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1、第十一章氧化还原反应Review:基本概念一、原子价和氧化数原子价:表示元素原子能够化合或置换一价原子(H)或一价基团(OH-)的数目。氧化数:化合物中某元素所带形式电荷的数值。二、氧化还原反应三、氧化剂和还原剂四、氧化还原对§11.1方程式的配平Review:一、氧化数法基本原则:反应中氧化剂元素氧化数降低值等于还原剂元素氧化数增加值,或得失电子的总数相等。具体步骤:(1)写出基本反应式。(2)找出氧化剂元素氧化数降低值和还原剂元素氧化数增加值(3)按照最小公倍数的原子对各氧化数的变化值乘以相应的系数,使氧化数降低值和升高值相等。(4)将找出的系数
2、分别乘在氧化剂和还原剂的分子式前面,并使方程式两边的数目相等。(5)检查反应方程式两边氧化数有变化的原子数目是否相等,如相等则反应方程式已配平。二、电子-离子法方法是:将反应式改写为半反应式,先将半反应式配平,然后将这些半反应式加合起来,消去其中的电子而配平。具体步骤:以在酸性介质中反应MnO4-+SO32-→Mn2++SO42-为例:1.离子形式写出反应主要物质2.分别写出两个半反应3.各自原子数和电荷数配平5.得失的电子数相等(最小公倍数)4.注意依据反应介质,选择H+或OH-配平Cr(OH)4-+H2O2→CrO42-+H2OCr(OH)4-→
3、CrO42-H2O2→H2OCr(OH)4-→CrO42-+3eH2O2+2e→2OH-+4OH-+4H2O2×)Cr(OH)4-+4OH-→CrO42-+4H2O+3e3×)H2O2+2e→2OH-§11.2原电池一、组成和反应1.化学能转化为电能的装置能自发进行的反应才具有能量,即ΔG<0的反应;可利用的最大化学能等于ΔG的数值:电功(非体积功)Wmax=-ΔG.电池反应一般是一氧化还原反应:Zn+Cu2+(aq)←→Zn2+(aq)+Cu标态下,298K时ΔrGø=ΔfGøZn2+-ΔfGøCu2+=-147.06-65.249=-212.31
4、kJ.mol-12.电池反应和电极反应电池反应一般是一氧化还原反应Zn+Cu2+(aq)←→Zn2+(aq)+Cu分为两个半反应:氧化半反应Zn→Zn2+(aq)+2e还原半反应Cu2+(aq)+2e→Cu电池负极(-)输出电子,即失电子的反应(-)Zn→Zn2+(aq)+2e电池正极(+)得到电子的反应(+)Cu2+(aq)+2e→Cu两个电极反应相加就是电池反应注意电极反应就是半反应,有关某个元素的得或失电子的反应;同样需要配平。MnO4-→Mn2+?MnO4-+5e→Mn2+MnO4-+8H++5e=Mn2++4H2O配平要注意:酸性介质H+-
5、H2O,碱性介质用OH--H2O3、电池符号-图式表示电极表示铜电极:Cu
6、Cu2+锌电极:Zn
7、Zn2+图式表示:(-)Zn
8、Zn2+(c1)‖Cu2+(c2)
9、Cu(+)氧化态还原态均为溶液:Fe3++e-=Fe2+要加惰性电极,如Pt,C等:Pt
10、Fe2+,Fe3+有气体参与反应:2H++2e=H2也要加惰性电极:(Pt)H2
11、H+(c)几种不同电极的表示有沉淀参与反应:AgCl+e=Ag+Cl-Ag
12、AgCl,Cl-(c)整反应→两个半反应→图式表示←(电极反应)←Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O(+)C
13、r2O72-+14H++6e=2Cr3++7H2O(-)Fe2+-e=Fe3+(-)Pt
14、Fe2+,Fe3+‖Cr3+,Cr2O72-
15、Pt(+)(-)(C)I2
16、I-(c1)‖Fe2+(c2),Fe3+(c3)
17、C(+)+)Fe3++e=Fe2+-)2I-=I2+2e总反应:2Fe3++2I-=2Fe2++I2二、反应ΔrG与电池电动势关系Zn+Cu2+(aq)←→Zn2+(aq)+Cu标态下,ΔrGø=ΔfGøZn2+-ΔfGøCu2+298K时=-147.06-65.249=-212.31kJ.mol-1电功(非体积功)Wmax=-ΔG.说明:
18、前面热力学指出,可逆、平衡时ΔG=0。那是无其它功时,而有其它功时,体系自由能的减少等于所做最大功,我们就是依据这一点计算的。所以计算的电功、电动势均为可逆状态时的值。-ΔrG=nFE电功W=I·V·t=电量•电压=n×6.023×1023×1.602×10-19×E=n×96485×E=nFE标态下反应:-ΔrGø=nFEøΔrG=ΔrGø+RT·lnQE=Eø-RT/nF·lnQE=Eø-0.0592/n·lgQ1.Nernst方程ΔrGø=-nFEø同时,ΔrGø=-RT·lnKølnKø=2.反应平衡常数与电池标准电动势的关系Zn+Cu2+(
19、aq)←→Zn2+(aq)+Cu标态下,ΔrGø=-212.31kJ.mol此反应组成电池,E0=212.3