6-1 氧化还原平衡

重点：氧化还原滴定法

难点：能斯特方程的理解

教学目标

1 了解原电池的构造，认识电极反应和电池反应

2 理解电极电位的含义及能斯特方程，能粗略判断氧化还原反应的方向和程度

教学内容

一、原电池和电极电位

二、氧化还原反应平衡

三、电极电位和氧化还原平衡常数的应用

6-1 氧化还原平衡

一、原电池和电极电位

原电池是将氧化还原反应的化学能直接转变为电能的装置。

原电池由2个半电池组成，负极失电子被氧化，正极得电子被还原。例如Cu—Zn原电池中的反应如下：

锌电极：氧化反应 Zn → Zn²⁺ + 2e

铜电极：还原反应 Cu²⁺ +2 e → Cu

电池反应：氧化还原反应 Zn + Cu²⁺ ＝ Zn²⁺ + Cu

以铜锌原电池为例，将各种术语及表示方法列表如下：

二、氧化还原方程式配平及能斯特方程

（一）配平

1．氧化数法

(1)写出基本反应式

(2)找出氧化剂中原子氧化数降低的数值和还原剂中原子氧化数升高的数值。

(3)调整系数，使氧化数升高的总数等于氧化数降低的总数。

(4)在氧化剂和还原剂的化学式前，各乘以相应的系数。并使方程式两边相应的原子数相等。

(5)配平反应前后氧化数未发生变化的原子数。首先检查反应方程式两边的氢原子数目，找出参加反应的水分子数。最后核对氧原子数。

2．离子—电子法

离子—电子法和氧化数法配平的原则相似。它的原则是在氧化还原反应中，得失电子数相等。以高锰酸钾与盐酸作用为例来说明离子-电子法的配平步骤。

(1)先将反应物的氧化还原产物，以离子形式写出。

(2)将这个反应式分为两个半反应，一个被氧化；一个被还原。

(3)分别配平两个半反应式的原子数，然后配平电荷数

(4)合并半反应方程式。并使还原反应得电子致等于氧化反应中失电子数。

（二）能斯特方程

在一定温度下，电对的电极电位与溶液中氧化态及还原态的浓度有关。当c(Ox)=c(Red)=1mol.L-1时，E=Eø，这时的电极电位等于标准电极电位。

对于一般的氧化-还原反应

aA + bB = cC + dD

当温度为25℃时，奈斯特方程为

式中E是指定浓度下的电极电势；Eo是标准电汲电势，n是电极反应中得到或失去的电子数；[氧化型]或[还原型]表示氧化型物质或还原型物质体积摩尔浓度(严格地说应为活度)。

应用奈斯特方程时应注意以下几点：

(1)方程式中的[氧化型]和[还原型]并非专指氧化数有变化的物质，而是包括了参加电极反应的其他物质。

(2)电极反应中纯固体、纯液体的浓度为常数，作1 处理。气体用分压表示。

(3)电极反应式中的系数为浓度或分压的指数。

三、电极电位和氧化还原平衡常数的应用

1．判断氧化剂和还原剂的相对强弱

电极电势代数值的大小反映了电对中氧化型物质得电子能力和还原型物质失电子能力的大小

2． 判断氧化还原反应进行的方向 ：反应自发进行的条件为 ⊿G＜0

3．估计氧化还原反应进行的程度

根据ε^o和K之间的关系以及反应物的已知起始浓度，可以确定反应发生的程度。

4．已知ε^o求平衡常数

通过上述例题得知，可以利用测定原电池电动势的方法来确定氧化还原反应的平衡常数，对其它类型反应的平衡常数，如弱酸的电离常数、难溶电解质的溶度积常数等也可用测定原电池电动势的方法来确定。