普化新教材電化學(xué)市公開課獲獎(jiǎng)?wù)n件

1、第4章電化學(xué)4. Electrochemical Chapter 4第1頁第1頁 掌握氧化還原基本概念及配平。 理解原則電極電勢(shì)意義，掌握電池符號(hào)表示辦法，能利用原則電極電勢(shì)來判斷氧化劑和還原劑強(qiáng)弱、氧化還原反應(yīng)方向和計(jì)算平衡常數(shù)。掌握原電池電動(dòng)勢(shì)(E)，Nernst方程式與吉布斯函變(rGm)、原則電動(dòng)勢(shì)(E)與原則吉布斯函數(shù)變(rGm)、原則平衡常數(shù)(K)關(guān)系。 理解金屬腐蝕及其防護(hù)原理。（自學(xué)）& 教學(xué)要求返回第2頁第2頁第4章 電化學(xué) (Electrochemical) 4.1 氧化還原反應(yīng)配平及原電池 4.2 電池電動(dòng)勢(shì) 4.3 氧化還原反應(yīng)自發(fā)性 4.4 濃度對(duì)電池電動(dòng)勢(shì)影響 返回

2、第3頁第3頁4.1 氧化還原反應(yīng)配平及原電池4.1.1. 氧化還原反應(yīng)概念 4.1.2. 元素氧化值確實(shí)定 4.1.3. 氧化還原反應(yīng)配平4.1.4. 原 電 池返回第4頁第4頁4.1.1 氧化還原反應(yīng)概念 (Redox Reaction )氧化還原反應(yīng)：是指在一個(gè)化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)氧化態(tài)發(fā)生改變反應(yīng),即有電子轉(zhuǎn)移(或得失) 反應(yīng)。氧化表示電子失去，還原表示電子增長(zhǎng)。如鎳-鎘(nicad) “干電池”中氧化還原反應(yīng)： Cd(s)+NiO2(s)+2H2O(l) Cd(OH)2(s)+Ni(OH)2(s) 1.氧化還原反應(yīng)返回第5頁第5頁4.1.1 氧化還原反應(yīng)概念 (Redox Reaction

3、)Zn - 2e- Zn2+ Zn + Cu2+ = Zn2+ + CuDaniell(丹聶爾)電池氧化還原還原氧化還原劑氧化劑Cu2+ + 2e- Cu氧化半反應(yīng)還原半反應(yīng)返回第6頁第6頁4.1.1 氧化還原反應(yīng)概念 (Redox Reaction )在半反應(yīng)中，同一元素兩個(gè)不同氧化值物種組成了電對(duì)，之間能夠相互轉(zhuǎn)化。電正確表示：Zn2+/Zn, Cu2+/Cu 氧化型/還原型 氧化值高/氧化值低任何氧化還原反應(yīng)都是由兩個(gè)電對(duì)組成。 Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s) 還原型(1) 氧化型(2) 氧化型(1) 還原型(2)2.氧化還原電對(duì)(Redox coup

4、le)返回第7頁第7頁4.1.2 元素氧化值擬定 (Oxidization Number) 氧化態(tài)：描述原子帶電狀態(tài)改變，表明元素被氧化程度。氧化數(shù)(值)：表示元素氧化態(tài)代數(shù)值； IUPAC定義：是指某元素一個(gè)原子荷電數(shù)，該荷電數(shù)是假定把每一化學(xué)鍵中電子指定給電負(fù)性更大原子而求得。 返回IUPAC 國(guó)際純正和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)The International Union of Pure and Applied Chemistry返回第8頁第8頁(1) 在單質(zhì)元素氧化值為零。 N2 ,H2 , O2 (2) 在單原子離子中，元素氧化值等于離子所帶電荷數(shù)。Cl-, Na+, H+, Ba2+(3)

5、堿金屬和堿土金屬在化合物中氧化值分別為+1和+2(4) 在所有氟化物中，氟氧化值為-1 擬定氧化值規(guī)則：4.1.2 元素氧化值擬定 (Oxidization Number)返回第9頁第9頁(5) 氫氧化值只有在活潑金屬氫化物（如NaH,CaH2)中為-1，其余為+ 1(6) 氧氧化值通常為-2； 在過氧化物（如H2O2, Na2O2, BaO2)中為-1; 在OF2 和 O2F2 中，分別為+2和+1。(7) 在中性分子中，各元素氧化值代數(shù)和為零。在多原子離子中各元素氧化值代數(shù)和等于離子所帶電荷數(shù)，如：ClO3-4.1.2 元素氧化值擬定 (Oxidization Number)返回第10頁第

6、10頁例1:求下列物質(zhì)中I、S、 Fe氧化值0-(-26 + 51)=+7-2-(-2)3/2 = +2 0-4 (-2)/3=+8/3-2-(-2)6/4 = + 元素氧化值擬定 (Oxidization Number)返回第11頁第11頁4.1.3 氧化還原反應(yīng)方程式配平氧化值法： 其主要原則是還原劑中元素氧化值升高總數(shù)等于氧化劑中元素氧化值減少總數(shù)。離子電子半反應(yīng)法(離子電子法) (1) 反應(yīng)中氧化劑得電子數(shù)等于還原劑失電子數(shù) (2) 依據(jù)質(zhì)量守恒定律，反應(yīng)前后各元素原子總數(shù)相等，各物種電荷 數(shù)代數(shù)和相等。返回第12頁第12頁 以離子式寫出主要反應(yīng)物和產(chǎn)物(氧化還原產(chǎn)物)

7、 寫出半反應(yīng)方程式 分別配平半反應(yīng)方程式，等號(hào)兩邊元素原子總數(shù)各自相等且電荷數(shù)相等。 擬定兩半反應(yīng)方程式得、失電子數(shù)目的最小公倍數(shù)。將兩個(gè)半反應(yīng)方程式中各項(xiàng)分別乘以相應(yīng)系數(shù)，使得、失電子數(shù)目相同。然后，將兩者合并。離子電子法配平環(huán)節(jié)(The ion-clectron method )4.1.3 氧化還原反應(yīng)方程式配平返回第13頁第13頁 例2：配平反應(yīng)方程式 解：(4)合并：還原反應(yīng)氧化反應(yīng)Mn +7 +2S +4 +6離子式與電對(duì)配平半反應(yīng)第14頁第14頁4.1.3 氧化還原反應(yīng)方程式配平例3：通過半反應(yīng)辦法配平化學(xué)方程式：解：（1）我們把方程分為兩個(gè)半反應(yīng)： （2）配平兩個(gè)半反應(yīng)： （3）

8、使兩個(gè)半反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子數(shù)目相等，AB3得：（4）檢查最后方程，方程兩邊各種原子數(shù)目相等，電荷數(shù)也相等，因此，方程式是正確。酸性條件返回第15頁第15頁例5：配平1)(還原)(氧化)2)3)32+1+3+6解：返回第16頁第16頁4.1.3 氧化還原反應(yīng)方程式配平 5+NaClO3NaClNaOHCl2 +解：還原反應(yīng)氧化反應(yīng)化簡(jiǎn)得：反應(yīng)式：例6：配平反應(yīng)方程式返回第17頁第17頁多n個(gè)O+2n個(gè)H+，另一邊 +n個(gè)H2O來平衡；堿性介質(zhì)多n個(gè)O+n個(gè)H2O, 另一邊 +2n個(gè)OH-來平衡;多n個(gè)H+n個(gè)OH, 另一邊+n個(gè)H2O來平衡。注意事項(xiàng)配平以試驗(yàn)為依據(jù)酸性介質(zhì)中，不能出現(xiàn) OH堿性介質(zhì)

9、中，不能出現(xiàn) H配平小結(jié)4.1.3 氧化還原反應(yīng)方程式配平酸性介質(zhì)返回第18頁第18頁4.1.4. 原電池 1. 恒溫恒壓下，w 0時(shí)G判據(jù) 2. 原電池結(jié)構(gòu) 3. 電池圖示(電池符號(hào))返回第19頁第19頁4.1.4. 原電池返回第20頁第20頁1.恒溫恒壓下，w = 0時(shí)G判據(jù)G 0, 非自發(fā)過程，逆向進(jìn)行Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu氧化還原反應(yīng)298.15K原則狀態(tài)時(shí)，該過程對(duì)環(huán)境做電功為：www4.1.4. 原電池返回第21頁第21頁Daniell電池(丹聶爾)這種能將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苎b置，稱為原電池（Primary Cell）2. 原電池結(jié)構(gòu)4.1.4. 原電池返回第22

10、頁第22頁鹽橋作用：使Cl-向鋅鹽方向移動(dòng)，K+向銅鹽方向移動(dòng)，使Zn鹽和Cu鹽溶液始終保持電中性，從而使鋅溶解和銅析出得以繼續(xù)進(jìn)行，使電子不斷從Zn極流向Cu極。鹽橋：在U型管中裝滿用飽和KCl溶液和瓊膠作成凍膠。這種裝滿凍膠U型管叫做鹽橋第23頁第23頁 原電池構(gòu)成：由兩個(gè)“半電池(電極)”構(gòu)成電極(半電池)反應(yīng)：分別在兩個(gè)半電池中發(fā)生氧化或還原反應(yīng)。電池反應(yīng)：氧化和還原總反應(yīng)。氧化還原電對(duì)：在原電池中，由氧化態(tài)物質(zhì)和相應(yīng)還原態(tài)物質(zhì)構(gòu)成電極(半電池)，氧化態(tài)物質(zhì)和相應(yīng)還原態(tài)物質(zhì)被稱作氧化還原電對(duì)。氧化還原電對(duì)表示辦法： 鋅電極: Zn2+ (c1)/Zn 銅電極: Cu2+ (c2)/ C

11、u4.1.4. 原電池返回第24頁第24頁Zn(s) - 2e Zn2+(aq) Cu2+(aq) + 2e Cu(s) 電極反應(yīng)和電池反應(yīng)電極反應(yīng)鋅片為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)：銅片為正極，發(fā)生還原反應(yīng) 第25頁第25頁3. 電池反應(yīng)兩電極上電極反應(yīng)之和。Zn(s) - 2e = Zn2+(aq) Cu2+(aq) + 2e= Cu(s) Zn(s) + Cu2+(aq) = Zn2+(aq) + Cu(s)電極反應(yīng)電池反應(yīng)銅鋅原電池正極第26頁第26頁原電池構(gòu)成原電池圖式表示：(-) Zn|ZnSO4(c1)CuSO4(c2)|Cu (+)(-) Zn|Zn2+(c1)Cu2+(c2)|Cu (

12、+)負(fù)極在左正極在右| 表示相界面表示鹽橋濃度（氣體用壓力）第27頁第27頁一個(gè)實(shí)際原電池裝置可用簡(jiǎn)樸符號(hào)來表示。4、 用表示鹽橋1、負(fù)極寫在左邊，正極寫在右邊2、用表示物相界面3、不存在相界面時(shí)用，分開。加上不與金屬離子反應(yīng)金屬惰性電極。5、 表示出相應(yīng)離子濃度或氣體壓力。3、電池圖示(電池符號(hào))4.1.4. 原電池返回第28頁第28頁 氧化還原電對(duì)中存在金屬單質(zhì)可直接采用金屬單質(zhì)作電極如Zn Cu等不然，需外加一個(gè)不參與電極反應(yīng)惰性材料作電極導(dǎo)電體慣用固體導(dǎo)電體有鉑和石墨,如： 第29頁第29頁 例5：將下列反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池電池圖示：氧化反應(yīng)(陽極)還原反應(yīng)(陰極)惰性電極解：4.1.4.

13、 原電池返回(-)(+)第30頁第30頁凡有參與氧化還原反應(yīng)及電極反應(yīng)物質(zhì)有本身雖無發(fā)生氧化還原反應(yīng)，在原電池符號(hào)中仍需表示出來5第31頁第31頁例6：依據(jù)電池圖示，寫出電極反應(yīng)與電池反應(yīng)解：4.1.4. 原電池返回(-)(+)第32頁第32頁() Pt H2(p)H+(1moldm-3) Fe3+(1moldm-3) ,Fe2+ (1 moldm-3) Pt(+) 負(fù)極(氧化半反應(yīng))： H2 2e- = 2H+ 正極(還原半反應(yīng))： Fe3+ + e- = Fe2+ 總反應(yīng)： H2 + 2 Fe3+ = 2H+ + 2 Fe2+ 例7： 依據(jù)電池圖示，寫出電池反應(yīng)與電極反應(yīng)解：4.1.4.

14、原電池返回第33頁第33頁4.2 電池電動(dòng)勢(shì) 4.2.1 原則(還原)電極電勢(shì) 4.2.2 電極電勢(shì)測(cè)定 4.2.3 氧化劑和還原劑相對(duì)強(qiáng)弱返回第34頁第34頁 原電池兩電極間電勢(shì)差是電流形成原因， 電流是從電勢(shì)高電極流向電勢(shì)低電極。當(dāng)通過原電池電流趨于零時(shí)，兩電極間最大電勢(shì)差稱為原電池電動(dòng)勢(shì)。用E 表示。(electromotive force) E ：原則電動(dòng)勢(shì)，當(dāng)電池中各物種均處于各自 原則態(tài)（濃度：1mol.L-1,壓力:100kPa）和溫度T（本節(jié)中為25 ）時(shí)電動(dòng)勢(shì)。Zn(s)+ Cu2(aq,1 molL1) Zn2(aq,1 molL1)+ Cu(s) E = 1.10V， 表

15、示原則狀態(tài) 4.2 電池電動(dòng)勢(shì)第35頁第35頁4.2.1 原則電 極電 勢(shì)E=(正極)(負(fù)極)原則氫電極要求氫分壓、溶液中H+濃度為原則狀態(tài)，298.15K時(shí)，其電極電勢(shì)為零。(H+/H2)=0Pt|H2(g,p=100kPa)|H+(aq,c=1moldm-3)第36頁第36頁100kPaH+=1.0molL-1 將鍍有鉑黑鉑片置于原則氫離子濃度酸溶液中，不斷通入壓力為100kPa 純氫氣，使鉑黑吸附氫氣達(dá)到飽和，形成一個(gè)氫電極：氫電極圖示可表示為：為負(fù)極：(-)Pt | H2(g) | H+(aq)為正極：H+(aq) | H2(g) | Pt (+)原則氫電極(SHE- standard

16、 hydrogen electrode)4.2.1原則(還原)電極電勢(shì)第37頁第37頁原則氫電極待定電極原則電極電勢(shì)查附錄表10第38頁第38頁E =0.762V, 求(Zn2+/Zn)例8：已知(-)Zn|Zn2+ (1.0mol L-1)|H+(1.0mol L-1)|H2(p)|Pt(+)電池電動(dòng)勢(shì)：電池原則電動(dòng)勢(shì)：負(fù)極，氧化反應(yīng) Zn(s) Zn2+ (aq) 2e-正極，還原反應(yīng) 2H+(aq) + 2e- H2(g)解：第39頁第39頁查原則電極電勢(shì)數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)注意：原則電極電勢(shì)是表示在原則狀態(tài)下，某電極電極電勢(shì)，是該電極同氫電極構(gòu)成電池電動(dòng)勢(shì)，故原則電極電勢(shì)是相對(duì)值。同一個(gè)物質(zhì)在某一

17、電對(duì)中是氧化型，在另一電對(duì)中也能夠是還原型。原則電極電勢(shì)第40頁第40頁a(氧化態(tài))+ne- b (還原態(tài))電子化學(xué)計(jì)量數(shù)，為導(dǎo)線內(nèi)通過電子物質(zhì)量單位物質(zhì)量電子所帶電量: Q =NAe = 6.02210231.60210-19 =96485 Cmol-1 =1FFaraday常量 1F= 96485 Cmol-1 96500 Cmol-1 n mol電子電量 = nF Faraday (1791-1867)4.電極反應(yīng)通式返回第41頁第41頁1. 原則電極電勢(shì)大小由物質(zhì)本性決定，與方程式寫法無關(guān)原則電極電勢(shì)大小與方程式中各組分系數(shù)無關(guān)原則電極電勢(shì)值大小與得失電子數(shù)無關(guān)。Cl2 + 2e 2C

18、l (Cl2/Cl) =1.36V1/2Cl2 + e Cl =1.36V2. 同一物質(zhì)在不同介質(zhì)中，氧化還原能力不同，電極電勢(shì)不同（酸、堿條件；氣、液、固態(tài)）3. 原則電極電勢(shì)慣用數(shù)值為298K時(shí)值；無加和性（含有強(qiáng)度性質(zhì)）MnO4-(aq)8H(aq)5e Mn2(aq)4H2O(l) +1.51第42頁第42頁例9：Zn-Cu2原電池原則條件下，E1.10V，Zn電極是負(fù)極。給出Zn2原則電極電勢(shì)是-0.76V，計(jì)算Cu2還原為Cu原則電極電勢(shì)： Cu2(aq，1 molL1) + 2e Cu(s) 解： 由于 E （正極） （負(fù)極） 1.10V= （正極）(0.76V ) 則： （正極

19、）=1.10V0.76V=0.34V4.2.2 電極電勢(shì)測(cè)定返回第43頁第43頁4.2.3 氧化劑和還原劑相對(duì)強(qiáng)弱氧化性順序：Cu2+Zn2+ 還原性順序：Zn Cu(Zn2+/Zn)= -0.762V(Cu2+/Cu)= 0.340VZn - 2e- = Zn2+Cu2+ + 2e- = Cu還原態(tài)氧化態(tài)氧化態(tài)還原態(tài) Fe3+ I2還原性 ： I- Br - Fe2+解：4.2.3 氧化劑和還原劑相對(duì)強(qiáng)弱返回第47頁第47頁4.2.3 氧化劑和還原劑相對(duì)強(qiáng)弱例 11：依據(jù)（表4.1）數(shù)據(jù)，擬定（1）下列哪些物質(zhì)是最強(qiáng)氧化劑： (aq)，Ag+(aq)， (aq)；（2）下列哪些物質(zhì)是最強(qiáng)還原

20、劑： I(aq)，F(xiàn)e(s)，Mn2+(aq)。 返回第48頁第48頁4.2.3 氧化劑和還原劑相對(duì)強(qiáng)弱解：（1） 最強(qiáng)氧化劑是最易被還原物質(zhì)，從表4.1中值比較來擬定： (aq) + 4H+(aq) + 3e NO(g) + 2H2O(l) 0.96 V Ag(aq) + e Ag(s) 0.80 V (aq) + 14H+(aq) + 6e 2Cr3(aq) + 7H2O(l) 1.33 V由于 原則電極電勢(shì)最正，因此是三個(gè)中最強(qiáng)氧化劑。返回第49頁第49頁4.2.3 氧化劑和還原劑相對(duì)強(qiáng)弱（2）最強(qiáng)還原劑是最易被氧化物質(zhì)，即原則電極電勢(shì)最負(fù)物質(zhì)，依據(jù)表4.1中值比較得： I2(s) 2e

21、2I(aq) 0.54 V Fe2(aq)2e Fe(s) 0.44 V MnO4(aq)8H(aq)5eMn2(aq)4H2O(l) 1.51 V 由于Fe(s)原則電極電勢(shì)最負(fù)，因此Fe(s)是三個(gè)中最強(qiáng)還原劑。返回第50頁第50頁4.3 氧化還原反應(yīng)自發(fā)性4.3.1、氧化還原反應(yīng)方向判斷4.3.2、電動(dòng)勢(shì)與自由能改變關(guān)系返回第51頁第51頁電池原則電動(dòng)勢(shì)E提供了對(duì)于氧化還原反應(yīng)推動(dòng)力衡量原則：E0，原則狀態(tài)下 反應(yīng)自發(fā)向右進(jìn)行E0，原則狀態(tài)下 反應(yīng)處于平衡狀態(tài)E0，原則狀態(tài)下 反應(yīng)自發(fā)逆向進(jìn)行4.3.1原則狀態(tài)下氧化還原反應(yīng)方向判斷返回第52頁第52頁進(jìn)行？ 時(shí)原則態(tài)下能否向右25 在 例12: 試判斷反應(yīng)0 0.131V1.360V1.2293V=-=Fe OH2