氧化剂降低氧化值的趋势越强，其氧化能力越强，其共轭还原剂 氧化值升高趋势越弱. ● 反应一般按较强的氧化剂与较强的还原剂相互作用的方向进行. Cu2+ + 2e - Cu Zn Zn2+ +2e -
√半反应式的规律： 1、半反应式的书写格式是统一的一还原反应。如，Cu++2一Cu 2、半反应式中同一元素的不同氧化态之间的关系如C+/Cu, Z+Zn称为氧化还原电对，氧化态和还原态构成氧化还原共轭 关系 3、半反应式必须是配平的配平的原则相同于通常的化学方程式 4、半反应式中的物质存在形态要与溶剂相适应 5、一个半反应中发生氧化态变动的元素只有一种如： MnO+8H++5e Mn2++4H,O 6、半反应中还有非氧化还原组份。 7、对水溶液系统，半反应常分酸表和碱表来排列。 酸性或中性溶液中时，查酸表；碱性溶液中时，查碱表。 止页下页 节首节尾
8 ü半反应式的规律: 1、半反应式的书写格式是统一的——还原反应。如，Cu2+ + 2e Cu 2、半反应式中同一元素的不同氧化态之间的关系如Cu2+ /Cu ， Zn2+ /Zn 称为氧化还原电对，氧化态和还原态构成氧化还原共轭 关系. 3、半反应式必须是配平的.配平的原则相同于通常的化学方程式. 4、半反应式中的物质存在形态要与溶剂相适应. 5、一个半反应中发生氧化态变动的元素只有一种.如： MnO4 -+8H++5e = Mn2+ +4H2O 6、半反应中还有非氧化还原组份。 7、对水溶液系统，半反应常分酸表和碱表来排列。 酸性或中性溶液中时，查酸表；碱性溶液中时，查碱表
11.1.3 氧化还原方程式的配平 (balancing of oxidation-reduction equation 氧化值法(the oxidation number method) (1)配平原则 整个反应被氧化的元素氧化值的升高总数与被还 原的元素氧化值的降低总数相等。 (2) 配平步骤 。根据实验事实写出未配平的基本反应式，在涉及氧化还原 过程的有关原子上方标出氧化值。 ●计算相关原子氧化值上升和下降的数值 ●用下降值和上升值分别去除它们的最小公倍数，即得氧化 剂和还原剂的化学计量数， 平衡还原原子和氧化原子之外的其他原子，在多数情况下 是H原子和O原子. 最后将箭头改为等号 上页下页 节首 节尾
9 氧化值法(the oxidation number method) (1) 配平原则 整个反应被氧化的元素氧化值的升高总数与被还 原的元素氧化值的降低总数相等. 11.1.3 氧化还原方程式的配平 (balancing of oxidation-reduction equation ) ● 根据实验事实写出未配平的基本反应式，在涉及氧化还原 过程的有关原子上方标出氧化值. ● 计算相关原子氧化值上升和下降的数值 ● 用下降值和上升值分别去除它们的最小公倍数，即得氧化 剂和还原剂的化学计量数. ● 平衡还原原子和氧化原子之外的其他原子，在多数情况下 是H原子和O原子. ● 最后将箭头改为等号. (2) 配平步骤
Example 用氧化值法配平氯酸与磷作用生成氯化氢和磷酸的反应 Solution +50-1+5 ●HCIO3+P4→HCI+HPO4 (-1)-(+5)=-6x10 ●HCIO3+P4→HCI+HPO4 I(+5)-0]×4=+20x3 ●10HC1O3+3P4→10HC1+12HPO ●10HC103+3P4+18H20→10HC1+12H3P04 ●10HC103+3P4+18H20=10HCl+12H3P04 止页下页 节首 节尾
10 用氧化值法配平氯酸与磷作用生成氯化氢和磷酸的反应. ● HClO3 + P4 → HCl + H3PO4 + 5 0 -1 +5 ● HClO3 + P4 → HCl + H3PO4 ( -1 ) – ( +5 ) = - 6x10 [( +5 ) – 0] ×4 = + 20x3 ● 10HClO3 + 3P4 →10 HCl + 12H3PO4 ● 10HClO3 + 3P4 + 18 H2O →10 HCl + 12H3PO4 ● 10HClO3 + 3P4 + 18 H2O =10 HCl + 12H3PO4 Example Solution