氧化還原反應——​能斯特方程應用

2021-01-20 360化學

能斯特方程


任一氧化還原反應,

    ΔrGm = ΔrG⊖m+ RTlnQ     

ΔrGm = -nFε,ΔrG⊖m = nFε⊖,代入上式得:

-nFε = -nFε⊖+ RTlnQ 

a.

              

對於任何電極反應:

 氧化型 (Ox )+e-=還原型(Red) 

電極在非標準狀態條件下的還原電位可用下式計算:

      

該公式指出了電對(Ox /Red)電極電勢與電解質溶液的濃度、氣體的壓強和溫度之間的定量關係。

如:[Cr2O72-]= 2.0mol·dm-3,[H+] = 1.0mol·dm-3,

[I-]= 1.0mol·dm-3,and [Cr3+] = 1.0´10-5 mol·dm-3

b.幾點說明:

   (i) [Ox]、[Red]項包括氧化性一邊或還原型一邊所有的物質,每種物質濃度要乘以與其係數為冪的次方;

  (ii) 如果電對中的某一物質是固體或液體,則它們的濃度均為常數,常認為是1;

 (iii) 電對中某物質是氣態,則要用相對氣體分壓(Pi/P⊖)來表示。

影響電極電勢的因素

從能斯特方程可知,除了溫度、Ox型、Rex型物質本身的濃度(或分壓)對電極電勢的影響外,其它影響因素還有:

(1) 酸度對還原電位的影響

    電極反應:2H2O + 2e→H2 + 4OH-

由於水溶液中Kw=[H+][OH-],

對於2H++ 2e→H2來講,是[H+] = 10-14mol·dm-3時的非標準還原電位。

含氧酸根的還原電位隨pH的降低而增大,所以含氧酸根的氧化性隨pH的降低而增強。

(2) 沉澱對還原電位的影響

      E⊖與電池反應K⊖的關係

利用電化學方法求反應AgCl⇋ Ag++Cl- ,在298K時的K⊖。

已知:

   AgCl+e-⇋ Ag+Cl-    E+⊖=0.22V

    Ag++e-⇋Ag      E-⊖=0.80V

[析]

1. 設計電池

正極   AgCl+e-⇋ Ag+Cl-   E+⊖=0.22V

負極   Ag++e-⇋Ag    E-⊖=0.80V

電池符號:

(-)Ag|Ag+¦¦Cl-|AgCl|Ag (+)

電池反應:AgCl⇋ Ag++Cl-    K⊖  (與Ksp⊖的關係?)

E池⊖= E+⊖-E-⊖=0.22-0.80=-0.58V

lgK⊖=zE池⊖/0.059=-0.58/0.059=-9.83

K⊖=1.5*10-10,即Ksp⊖

2. 設計電池

  負極 AgCl+e-⇋ Ag+Cl-    E+⊖=0.22V

正極  Ag++e-⇋Ag      E-⊖=0.80V

電池符號:

(-)Ag|AgCl|Cl-¦¦Ag+|Ag (+)

電池反應:Ag+ + Cl- ⇋ AgCl   K⊖  (與Ksp⊖的關係?)

E池⊖= E+⊖-E-⊖=0.80-0.22=0.58V

lgK⊖=zE池⊖/0.059=0.58/0.059=9.83

K⊖=109.83  

Ksp⊖=1/K⊖=1/109.83

Ksp⊖= 1.5*10-10

3. 方法(為什麼可以用該法?)

298K時, 求 AgCl⇋ Ag++Cl- ,的K⊖

ΔrGm⊖=-RTlnK⊖=-2.303RTlgK⊖

ΔrGm⊖=∑νΔfGm⊖=77.12+(-131.3)-(-109.8)=55.62*103J/mol

-2.303RTlgK⊖=55.62*103

T=298K,lgK⊖=-55.62*103/(2.30*8.314*298)=-9.75

K⊖=109.75  

Ksp⊖= 1.5*10-10

如:

從上表中,我們可知K⊖sp越小,φAgX/Ag越小,AgX的氧化性減弱,Ag的還原性增強。

例如:2Ag + 2H++ 2I- = 2AgI + H2↑,ε⊖= + 0.15V,D rG⊖m <0,正反應方向有利。

 (3) 配合物對還原電位的影響

   配合物(配離子)越穩定,溶液中自由金屬離子濃度越低,所以:  

       a.在氧化型上形成配離子,則還原電位降低,如:

  

      b.在氧化型和還原型上同時生成配離子,則要看兩種配離子的穩定性來決定φ的升高或降低,

       

 (4) 總結

     a.電對   Mn++ e-→M(n-1)+而言,[Mn+] / [M(n-1)+]的比值越大,φ越大,其φ與溶液的pH無關;

b.對含有氫離子或氫氧離子的電對而言,溶液的pH對φ有影響,含氧酸根離子的氧化性,隨酸度的增大而增強;

c.若電對中氧化型物質生成沉澱或配離子,則沉澱物的Ksp越小,配離子的Kf越大,它們的φ值越小;反之,如果電對中還原型物質生成沉澱或配離子,則沉澱物的Ksp越小,配離子Kf越大,則φ值越大。


相關焦點

  • [趣味化學]氧化還原反應的應用
    K2Cr2O7是一種橙紅色具有強氧化性的化合物,當它在酸條件下被還原成三價鉻時,顏色變為綠色。據此,當交警發現汽車行駛不正常時,就可上前阻攔,並讓司機對填充了吸附有K2Cr2O7的矽膠顆粒的裝置吹氣。若發現矽膠變色達到一定程度,即可證明司機是酒後駕車。
  • 《氧化還原反應》說課稿
    ,學生會從得失氧的角度得出碳發生了氧化反應,氧化銅發生了還原反應。由此我會提出,氧化反應與還原反應是同時發生的,我們就把這樣的反應稱為氧化還原反應。進入氧化還原反應的特徵和本質的學習。環節二:新課講授1.氧化還原反應的特徵當學生知道了什麼是氧化還原反應之後,我會請學生舉出幾個其他的氧化還原反應,但是學生目前對於氧化還原反應僅僅是停留在得失氧的層次上,那麼我會請學生從化合價的角度思考什麼是氧化還原反應。學生就會發現發生氧化反應的元素化合價升高;發生還原反應的元素化合價降低。
  • 氧化還原反應的方向
    對於能夠組成原電池的氧化還原反應來說,有電流產生,屬於恆溫恆壓有非體積功(電功)W 的過程。那麼,判斷氧化還原反應方向的第三種方法:對於一個氧化還原反應,1還原態 + 2氧化態 == 2還原態 + 1氧化態原電池的正極由氧化劑充當,也就是正極電對的氧化態(反應式中的 2氧化態);原電池的負極由還原劑充當
  • 高中化學說課稿:《氧化還原反應》
    氧化還原反應的實際應用也很廣泛,可以說我們每個人在工作和生活中都會與氧化還原反應打交道。氧化還原反應像原子結構、元素周期律等內容一樣,歷來是進行辯證唯物主義教育的好教材。氧化和還原是一對典型的矛盾,它們既對立,又統一,既是相反的,又是相互依存的,有氧化反應發生必然有還原反應發生,它們絕對不可能孤立存在,而是統一在氧化還原反應中。
  • 氧化還原反應方程式的配平
    對於氧化還原反應方程式的配平,今天和大家分享兩種常用的方法。 1.離子-電子法配平原則:(1)反應過程中氧化劑得到電子總數必須等於還原劑失去電子的總數。(2)反應前後各元素的原子總數相等。
  • 專題02 氧化還原反應概念、規律
    NaHCO3受熱分解產生無毒的CO2,因此可用小蘇打作食品膨鬆劑,不涉及氧化還原反應,B符合題意;C.利用含氯消毒劑的強氧化性消毒殺菌,涉及氧化還原反應,C不符合題意;D.NO2與水反應有HNO3產生,因此NO2參與了硝酸型酸雨的形成,涉及氧化還原反應,D不符合題意。
  • 高中化學知識點總結:氧化還原反應
    1.氧化還原反應凡是有元素化合價升降的反應都是氧化還原反應。氧化還原反應的本質:電子的轉移(包括電子的得失和電子對的偏移)氧化還原反應的特徵:化合價的升降(這也是氧化還原反應判斷的依據)在氧化還原反應中,氧化反應和還原反應是同時進行的。
  • 高一化學教學教案:氧化還原反應方程式的配平
    能力目標   培養學生配平氧化還原反應方程式的技能。   情感目標   通過對各種氧化還原反應方程式的不同配平方法的介紹,對學生進行辯證思維的訓練。   教學建議   教學重點:氧化還原反應方程式配平的原則和步驟。   教學難點:氧化還原反應方程式配平的一些可借鑑的經驗。
  • 高考化學知識點:氧化還原反應考點整理
    高考化學複習資料:氧化還原反應知識點整理   一、概念判斷:   1、氧化還原反應的實質:有電子的轉移(得失)   2、氧化還原反應的特徵:有化合價的升降(判斷是否氧化還原反應)   3、氧化劑具有氧化性(得電子的能力),在氧化還原反應中得電子,發生還原反應,被還原,生成還原產物。
  • 第六章 氧化還原與電極電位--第一節 氧化還原
    第六章 氧化還原與電極電位   氧化還原反應是一類重要的化學反應。它不僅在工農業生產和日常生活中具有重要意義,而且在人體內進行的一系列化學反應中,有許多是氧化還原反應。本章將在氧化還原反應的基礎上,著重討論如何將化學能轉變為電能、電極電位和電池電動勢的產生及其應用等有關知識。
  • 氧化還原反應 | 我們互相改變,最後終成陌路
    氧化還原反應的特徵:元素化合價的變化 應用:在化學方程式中標出各物質組成元素的化合價,只要有一種元素的化合價發生了變化,即可說明該反應是氧化還原反應。 口訣:升失氧氧還原劑,降得還還氧化劑(化合價上升,失電子,發生氧化反應,被氧化得到氧化產物,在反應中做還原劑;化合價下降,得電子,發生還原反應,被還原得到還原產物,在反應中做氧化劑)。
  • 電鍍廢水處理中的氧化還原電位控制應用
    本文旨在在含鉻廢水、含氰廢水處理過程中,通過對氧化還原電位的控制,精細化處理六價鉻和氰化物離子,對其進行毒性減 弱。本文著重探討分析六價鉻離子、氰化物離子氧化還原反應的原理、應用方式及各項控制要點,提高相關汙染物的處理效率。未經處理的電鍍廢水直接排放危害非常大,尤其是六價鉻離子和氰化物會對相關水體產生很大毒性,毒害水體中的動植物。
  • 氧化還原反應方程式如何配平
    氧化還原反應方程式配平方法  氧化還原反應的基本原則是氧化劑得電子總數和還原劑失電子總數相等,即電子守恆原則,表現為化合價降低總數和升高總數相等。  配平基本方法:化合價升降法  1、標價態:寫出反應物和生成物的化學式,標出有化合價變化的元素的化合價  2、列變化:列出反應前後元素化合價的變化值。  3、求總數:將化合價升高數和化合價降低數的最小公倍數定為電子轉移總數。依據電子守恆,確定氧化劑、還原劑、氧化產物、還原產物的係數。
  • 應用同步輻射納米分辨譜學成像技術揭示氧化還原反應的相變過程
    中科院高能物理所多學科中心X射線成像實驗站袁清習副研究員和國內外課題組合作,建立了基於同步輻射納米分辨譜學成像技術追蹤氧化還原反應相變過程的方法,並成功應用於鋰離子電池電料相變過程的的研究。研究成果近期發表在Nature Communications期刊上。
  • 高考化學天天練之氧化還原反應
    高考化學天天練之氧化還原反應氧化還原反應是高考必考的知識點。今天我們就來一起練一下氧化還原的相關知識點吧。首先來看第一題:第一題本題的考點:氧化還原反應的實質:電子的得失。參考答案有化合價變化的為氧化還原反應,沒有化合價變化的為正確選項哦!
  • 高中化學專題之氧化還原反應方程式的配平
    從前面章節,我們知道氧化還原反應的基本判斷:氧化還原反應秘訣(快速記憶):失升氧、得降還、若說劑、恰相反。(解釋:失去電子,化學價升高,發生氧化反應,生成的產物是氧化產物(化學價升高的產物),對應的反應物質是還原劑;得到電子,化學價降低,發生還原反應,生成的產物是還原產物(化學價降低的產物),對應的反應物是氧化劑。)
  • 高考化學:離子反應和氧化還原反應先後順序問題
    氧化還原反應之間的競爭若某一溶液中同時含有多種還原性(氧化性)物質,則加入一種氧化劑(還原劑)時,優先氧化(還原)還原性(氧化性)強的物質。氧化還原反應與非氧化還原反應之間的競爭一般情況下,氧化還原反應優先於非氧化還原反應發生。【例3】 寫出向漂白粉溶液中通入二氧化硫氣體的化學方程式。
  • 名師精講|第4講 氧化還原反應
    ①在氧化還原反應中,某元素由化合態變為單質,此元素可能被還原,也可能被氧化②在氧化還原反應中,非金屬單質一定是氧化劑,金屬單質一定是還原劑③化合物分解的產物有單質,則該分解反應必屬於氧化還原反應④化學反應K2MnO4+Cl2=2KCl+MnO2+O2屬於氧化還原反應⑤金屬陽離子只有氧化性,HI只有還原性⑥漂白粉在空氣中變質過程中
  • 初中化學:氧化還原反應方程式
    初中化學:氧化還原反應方程式 1.氫氣還原氧化銅:H2 + CuO 加熱 Cu + H2O 20.木炭還原氧化銅:C+ 2CuO高溫 2Cu + CO2↑ 2.焦炭還原氧化鐵:3C+ 2Fe2O3 高溫 4Fe + 3CO2↑ 3.焦炭還原四氧化三鐵:2C+ Fe3O4 高溫 3Fe
  • 高中化學專題一:氧化還原反應的基本概念解釋
    主要還是基於上一節秘訣的進一步解釋:氧化還原反應秘訣(快速記憶):失升氧、得降還、若說劑、恰相反。(解釋:失去電子,化學價升高,發生氧化反應,生成的產物是氧化產物(化學價升高的產物),對應的反應物質是還原劑;得到電子,化學價降低,發生還原反應,生成的產物是還原產物(化學價降低的產物),對應的反應物是氧化劑。)