内容发布更新时间 : 2024/12/25 1:41:37星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
第五章 氧化还原反应与电化学
内容
1. 氧化数;2.原电池与原电池电动势;3. 金属的腐蚀与防护;4.电解的基本原理及应用。
知识点与考核点
1.氧化数
某元素的一个原子在化合状态时的形式电荷数(可以为分数)。 .....2.电对
同一元素氧化数高的状态(氧化态)与其氧化数低的状态(还原态)构成
一个电对。 通常表述为氧化态/还原态,例如,Cu/Cu、Zn/Zn、 Fe/Fe、Fe/Fe、O2/H2O2、H2O2/OH 等。
3.原电池
借助氧化还原反应直接产生电流的装置。 ..4.原电池装置的符号表示:(以铜锌原电池为例) (-)Zn | Zn2+(c1)|| Cu2+(c2)| Cu(+) 负极反应:Zn(s)→Zn2+(aq)+2e – 正极反应: Cu2+(aq)+2e–→Cu(s)
电池总反应: Cu2+(aq)+ Zn(s)= Cu(s) + Zn2+(aq)
5.原电池装置的符号表示书写规则 (1)负极在左侧,正极在右侧,
(2)两个半电池的中间用盐桥“||”连接,
(3)盐桥两侧分别是正、负极的离子“Zn2+(c1)||Cu2+(c2)”,溶液需标 出离子的浓度。
例:将下列氧化还原反应组成原电池,写出电极反应。 (1)Sn2+(aq)+2Fe3+(aq)= Sn4+(aq)+2Fe2+ (aq) 解:原电池符号表示式为
(-)Pt | Sn2+ (c1), Sn4+ (c2) || Fe3+ (c3), Fe2+ (c4) | Pt(+)
负极反应:Sn2+(aq) → Sn4+ (aq)+2e – 正极反应:2Fe3+(aq)+ 2e
–
–
2+
2+
3+
2+
2+
→2Fe2+(aq)
说明:① 反应物中氧化剂的还原反应为正极反应,还原剂的氧化反应为负极反应。
② 没有金属作为电极,故选用不参与反应、只起导电作用的Pt或石墨等惰性电机作为辅助电极。
(2)2HCl(aq) + Zn(s)= H2(g)+ ZnCl2(aq)
解:原电池符号表示式为
(-)Zn| Zn2+ (c1) || H+ (c2) | H2(p),(Pt)(+)
1
正极反应:2H+(aq) + 2e – → H2 g) 负极反应:Zn(s)→ Zn2+(aq)+ 2e –
(3)2MnO4(aq)+16H+(aq)+10Cl(aq)+10Hg(l) = 2Mn2+(aq)+5Hg2Cl2(s) +8H2O
–
–
解:原电池符号表示式为
(-)Pt,Hg(l)| Hg2Cl2(s),Cl (c1) || Mn2+ (c2), H+ (c3),MnO4(c4)| Pt(+)
–
–
正极反应:2MnO4(aq)+ 16H+(aq)+10e
––
–
= 2Mn2+(aq)+ 8H2O
负极反应:10Cl (aq)+ 10Hg(l) = 5Hg2Cl2(s)+10e – 6.电极电势(?)的概念
金属(或非金属)与溶液中自身离子达到平衡时双电层的电势差。每 个电对都有电极电势,电极电势是强度性质。
因电极电势的绝对值无法测得,为比较方便,人为规定标准氢电极的电极电势
??(H?/H2)?0V
7.参比电极
作为对比参考的电极,其电极电势要求相对稳定。 例如甘汞电极: (Pt)Hg(l) | Hg2Cl2(s), KCl(c)
电极反应式为 Hg2Cl2(s)?2e?2Hg(l)?Cl2(g) 25℃, c(KCl)=1mol?L时,?(Hg2Cl2/Hg)?0.268V
–1
??25℃, c(KCl)为饱和浓度时,?(Hg2Cl2/Hg)?0.242V
8.原电池电动势
?????E?????? (E????)
?9.浓度(分压)对电极电势的影响(Nernst方程) 对电极反应 a氧化态 + ze– = b还原态
???0?0.059zlgJ (298.15K)
[还原态]bJ 为半反应的“浓度商”,J? a[氧化态]z为反应转移的电子数。
0.059[c(Cl?)]2lg例如:Cl2?2e?2Cl ???? ?2pCl2/p???0.059[c(Cl?)]1???lgCl2?e?Cl ????21(pCl2/p?)12
可以看出:Nernst方程表达式与化学方程书写方式有关,但是计算结果与方程书写方式无...
2
关,因同一反应写法不同,z 也不同。这也表现出?之强度性质的特性。 .
例:写出下列电池半反应的Nernst方程表达式 (1)Cu2??2e??Cu;
答:???+
??0.059zlg1 2?c(Cu)(2)MnO2 + 4H + 2e– = Mn + 2H2O;
2+
0.059c(Mn2?)答: ???? lg2c(H?)4?利用上式可求出不同c(H)和c(Mn)时的电极电势值。
(3)参比甘汞电极Hg2Cl2?2e?2Hg?Cl;
??+2+
0.059lgc(Cl?)2; 2–
例: 计算半反应 O2 + 2H2O + 4e– = 4OH 的电极电势(25℃)
答:?????已知 pO2?1.013?105Pa,c(OH) = 0.010mol·L,?O–
–1
?2OH??0.40(V)
解 ?O20.0591.013?105/1.013?105lg?0.459(V) = 0.40 +OH?4(0.1)42+
例: 求电对MnO?, 4/Mn在下述条件下的电极电势(25℃)
已知:??2?MnO?4Mn=1.51V,pH=2.0,c(Mn)=c(MnO?L 4)=1.0 mol·
2+
–1
解 此电极反应为MnO?4+ 8H + 5e– = Mn + 4H2O
?80.059[c(MnO?4)][c(H)] ????lg5[c(Mn2?)]?+2+
0.0591.0?(1.0?10?2)8lg = 1.51 + = 1.51 – 0.19 = 1.32(V) 51.010.电极电势的应用
(1)判断氧化剂、还原剂的相对强弱
电极电势大的氧化态物质的氧化能力强; 电极电势小的还原态物质的还原能力强。 例如:?Cu2?Cu > ?Zn2? 所以其氧化性Cu> Zn; 还原性 Zn > Cu
Zn2+ 2+
(2)判断氧化还原反应进行的方向
判据:电极电势大的氧化态和电极电势小的还原态能自发反应
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