第四章电化学基础 §4.1 原电池 一、探究目标 体验化学能与电能相互转化的探究过程 二、探究重点 初步认识原电池概念、原理、组成及应用。 三、探究难点 通过对原电池实验的研究，引导学生从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质，以及这种转化的综合利用价值。 四、教学过程 【引入】 电能是现代社会中应用最广泛，使用最方便、污染最小的一种二次能源，又称电力。例如，日常生活中使用的手提电脑、手机、相机、摄像机……这一切都依赖于电池的应用。那么，电池是怎样把化学能转变为电能的呢？我们这节课来一起复习一下有关原电池的相关内容。 【板书】§4.1 原电池 一、原电池实验探究 讲：铜片、锌片、硫酸都是同学们很熟悉的物质，利用这三种物质我们再现了1799年意大利物理学家----伏打留给我们的历史闪光点！ 【实验探究】(铜锌原电池) 实验步骤现象 1、锌片插入稀硫酸 2、铜片插入稀硫酸 3、锌片和铜片上端连接在一起插入稀 硫酸 【问题探究】 Zn Cu ×
1、锌片和铜片分别插入稀硫酸中有什么现象发生？ 2、锌片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中，现象又怎样？为什么？ 3、锌片的质量有无变化？溶液中c (H+)如何变化？ 4、锌片和铜片上变化的反应式怎样书写？ 5、电子流动的方向如何？ 讲：我们发现检流计指针偏转，说明产生了电流，这样的装置架起了化学能转化为电能的桥梁，这就是生活中提供电能的所有电池的开山鼻祖----原电池。 【板书】（1）原电池概念：学能转化为电能的装置叫做原电池。 问：在原电池装置中只能发生怎样的化学变化？ 学生： Zn+2H+=Zn2++H2↑ 讲：为什么会产生电流呢？ 答：其实锌和稀硫酸反应是氧化还原反应，有电子的转移，但氧化剂和还原剂热运动相遇发生有效碰撞电子转移时，由于分子热运动无一定的方向，因此电子转移不会形成电流，而通常以热能的形式表现出来，激烈的时候还伴随有光、声等其他的形式的能量。显然从理论上讲，一个能自发进行的氧化还原反应，若能设法使氧化与还原分开进行，让电子的不规则转移变成定向移动，便能形成电流。所以原电池的实质就是将氧化还原的电子转移变成电子的定向移动形成电流。 （2）实质：将一定的氧化还原反应的电子转移变成电子的定向移动。即将化学能转化成电能的形式释放。 问：那么这个过程是怎样实现的呢？我们来看原电池原理的工作原理。 （3）原理：（负氧正还） 问：在锌铜原电池中哪种物质失电子？哪种物质得到电子？ 学生：活泼金属锌失电子，氢离子得到电子 问：导线上有电流产生，即有电子的定向移动，那么电子从锌流向铜，还是铜流向锌？ 学生：锌流向铜 讲：当铜上有电子富集时，又是谁得到了电子？ 学生：溶液中的氢离子
实验五氧化还原反应与电极电势 一、实验目的 1、掌握电极电势对氧化还原反应的影响。 2、定性观察浓度、酸度对电极电势的影响。 3、定性观察浓度、酸度、温度、催化剂对氧化还原反应的方向、产物、速度的影响。 4、通过实验了解原电池的装置。 二、实验原理 氧化剂和还原剂的氧化、还原能力强弱，可根据她们的电极电势的相对大小来衡量。电极电势的值越大，则氧化态的氧化能力越强，其氧化态物质是较强氧化剂。电极电势的值越小，则还原态的还原能力越强，其还原态物质是较强还原剂。只有较强的氧化剂才能和较强还原剂反应。即φ氧化剂-φ还原剂﹥0时，氧化还原反应可以正方向进行。故根据电极电势可以判断氧化还原反应的方向。 利用氧化还原反应而产生电流的装置，称原电池。原电池的电动势等于正、负两极的电极电势之差：E = φ正-φ负。根据能斯特方程： 其中[氧化型]/[还原型]表示氧化态一边各物质浓度幂次方的乘积与还原态一边各物质浓度幂次方乘积之比。所以氧化型或还原型的浓度、酸度改变时，则电极电势φ值必定发生改变，从而引起电动势E将发生改变。准确测定电动势是用对消法在电位计上进行的。本实验只是为了定性进行比较，所以采用伏特计。浓度及酸度对电极电势的影响，可能导致氧化还原反应方向的改变，也可以影响氧化还原反应的产物。 三、仪器和药品 仪器：试管，烧杯，伏特计，表面皿，U形管 药品：2 mol·L-1 HCl，浓HNO3， 1mol·L-1 HNO3，3mol·L-1HAc，1mol·L-1 H2SO4，3mol·L-1 H2SO4，0.1mol·L-1 H2C2O4，浓NH3·H2O（2mol·L-1），6mol·L- 1NaOH，40%NaOH。 1mol·L-1 ZnSO4，1mol·L-1 CuSO4，0.1mol·L-1KI，0.1mol·L-
电化学基础习题解答 第四章P63 1．将甘汞电极与另一电极（在电极上析出氢气）组成电解池。电解液是pH 为7的饱和KCl 溶液。在25℃时，以一定大小的电流通过电解池，测得两极间电压为 1.25V 。若认为甘汞电极是不极化的，求此条件下阴极的过电位（假定溶液的欧姆电位降可略去不计）。 解：-+-=??E V 0085.125.12415.0-=-=-=+-E ?? 22 1 H e H = +-+ [] () V 4141.0705916.01ln 0-=-?=??? ? ??- =+-H nF RT ?? ()V 5944.04141.00085.1-=---=?Δ 2． 用Pb 电极来电解0.1mH 2SO 4（265.0=±γ），若在电解过程中，把Pb 阴极与 另一当量甘汞电极相连接时，测得电动势为E=1.0685V 。试求H 2在Pb 极上的过电位。 解：E -=+-??﹦ 0.2802－1.0685 ﹦ －0.7883V 22 1 H e H = +-+ [] ??? ? ??- =+-H nF RT 1ln 0??=0.05916lg(0.2×0.265)=-0.07547V V 7883.0=?Δ－0.07552V=0.7128V 第五章P73 1． 试证明对于反应R ne vO =+-扩散电流密度为 dx dC D v nF i 00= 证明： O 在x 方向上的扩散传递速度dx dC D V x 0 0-=，对于反应 R ne vO =+- 若以阴极反应电流为正，则()?? ? ????? ??=-??? ??=dx dC D F v n V F v n i x 00
3 氧化还原与电化学 一、实验目的 1.了解原电池的组成及其电动势的粗略测定； 2.认识浓度、介质的酸碱性对氧化还原的影响； 3．认识一些中间价态物质的氧化还原性； 4.了解电化学腐蚀的基本原理及其防止的方法。 二、实验原理 1.原电池组成和电动势 利用氧化还原反应产生电流的装置叫做原电池。 原电池负极氧化反应 正极还原反应 正负极间必须用盐桥连接。 原电池电动势应为 2.浓度、介质对电极电势和氧化还原反应的影响 （1）浓度对电极电势的影响 例如： （2）介质的酸碱性对电极电势的影响 例如： (a) 2Zn e -2Zn +=22Cu e Cu ++=E E ??=正 - 负 22Zn e Zn +-=2220.059 Zn /Zn Zn /Zn lgc(Zn )2+θ++?=?+ 32C 1O 6H 6e C 13H O -+- +++? 1.45V θ?=3 3 63 C1O /C1C1O /C1[c(C1O )/c ][c(H )/c ]0.0591g 6[c(C1)/c ] - - -- - +-=+θθθ ??
(b) (c) (d) 3．物质的氧化还原性 例如 4.电化学腐蚀及其防止 吸氧腐蚀阳极 阴极 差异充气腐蚀 表面处高大，为阴极； 深处低，小，为阳极。 防腐蚀可用牺牲阳极法、外加电流法、缓蚀剂法。乌洛托品（六次甲基四胺）可作钢铁在酸性介质中的缓蚀剂。 三、仪器和药品 1.仪器 直流伏特计（0~3 V ）（公用）盐桥（公用）① 242MnO 8H 5e Mn 4H O -++ +++?22448 42MnO /Mn MnO /Mn [c(MnO )/c ][c(H )/c ]0.0591g 5[c(Mn )/c ] -+-+ -θ+θθ +θ?=? +422MnO 2H O 3e MnO (s)4OH -- +++?MnO /MnO 4 2 4 2 44 MnO /MnO [c(MnO )/c ]0.0591g 3[c(OH )/c ]---θ θ -θ?=?+()244MnO e MnO --????→+←????强碱介质224 444 42MnO /MnO MnO /MnO 4[c(MnO )/c ]0.0591g [c(MnO )/c ] -----θ θ -θ?? +?2242PbS 4H O HAcPbSO ()4H O +↓+白色2422222MnO 6H 5H O 2Mn 5O 8H O -++ ++=++2Fe Fe 2e + =+22O 2H O 4e 4OH - ++=22 2O 4 O /OH O /OH p /p 0.059 1g 4[c(OH )/c ]- - θθ -θ?=? +2 O p 2 /O OH ?- 2 O p 2 /O OH ?-
第五章氧化还原反应与电化学 教学容 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。 教学要求 了解氧化数的概念及确定方法；掌握原电池的组成、结构、符号表示、电极反应及电池反应的表示方法；了解电极电势的产生原因和测求方法；掌握浓度对电极电势的影响及Nernst方程的有关计算；了解电解池的结构特点；理解理论分解电压、实际分解电压的概念及产生原因；了解电解的应用；熟悉金属电化学腐蚀的产生原因及析氢腐蚀、吸氧腐蚀的主要特点；了解电化学腐蚀的主要防护方法。 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，Cu2+/Cu、Zn2+/Zn、 Fe3+/Fe2+、Fe2+/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–→2Fe2+（aq）
第十一章氧化还原平衡与氧化还原滴定法 一、选择题 1．在一个氧化还原反应中，如果两个电对的电极电势值相差越大，则下列描述该氧化还原反应中正确的是（） A．反应速度越大 B．反应速度越小 C．反应能自发进行 D．反应不能自发进行 2．在电极反应S 2O32－＋2e SO42－中，下列叙述正确的是（） A．S2O32－是正极，SO42－是负极 B．S2O32－被氧化，SO42－被还原 C．S2O32－是氧化剂，SO42－是还原剂 D．S2O32－是氧化型，SO42－是还原型 3．将反应：Fe2++ Ag+ = Fe3+ + Ag组成原电池，下列表示符号正确的是（） A．Pt|Fe2+，Fe3+||Ag+|Ag B．Cu|Fe2+，Fe3+||Ag+|Fe C．Ag|Fe2+，Fe3+||Ag+|Ag D．Pt|Fe2+，Fe3+||Ag+|Cu 4．有一原电池：Pt|Fe2+，Fe3+||Ce4+，Ce3+|Pt，则该电池的反应是（） A．Ce3+＋ Fe3+ Fe2+＋Ce4+ B．Ce4+ ＋ e Ce3+ C．Fe2+ ＋Ce4+ Ce3+＋ Fe3+ D．Ce3+＋ Fe2+ Fe ＋Ce4+ 5．在2KMnO 4 + 16HCl 5Cl2 + 2MnCl2 + 2KCl +8H2O的反应中，还原产物是下面的哪一种（）。 A．Cl2 B．H2O C．KCl D．MnCl2 6．Na2S2O3与I2的反应，应在下列哪一种溶液中进行（） A．强酸性 B．强碱性 C．中性或弱酸性 D．12mol·L-1 HCl中 7．在S4O62－离子中S的氧化数是( ) A．2 B．2.5 C．+2.5 D．+4 8．间接碘量法中，应选择的指示剂和加入时间是（） A．I2液（滴定开始前） B．I2液（近终点时） C．淀粉溶液（滴定开始前） D．淀粉溶液（近终点时） 9．用Na2C2O4标定KMnO4溶液浓度时，指示剂是（） A．Na2C2O4溶液 B．KMnO4溶液 C． I2液 D．淀粉溶液 10．用K2Cr2O7标定Na2S2O3溶液的浓度，滴定方式采用（） A．直接滴定法 B．间接滴定法 C．返滴定法 D．永停滴定法
第八章氧化还原反应 8.1 基本概念 8.1.1 氧化数 一、定义 1970年，国际纯化学和应用化学联合会对氧化数的明确定义：“某元素一个原子的荷电数。这种荷电数的计算是假设每个键中的电子指定给电负性更大的原子而求得”。例HCl, H2O 二、氧化数的确定 1．离子型化合物：氧化数＝“离子电荷” 2．共价化合物：氧化数＝“形式电荷数” 3．规定：(1)单质中，元素氧化数＝0。(2)氧化物中O(-Ⅱ)； 过氧化物中O(-Ⅰ)；OF2中O(+Ⅱ)。(3)一般H (+Ⅰ)，活泼 金属氢化物中H(-Ⅰ)。 4．结构未知的化合物中，按下法计算： 分子或离子的总电荷数＝各元素氧化数的代数和。 分子的总电荷数＝0 K2Cr2O7----Cr(+6)，Fe3O4----Fe(+8/3)，Na2S2O3----S(+2)，C2H2----C(-1) 氧化数是按一定规则指定的形式电荷的数值，可以是正、负数；可以是整数、分数或零。 8.1.2 氧化和还原的定义 一、基本概念
氧化还原反应：有氧化数发生变化的反应。 非氧化还原反应：没有发生氧化数变化的反应。 Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu 氧化还原反应的实质是元素原子间形式电荷发生偏移(或原子得失电子)，元素氧化数发生改变。在氧化还原反应中如果物质中某元素原子： 氧化数物质反应过程中反应类型 降低氧化剂被还原还原反应 升高还原剂被氧化氧化反应 氧化剂、还原剂为具体的物质，而氧化还原是指反应过程，它们都通过氧化数的改变来认定。在氧化还原反应中，氧化和还原是同时发生的。 二、氧化还原反应的类型 (1) 一般氧化还原反应 2KMnO4 + 5K2SO3+ 3H2SO4(稀)＝2MnSO4 + 6K2SO4+ 3H2O (2) 自身氧化—还原反应 2NaNO3 2NaNO2 +O2↑ 一个化合物中的不同元素的氧化数既有升高的又有降低 (3) 歧化反应 3I2 + 6NaOH NaIO3 + 5NaI + 3H2O 若一种物质，同一元素的氧化数既有升高又有降低的反应 8.2氧化还原方程式的配平 注意两点：(1)氧化数守恒----氧化数变化相等。(2)原子守恒----
第九章电化学基础 第28讲原电池 一、选择题 1.用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂—KNO3的U 形管)构成—个原电池(如图)。以下有关该原电池的叙述正确的是() ①在外电路中，电流由铜电极流向银电极 ②正极反应为：Ag＋＋e－===Ag ③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作 ④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同 A．①②B．②③ C．②④D．③④ 2.有关下图所示原电池的叙述不正确的是() A．电子沿导线由Cu片流向Ag片 B．正极的电极反应是Ag＋＋e－===Ag C．Cu片上发生氧化反应，Ag片上发生还原反应 D．用该电池电解饱和食盐水，3.2 g Cu溶解时生成1.12 L Cl2 3.小明利用家中废旧材料制作了一个可使玩具扬声器发出声音的电池，装置如图。下列有关该电池工作时的说法错误的是() A．铝罐将逐渐被腐蚀 B．电子流向为铝质汽水罐→导线→扬声器→导线→炭棒 C．食盐水中的Na＋向炭棒移动 D．炭棒上发生的反应为：2H＋＋2e－===H2↑ 4.下列反应不可用于设计原电池的是() A．Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑ B．2CH3OH＋3O2―→2CO2＋4H2O C．NaOH＋HCl===NaCl＋H2O D．4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3 5.原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中
不正确的是( ) A ．由Al 、Cu 、稀H 2SO 4组成原电池，其负极反应式为：Al －3e －===Al 3＋ B ．由Mg 、Al 、NaOH 溶液组成原电池，其负极反应式为：Al －3e －＋4OH －===AlO －2＋ 2H 2O C ．由Fe 、Cu 、FeCl 3溶液组成原电池，其负极反应式为：Cu －2e －===Cu 2＋ D ．由Al 、Cu 、浓硝酸组成原电池，其负极反应式为：Cu －2e －===Cu 2＋ 6.(2013辽宁铁岭一中期中卷)某原电池装置如图所示。下列有关叙述正确的是( ) A ．Fe 作正极，发生氧化反应 B ．负极反应： 2H ＋＋2e －===H 2↑ C ．工作一段时间后，NaCl 溶液中c (Cl －)增大 D ．工作一段时间后，两烧杯中溶液pH 均不变 7.(2012·安徽)某兴趣小组设计如下微型实验装置。实验时，先断开K 2，闭合K 1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K 1，闭合K 2，发现电流表A 指针偏转。 下列有关描述正确的是( ) A ．断开K 2，闭合K 1时，总反应的离子方程式为：2H ＋＋2Cl －=====通电 Cl 2↑＋H 2↑ B ．断开K 2，闭合K 1时，石墨电极附近溶液变红 C ．断开K 1，闭合K 2时，铜电极上的电极反应为：Cl 2＋2e －===2Cl － D ．断开K 1，闭合K 2时，石墨电极作正极 二、非选择题 8.在由铜片、锌片和200 mL 一定浓度的稀硫酸组成的原电池中，若锌片只发生电化学腐蚀，当在铜片上放出3.36 L(标准状况)的H 2时，硫酸恰好用完，请填空： (1)正极的电极反应式为________________________________________________________________________； 负极的电极反应式为________________________________________________________________________； (2)通过导线的电子的物质的量为 0.3 mol ； (3)原稀硫酸的物质的量浓度为 0.75 mol/L 。 9.有甲、乙两位同学均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，两人均使用镁片与铝片作电极，但甲同学将电极放入6 mol/L H 2SO 4溶液中，乙同学将电极放入6 mol/L 的NaOH 溶液中，如图所示。请回答：
实验六氧化还原反应与电极电势 一、实验目的 1.熟悉电极电势与氧化还原反应的关系。 2.了解浓度、酸度、温度对氧化还原反应的影响。 3.了解原电池的装置和原理。 二、实验原理 氧化还原反应的实质是物质间电子的转移或电子对的偏移。氧化剂、还原剂得失电子能力的大小，即氧化还原能力的强弱，可根据它们相应电对的电极电势的相对大小来衡量。电极电势的数值越大，则氧化态的氧化能力越强，其氧化态物质是较强的氧化剂。电极电势的数值越小，则还原态的还原能力越强，其还原态物质是较强的还原剂。只有较强的氧化剂和较强的还原剂之间才能够发生反应，生成较弱的氧化剂和较弱的还原剂，故根据电极电势可以判断反应的方向。 利用氧化还原反应产生电流的装置称原电池。原电池的电动势E池= φ+-φ-，根据能斯特方程，当氧化型或还原型物质的浓度、酸度改变时，电极电势的数值会随之发生改变。本实验利用伏特计测定原电池的电动势来定性比较浓度、酸度等因素对电极电势及氧化还原反应的影响。 三、仪器和试药 仪器：试管、烧杯、表面皿、培养皿、U形管、伏特计、水浴锅、导线、砂纸、鳄鱼夹。 试药：HCl (2mol·L-1)、HNO3 (1mol·L-1, 浓)、H2SO4 (1, 3mol·L-1)、HAc (3mol·L-1)、H2C2O4 (0.1mol·L-1)、NH3·H2O (浓)、NaOH (6 mol·L-1, 40%)、ZnSO4 (1mol·L-1)、CuSO4 (1mol·L-1)、KI (0.1mol·L-1)、KBr (0.1mol·L-1)、AgNO3 (0.1, 0.5mol·L-1)、FeCl3 (0.1mol·L-1)、Fe2(SO4)3 (0.1mol·L-1)、FeSO4(0.4,1mol·L-1)、K2Cr2O7(0.4mol·L-1)、KMnO4(0.001mol·L-1)、Na2SO3 (0.1mol·L-1)、Na3AsO3 (0.1mol·L-1)、MnSO4 (0.1mol·L-1)、KSCN (0.1mol·L-1)、溴水(Br2)、碘水(I2)、CCl4、NH4F (1mol·L-1、固体)、KCl(饱和溶液)、SnCl2 (0.5mol·L-1)、CuCl2 (0.5mol·L-1)、(NH4)2C2O4(饱和溶液)、锌粒、小锌片、小铜片、琼脂、电极(锌片、铜片、铁片、碳棒)、红色石蕊试纸。 四、实验内容 1.电极电势和氧化还原反应 (1)向试管中加入10滴0.1mol·L-1的KI溶液和2滴0.1mol·L-1的FeCl3溶液后，摇匀，再加入10滴CCl4溶液充分振荡，观察CCl4层颜色的变化，解释原因并写出相应的反应方程式。 (2)用0.1mol·L-1KBr代替KI溶液进行同样实验，观察CCl4层颜色的变化。 (3)用溴水(Br2) 代替FeCl3溶液与0.1mol·L-1的KI溶液作用，又有何现象？ 根据实验结果比较Br2/ Br-、I2/ I-、Fe3+/Fe2+三个电对的电极电势相对大小，指出最强的氧化剂和还原剂，并说明电极电势和氧化还原反应的关系。 2.浓度对电极电势的影响 (1)在两只50mL烧杯中，分别加入25mL 1mol·L-1的ZnSO4溶液和25mL 1mol·L-1的CuSO4溶液，在ZnSO4溶液中插入仔细打磨过的Zn片，在CuSO4溶液中插入仔细打磨过的Cu片，用导线将Cu片、Zn片分别与伏特计的正负极相连，两个烧杯溶液间用KCl盐桥连接好，测量电池电动势。
实验七 氧化还原反应与电化学 一．实验目的 1. 了解测定电极电势的原理及方法 2. 掌握用酸度计测定原电池电动势的方法 3. 了解原电池、电解池的装置及作用原理 二．实验原理 1．电极电势的测定 E (Zn 2+/Zn)电极电位的测定 (-) Zn ?ZnSO 4(0.10mol·dm -3)??KCl(饱和)?Hg 2Cl 2,Hg (Pt) (+) 测测甘汞E E E E E E E E -=-=-=-=+++-+V 2415.0)/Zn Zn () /Zn Zn (V 2415.0)/Zn Zn ()(222 ()()() ++++ =22O 2Zn lg 216059.0Zn Zn Zn Zn c E E 理论 2.浓度对电极电势的影响 对于任意一个电极反应 氧化型物质 + z e - 还原型物质 )()(lg 05916.0)O/R ()O/R (还原态氧化态c c z E E += c (氧化态)增大或c (还原态)减小，E (O/R)变大；c (氧化态) 减小或c (还原态)增大，E (O/R) 减小。对比下面三个原电池 （1）(-) Zn ?ZnSO 4(0.10mol·dm -3) ║ CuSO 4(0.10mol·dm -3)?Cu (+) （2）(-) Zn ?ZnSO 4(0.10mol·dm -3) ║ [Cu(NH 3)4]2+, NH 3·H 2O ?Cu (+) （3）(-) Zn ?[Zn(NH 3)4]2+, NH 3·H 2O ║ CuSO 4(0.10mol·dm -3)?Cu (+) 电池（2）中正极的氧化态生成配离子使c (氧化态)变小，则正极的电极电势变小；（3）中负极的氧化态生成配离子使c (氧化态)变小，则负极的电极电势变小，故电动势 E 3 >E 1 >E 2。 3．酸度对电极电势的影响 含氧酸盐的氧化性随介质溶液的酸度的增加而增强，如 O H 7Cr 2 e 6H 14O Cr 23272+=+++-+- ) Cr ()H ()O Cr (lg 605916.0)/Cr O Cr ()/Cr O Cr (321427232723272++-+-+-?+=c c c E E
第十四讲氧化还原反应及电化学 【例题解析】 【例1】(2005年江苏省化学竞赛夏令营选拔赛试题)铝是一种重要的金属材料，广泛用于制作导线、结构材料和日用器皿，铝合金大量用于飞机和其它构件的制造。十九世纪曾以电解熔融氧化铝的方法制备金属铝，当时铝由于价格昂贵而只被贵族用作装饰品。现代工业上是通过在1000℃左右的高温下电解氧化铝和冰晶石(Na3AlF6)的熔融液制备铝的。请回答下列问题： (1) 现代工业电解制备铝过程中正极和负极实际发生的反应分别为：在正极放电产生；在负极放电产生。 (2) 电解反应方程式为。 (3) 以现代工业方法制备的铝价格下降的可能原因是：。 (4) 若电流效率为75％，则制备1kg金属铝需以10A电流电解小时。 (5) 电解NaCl－AlCl3熔融液制备铝比电解Al2O3－Na3AlF6的熔融液制备铝节省电能约30％，为什么现在仍用后一种方法制备铝? 。 【解析】 (1) O2－3+ (2) O O Al 2 (3) 纯氧化铝熔点很高(＞2000℃)，加入Na3AlF6后由于形成共熔体使其熔点大大降低，从而使制备铝成本降低 (4) 397 (5) 由于AlCl3没有天然矿藏，制备AlCl3所需氯气仍需电解制得，电能没有省下。 【例2】(2006年江苏省化学竞赛夏令营选拔赛试题)锂离子电池、金属氢化物-镍电池(MH-Ni)、无水碱性锌-锰电池、燃料电池、太阳能电池等是21世纪理想的绿色环保电源。其中液态锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正负电极的二次电池。正极采用锂化合物LiCoO2、LiNiO2或LiMn2O4，负极采用碳电极，充电后成为锂-碳层间化合物Li x C6(0 第六章 氧化─还原反应和电化学 Chapt e r 6 Oxidation-Reduction Reactions & Electrochemistry 本章研究另一类化学反应──氧化─ 还原反应（有电子转移的反应） §6-1 氧化─ 还原反应 Oxidation —Reduction Reactions 一、氧化数（Oxidation Number ） 1．氧化数是一个经验值，是一个人为的概念。 2．引入此概念，有以下几方面的应用： (1) 判断是否发生氧化──氧化数升高、氧化反应、还原剂 reducing agent ( reductant )；氧化数降低、还原反应、氧化剂 oxidizing agent ( oxidant )。 (2) 计算氧化──还原当量 (3) 配平氧化──还原反应方程式 (4) 分类化合物，如Fe ( Ⅲ )、Fe (Ⅱ)；Cu (Ⅰ)、Cu (Ⅱ)。 引入氧化数，可以在不用详细研究化合物的结构和反应机理的情况下，实现上述四点。 3．怎样确定氧化数 (1) 在离子化合物中，元素的氧化数等于离子的正、负电荷数。 (2) 在共价化合物中，元素的氧化数为两个原子之间共用电子对的偏移数。 a ．在非极性键共价分子（单质）中，元素的氧化数为零，如P 4、S 8、Cl 2中P 、S 、Cl 的氧化数都为零； b ．在极性键共价分子中，元素的氧化数等于原子间共用电子对的偏移数，例如： 11H :F +-，1 1 11(-2) H :O :H +--+，11 0011(1) H :O :O:H +--+-，11 +11 (0) H ::F O +--。 (3) 具体规定： a ．单质的氧化数为零，例如P 4、S 8中P 、S 的氧化数都为零，因为P －P 和 S －S 键中共用电子对没有偏移； b ．除了在NaH 、CaH 2、NaBH 4、LiAlH 4中氢的氧化数为-1以外，氢的氧 化数为+1； c ．所有氟化物中，氟的氧化数为-1； d ．氧的氧化数一般为-2，但有许多例外，例如2O (1/2)--、22O (1)- -、3O (1/3)--、 21/2O ()++、2OF 2)(+等； 目前元素的最高氧化数达到+8，在OsO 4、RuO 4中，Os 和Ru 的氧化数均 为+8，其它元素的最高氧化数至多达到其主、副族数。例如：Na 2Cr 2O 12和CrO 5 中，Cr 的氧化数为+6，因为这些化合物中有22O - （O 的氧化数为-1）存在； 第7章氧化还原反应电化学基础 一、单选题 1. 下列电对中，Eθ值最小的是： A: Ag+/Ag；B: AgCl/Ag；C: AgBr/Ag；D: AgI/Ag 2. Eθ(Cu2+/Cu+)=0.158V，Eθ(Cu+/Cu)=0.522V，则反应2 Cu+Cu2+ + Cu的Kθ为： A: 6.93×10-7；B: 1.98×1012；C: 1.4×106； D: 4.8×10-13 3. 已知Eθ（Cl2/ Cl-）= +1.36V，在下列电极反应中标准电极电势为+1.36V 的电极反应是： A: Cl2+2e- = 2Cl- B: 2 Cl- - 2e- = Cl2 C: 1/2 Cl2+e- = Cl- D: 都是 4. 下列都是常见的氧化剂，其中氧化能力与溶液pH 值的大小无关的是： A: K2Cr2O7 B: PbO2 C: O2 D: FeCl3 5. 下列电极反应中，有关离子浓度减小时，电极电势增大的是： A: Sn4+ + 2e- = Sn2+B: Cl2+2e- = 2Cl- C: Fe - 2e- = Fe2+ D: 2H+ + 2e- = H2 6. 为防止配制的SnCl2 溶液中Sn2+被完全氧化，最好的方法是： A: 加入Sn 粒B:. 加Fe 屑 C: 通入H2D: 均可 7. 反应Zn (s) + 2H+→Zn 2++ H2 (g)的平衡常数是多少？ A: 2×10-33 B: 1×10-13 C: 7×10-12 D: 5×10 26 二、是非题（判断下列各项叙述是否正确，对的在括号中填“√”，错的填“×”） 1. 在氧化还原反应中，如果两个电对的电极电势相差越大，反应就进行得越快2．由于Eθ（Cu+/Cu）= +0.52V , Eθ（I2/ I-）= +0.536V , 故Cu+ 和I2不能发生氧化还原反应。 3．氢的电极电势是零。 4．计算在非标准状态下进行氧化还原反应的平衡常数，必须先算出非标准电动势。 5．FeCl3，KMnO4和H2O2是常见的氧化剂，当溶液中[H+]增大时，它们的氧化能力 都增加。 第十一章氧化还原反应 §本章摘要§1.原电池 原电池电极电势和电动势 2.氧化还原反应方程式的配平 电极反应式的配平氧化还原方程式的配平 3.电池反应的热力学 电动势和电池反应的关系电动势和电池反应的关系浓度对 E 和的影响(Nernst 方程)水溶液中离子的热力学函数 4.化学电源 化学电源 5.分解电压和超电压 分解电压和超电压 6.和电极电势有关的图示 电势- pH 图元素电势图自由能- 氧化数图 1 4 1 的 (1) 片上，进入溶随着上述过程的进行，左池中过剩，显正电性，阻 －+ 2 e 过剩， 阻碍电子从左向右移动，阻碍反应+ 2 e - Cu 不能持续 (2) 的溶液中，构成锌电极。这 接触时，有两种过程可能发生： Zn ----+ 2 e + 2 e --- Zn - 电极来说，一般认为是锌片上留下负电荷而进入溶液。和 Zn - 电极的电极电势。 溶液均处于标准态时，这个 表 表示。电极电势 至此，我们定义了电极电势和，电池的电和电池的电动势可以测得，这将在物理 值的测定中仍有一些值必须组成一个电路， 值的参比电极。测出由待测电极和参比电极组成的原电池的电动势E, 值，就可以计算出待测电极的电极电 (1 ) 1.013Pa 原电池的电动势 表示电极中极板与溶液之间的 动势为电池的标准电动势， 大的电极为正极，故电 所以，电池反应 ] = 1 。 [ KCl ] = 1。其 而求得。 , 离子共存的溶液中， 物质。如, 值增大的顺序从上到下排列。 -即得，正极的电极反应减去负极的电极反应即原电池的电池反应。在电池反应中，正极的 反应减去负极的电极反应即原电池的电池反应： 正极的氧化型 是氧化剂，它被还原成其还原型 其氧化型 。 值越大表示氧化型物质越容易被还原。这种电极电势被称为‘还原电势’ 第十一章 氧化还原反应 §本章摘要§ 1.原电池 原电池 电极电势和电动势 2.氧化还原反应方程式的配平 电极反应式的配平 氧化还原方程式的配平 3.电池反应的热力学 电动势 和电池反应的关系 电动势和电池反应的关系 浓度对 E 和 的影响 (Nernst 方程) 水溶液中离子的热力学函数 4.化学电源 化学电源 5.分解电压和超电压 分解电压和超电压 6.和电极电势有关的图示 电势 - pH 图 元素电势图 自由能 - 氧化数图 第11章电化学基础 11-1：(a) SiO2(s) + Al(s)—→Si(s) + Al2O3(s)； (b) I2(s) + H2S(aq)—→I-(aq) + S(s) + H3O+(aq)； (c) H2O2(aq) + I-(aq) + H3O+(aq)—→I2(s) + H2O(l)； (d) H2S(g) + O2(g)—→SO2(g) + H2O(g)； (e) NH3(g) + O2(g)—→NO2(g) + H2O(g)； (f) SO2(g) + H2S(g)—→S8(s) + H2O(g)； (g) HNO3(aq) + Cu(s)—→Cu(NO3)2(aq) + NO(g ) + H2O(l)； (h) Ca3(PO4)2(s) + C(s) + SiO2(s)—→CaSiO3(l) + P4(g) + CO(g)； (i) KClO3(s)—→KClO4(s) + KCl(s)（提示：歧化反应可方便地从反方向进行配平）答：（a）3SiO2(s) + 4Al(s) = 3Si(s) + 2Al2O3(s)； （b）I2(s) + H2S(aq) + 2H2O = 2I-(aq) + S(s) + 2H3O+(aq)； （c）H2O2(aq) + 2I-(aq) + 2H3O+(aq) = I2(s) + 4H2O(l)； （d）2H2S(g) + 3O2(g) = 2SO2(g) + 2H2O(g)； （e）4NH3(g) + 7O2(g) = 4NO2(g) + 6H2O(g)； （f）8SO2(g) + 16H2S(g) = 3S8(s) + 16H2O(g)； （g）8HNO3(aq) + 3Cu(s) = 3Cu(NO3)2(aq) + 2NO(g) + 4H2O(l)； （h）2Ca3(PO4)2(s) + 10C(s) + 6SiO2(s) = 6CaSiO3(l) + P4(g) + 10CO(g)； （i）4KClO3(s) = 3KClO4(s) + KCl(s) 11-2：用半反应法配平下列反应方程式。给出的方程式中未示出H+，OH-或H2O，你应该会用加进H2O 和它的两个组成离子的方法配平这些方程 (a) ClO- + I2—→Cl- + IO3-； (b)Mn(OH)2(s) + H2O2(aq)—→MnO2(s)； 答：（a）5ClO-(aq) + I2(s) + H2O(l) = 5Cl-(aq) + 2IO-3 (aq) + 2H+(aq)； （b）Mn(OH)2(s) + H2O2(aq) = MnO2(s) + 2H2O(l)； 11-3：用半反应法（离子-电子法）配平下列方程式： （1）K2Cr2O7＋H2S＋H2SO4→K2SO4＋Cr2(SO4)3＋S＋H2O （2）MnO42-＋H2O2→O2＋Mn2-(酸性溶液) （3）Zn＋NO3-＋OH-→NH3＋Zn(OH)4- （4）Cr(OH) 42-＋H2O2→CrO 42- （5）Hg＋NO3-＋H+→Hg22+＋NO 实验17 氧化还原反应和电化学 一、实验目的 1．了解电极电势与氧化还原反应的关系； 2．试验并掌握浓度和酸度对电极电势的影响。 二、实验原理 原电池是将化学能转变为电能的装置。原电池的电动势可以表示为正极和负极电极电势之差： ε＝ E (+)－E (-) 电动势可以用万用电表测量。 氧化剂和还原剂的强弱，可用电对电极电势的大小来衡量。一个电对的标准电极电势E o 值越大，其氧化型的氧化能力就越强，而还原型的还原能力就越弱；若E o 值越小，其氧化型氧化能力越弱，而还原型还原能力越强。根据标准电极电势值可以判断反应进行的方向。在标准状态下反应能够进行的条件是： εo ＝ E o (+)－E o (-) ＞ 0 例如，E o (Fe 3+/ Fe 2+) ＝ 0.771 V ，E o (I 2/ I -) ＝ 0.535 V ，E o (Br 2/ Br -) ＝ 1.08 V 则在标准状态下，电对Fe 3+/ Fe 2+的氧化型Fe 3+可以氧化电对I 2/ I -的还原型I -，反应式如下： 2Fe 3+ + 2I - ══ 2Fe 2+ + I 2 而反应电对Fe 3+/ Fe 2+的氧化型Fe 3+可以氧化电对Br 2/Br -的还原型Br -，相反的反应则可以 进行： Br 2 + 2Fe 2+ ══ 2Br - + 2Fe 3+ 当然，多数反应都是在非标准状态下进的，这时需要考虑浓度对电极电势的影响，这种影响可用能斯特（Nernst ）方程来表示： 0.059 [] lg []E E n =+ 氧化型还原型 从能斯特方程可以看出，改变电对氧化型、还原型的浓度，将使电极电势值发生相应程度的变化。由于酸碱平衡、沉淀溶解平衡和配位离解平衡能够改变氧化型或还原型浓度，从而影响电对电极电势的大小，它们对于氧化还原反应都有影响；有时影响显著，甚至可能改变反应进行的方向。 三、实验用品 万用电表、导线、Cu 片、Zn 片、铁电极、碳电极 KI （0.1 mol·L -1）、KBr （0.1 mol·L -1）、Na 2SO 3（0.1 mol·L -1）、FeCl 3（0.1 mol·L -1）、Fe 2(SO 4)3（0.1 mol·L -1）、FeSO 4（0.1 mol·L -1）、NaCl （6 mol·L -1）、KMnO 4（0.01 mol·L -1、0.2 mol·L -1）、Na 2SO 4（1 mol·L -1）、NaHSO 3（1 mol·L -1）、CuSO 4（1 mol·L -1）、ZnSO 4（1 mol·L -1）、H 2SO 4（1 mol·L -1、3 mol·L -1、6 mol·L -1）、HCl （6 mol·L -1）、HAc （6 mol·L -1）、NaOH （6 mol·L -1）、K 2Cr 2O 7（0.4 mol·L -1）、浓NH 3·H 2O （AR ）、NH 4F （10%）、CCl 4、 氯水、溴水、碘水、MnSO 4（0.2 mol·L -1）、H 2C 2O 4（0.2 mol·L -1）、浓HNO 3（AR ）、HNO 3 （0.5 mol·L -1）、奈斯勒试剂、硫酸亚铁铵（AR ） 四、实验内容 （一）电极电势与氧化还原反应的方向 1．向试管中加入几滴0.1 mol·L -1 KI 溶液和少量CCl 4，边滴加0.1 mol·L -1 FeCl 3溶液边振摇试管，观察CCl 4层的颜色变化，写出反应方程式。 以KBr 代替KI 重复进行实验，结果如何？ 2．向试管中滴加几滴Br 2水和少量CCl 4，摇动试管，观察CCl 4层的颜色。再加入约0.5 g 硫酸亚铁铵固体，充分反应后观察CCl 4层颜色有无变化？ 以I 2水代替Br 2水重复进行实验。CCl 4层颜色有无变化？写出反应方程式。 3．在试管中加入几滴KBr 溶液和少量CCl 4，滴加氯水，充分振摇试管，观察CCl 4层的颜色变化。 第一章氧化—还原反应·电化学 1. 已知X的氧化数为+1; +2; +3; +4; +5; +3/4。试写出X在这些氧化数下的氧化物分子式。 2. 写出下列分子或离子中，硫的氧化数： S22－，HSO4－，S2O32－，SO3，H2S，S4O62－，SO2，S8。 3. 写出下列分子或离子中，锰的氧化数： MnF2，K4Mn(CN)6, K2MnO4, Mn2(CO)10, MnO4-, MnO2, Mn2O7, Mn(CO)5I。 4. 写出下列各分子或离子中，P的氧化数： H3PO4，P4O6，P4O10，P4，P2H4，H3PO3，HPO42－，HPO3，PH4+。 5. 用氧化数法配平下列反应方程式： (1) H2S + SO2→S + H2O (2) NH3 + NO →N2 + H2O (3) CuS + HNO3→Cu(NO3)2 + S + NO + H2O (4) CuFeS2 + SO2 + HCl →CuCl2 + FeCl2 + S + H2O (5) Zn + AgO + H2O →Zn(OH)2 + Ag2O (6) I2 + Cl2 + H2O →HIO3 + HCl (7) BaO2 + HCl →BaCl2 + H2O + Cl2 (8) K2Cr2O7 + FeSO4 + H2SO4→Cr2(SO4)2 + Fe2(SO4)3 + K2SO4 + H2O (9) KClO3→KClO4 + KCl (10) As2S3 + HNO3 + H2O →H3AsO4 + H2SO4 + NO 6. 用氧化数法配平： (1) K2CrO4 + S →Cr2O3 + K2SO4 + K2O (2) KMnO4 + C12H22O11→CO2 + MnO2 + H2O + K2CO3 (3) HCNS + KClO3→CO2 + NO + SO2 + KCl + H2O (4) C3H8 + O2→CO2 + H2O (5) KMnO4 + H2C2O4→K2CO3 + MnO2 + H2O + CO2 7. 用离子?电子法配平如下反应方程式： (1) NO2- + Al →NH3 + Al(OH)4-(在OH－中) (2) Cu(NH3)42+ + CN－→Cu(CN)32－+ CNO－+ NH3(在OH－中） (3) HIO →IO3－+ I－+ H2O (在OH－中) (4) CN－+ O2→CO32－+ NH3(在OH－中) (5) MnO4－+ H2O2→Mn2+ + H2O + O2(在H+中） (6) Zn + CNS－→Zn2+ + H2S + HCN (在H+中）8. 用离子?电子法配平下列各反应方程式： (1) MnO4－+ Sn2+→Sn4+ + Mn2+(在H+中) (2) BrO3－+ Br－→Br2(在H+中) (3) Cr2O72－+ SO32－→SO42－+ Cr3+(在H+中) (4) Cr3+ + H2O2→CrO42－+ H2O (在OH－中) (5) Fe + NO2－→FeO22－+ NH3(在OH－中）高中化学 氧化还原反应和电化学
第7章 氧化还原反应 电化学基础
无机化学 第十一章 氧化还原反应
无机化学练习题(含答案)第11章 电化学基础
实验17 氧化还原反应和电化学
氧化还原反应与电化学
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