无机化学 第5章 氧化与还原 公开课课件

1、第五章、氧化与还原,无机化学（Inorganic Chemistry）,Chapter 5. Oxidation and Reduction,1、基本概念和氧化还原方程式的配平,氧化与还原 （1）氧化还原概念的发展 起先 2Mg(s)+O2(g) = 2MgO(s) 氧化是指物质与氧化合的过程，还原是指物质失去氧的过程。 后来 CH3CH2OH CH3CHO 氧化还原的概念扩大了，认为物质失去氢的过程也是氧化，与请结合的过程则是还原。在有机化学和生物化学中应用较为广泛。 现代化学认为氧化还原反应是指元素的氧化值发生变化的化学反应。,第五章 氧化与还原,1.1 基本概念,1、基本概念和氧化还原方程式的配平,第五章 氧化与还原,1.2 氧化剂与还原剂,Zn + Cu2+ Cu + Zn2+,-2e-,+2e-,失电子 还原剂 被氧化 发生氧化反应,得电子 氧化剂 被还原 发生还原反应,还原产物,氧化产物,1、基本概念和氧化还原方程式的配平,第五章 氧化与还原,口诀：氧化剂降得还；还原剂升失氧,氧化剂得电子，被还原，发生还原反应，得到还原产物。,还原剂失电子，被氧化，发生氧化反应，得到氧化产

2、物。,1、基本概念和氧化还原方程式的配平,第五章 氧化与还原,Zn + Cu2+ Cu + Zn2+,Zn - 2e Zn2+,Cu2+ + 2e Cu,氧化型+ ne 还原型,还原,氧化,或Ox + ne Red,例：MnO4- + 8H+ + 5e- Mn2+ + 4H2O,Zn2+/Zn，Cu2+/Cu，MnO4-/Mn2+,Ox/Red氧化还原电对,1、基本概念和氧化还原方程式的配平,第五章 氧化与还原,1.3 元素的氧化数,化合价 氧化数的历史变迁,(1) 19世纪中叶提出化合价概念：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。,例：HCl、H2O中NH3中，Cl为一价，O为二价，N为三价,(2) 随着化学结构理论的发展，出现矛盾。,例：NH4+中，N为-3，但实验证明N与4个H结合。,(3) 1948年，在价键理论和电负性基础上提出氧化值。电负性：原子在分子中吸引电子的能力。,1、基本概念和氧化还原方程式的配平,第五章 氧化与还原,概念：,某元素中一个原子的表现荷电数。这种荷电数是假设把每个键中的电子指定给电负性较大的原子而求得。,氧化数可以为整数，零，

3、也可能是分数。,确定氧化数的规则 (1)离子型化合物中，元素的氧化数等于该离子所带的电荷数； (2)共价型化合物中，共用电子对偏向于电负性大的原子 ，两原子的形式电荷数即为它们的氧化数； (3)单质中，元素的氧化数为零； (4)中性分子中，各元素原子的氧化数的代数和为零 ，复杂离子的电荷等于各元素氧化数的代数和； 氢的氧化数一般为+1，在金属氢化物中为 -1，如： NaH； 氧的氧化数一般为-2，在过氧化物中为 -1，如 H2O2；在超氧化物中 为-0.5，如 KO2，在氧的氟化物中 为 +1或+2，如OF2。,第五章 氧化与还原,第五章 氧化与还原,例1：求Cr2O72-中Cr的氧化值。,解：设Cr2O72-中Cr的氧化值为x： 2x+7(-2)=-2 x=+6,例2：求Na2S4O6中S的氧化值。,解：设Na2S4O6中S的氧化值为x： 21+4x+6(-2)=0 x=2.5,化合价与氧化值的区别与联系,第五章 氧化与还原,元素的化合价只能是整数，而元素的氧化值可以是整数、分数。 氧化值概念是在化合价的基础上提出的，适用范围比化合价概念广。,氧化值法 配平原则：氧化剂的氧化数降低总

4、数与还原剂氧化数升高的总数必定相等。 配平步骤 基本反应式：KMnO4 + 2HCl MnCl2 + Cl2 求出元素氧化数的变化值： 调整系数，是氧化数变化值相等 2KMnO4 + 10HCl 2MnCl2 + 5Cl2 原子数配平 2KMnO4 + 16HCl = 2MnCl2 + 5Cl2 + 2KCl +8H2O,第五章 氧化与还原,1.4 氧化还原反应方程式的配平,课堂练习：用氧化数法配平氯酸与磷作用生成氯化氢和磷酸的反应。,第五章 氧化与还原, HClO3 + P4 HCl + H3PO4,+ 5 0 -1 +5, HClO3 + P4 HCl + H3PO4,( -1 ) ( +5 ) = - 6,( +5 ) 0 4 = + 20, 10HClO3 + 3P4 10 HCl + 12H3PO4, 10HClO3 + 3P4 + 18 H2O 10 HCl + 12H3PO4, 10HClO3 + 3P4 + 18 H2O =10 HCl + 12H3PO4,半反应法（离子-电子法） 配平原则 电荷守恒：得失电子数相等 质量守恒：反应前后各元素原子总数相等 配平步骤 写出

5、离子方程式：Cr2O72- + I- + H+ Cr3+ + I2 + H2O 写出氧化半反应： 2I- - 2e- 2I2 还原半反应： Cr2O72- + 14H+ + 6e- 2Cr3+ + 7H2O 分别配平，是等式两边的原子个数和净电荷相等： 根据反应条件确定反应的酸碱介质，分别加入H+，OH-,第五章 氧化与还原,离子-电子式 3+ = Cr2O72- + 6I- + 14H+ 2Cr3+ + 3I2 + 7H2O,课堂练习：用半反应法配平下列反应方程式,第五章 氧化与还原,课堂练习：用半反应法配平,第五章 氧化与还原,Cl2 (g) + NaOH NaCl + NaClO3,课堂练习：用半反应法配平,第五章 氧化与还原,Cr(OH)3 (s) + Br2 (l) + KOH K2CrO4 + KBr,Cr(OH)3 (s) + Br2 (l) CrO42- + Br- Br2 (l) + 2e- = 2Br- Cr(OH)3 (s) + 8OH- = CrO42- + 3OH- + 4H2O + 3e- 即: Cr(OH)3 (s) + 5OH- = CrO42- + 4

6、H2O + 3e- 3+2得 2Cr(OH)3 (s) + 3Br2 (l) + 10OH- = 2CrO42- + 6Br- + 8H2O 2Cr(OH)3 (s) + 3Br2 (l) + 10KOH= 2K2CrO4 + 6KBr + 8H2O,课堂练习：用半反应法配平,第五章 氧化与还原,24+5得, ,课堂练习：用半反应法配平,第五章 氧化与还原,Ca3(PO4)2 + C + SiO2 CaSiO3 + P4 + CO2,C + 2H2O = CO2 + 4H+ + 4e- 2Ca3(PO4)2 + 6SiO2 + 10H2O + 20e- = 6CaSiO3 + P4 + 20OH- 5 + 得 2Ca3(PO4)2 + 6SiO2 + 5C = 6CaSiO3 + P4 + 5CO2,第五章 氧化与还原,小 结,2、电极电势和电池的电动势,第五章 氧化与还原,2.1 原电池：将化学能转化为电能的装置,2、电极电势和电池的电动势,第五章 氧化与还原,氧化半反应：Zn 2e- Zn2+,还原半反应：Cu2+ + 2e- Cu,Zn + Cu2+ Cu + Zn2+,原电池正

7、极发生还原反应，负极发生氧化反应。,包括两个半电池、盐桥和导线。 电子：负极正极； 电流：正极负极。,氧化型+ ne- 还原型,还原,氧化,或Ox + ne- Red,2、电极电势和电池的电动势,盐桥：通常内盛饱和 KCl 溶液或 NH4NO3 溶液(以琼胶作成冻胶)。 作用：,第五章 氧化与还原,让溶液始终保持电中性 使电极反应得以继续进行； 消除原电池 中的液接电 势（或扩散电势）；,2、电极电势和电池的电动势,原电池的表示法,第五章 氧化与还原,(-) ZnZn2+ (1 mol L-1) Cu2+ (1 mol L-1) Cu(s)(+),界 c1 盐 c2 界 面 桥 面,(-) PtH2(105Pa)H+ (1 mol L-1)Cu2+ (1 mol L-1)Cu(s)(+),2.2 电极的类型与原电池的表示法,*理论上，任何一个氧化还原反应都可以设计成原电池。,注：当气体或非金属不导电，需用惰性物质(铂或石墨)作为电极导体。 溶液紧靠盐桥写，纯气体，液体和固体，紧靠电极极板写。,2、电极电势和电池的电动势,(2) 电极类型 金属-金属离子电极 气体-离子电极 金属-金属难

8、溶盐电极 氧化还原电极或浓差电极,第五章 氧化与还原,电极反应 电极符号,Zn2+ + 2e- Zn Zn (s) Zn2+ + (aq),电极反应 电极符号,2H+ (aq)+ 2e- H2(g) Pt H2(g) H+ (aq),AgCl(s)+ e- Ag(s)+ Cl- (ag) Ag-AgCl (s) Cl- (aq),Fe 3+ (aq)+ e- Fe 2+ (ag) PtFe 3+ (aq,c1), Fe 2+ (aq, c2),电极反应 电极符号,电极反应 电极符号,2、电极电势和电池的电动势,第五章 氧化与还原,课堂练习：写出反应Cl2 + 2Fe2+ 2Fe3+ + 2Cl-的电池符号。,解：,2、电极电势和电池的电动势,第五章 氧化与还原,课堂练习：写出下列反应的电极反应和电池组成式。 MnO4- + Fe2+ + H+ Mn2+ + Fe3+ + H2O,解：,2、电极电势和电池的电动势,2.3 电极电势 产生 电极电势：E(Mn+/M)或者 (Mn+/M) ； 电池电动势：E=E+-E-；+，- 。,第五章 氧化与还原,溶解,沉淀,双电层理论,M活泼,M不活泼

9、,稀,溶解 沉积 沉积 溶解,-,+,+,-,-,+,+,-,-,浓,表示符号,2、电极电势和电池的电动势,第五章 氧化与还原,金属越活泼，浓度越小，M转变成Mn+的倾向越大。 金属越不活泼，浓度越大，Mn+转变成M的倾向越大。 达到平衡：M(s) Mn+(aq)(溶液中) + ne(金属中) 当时去电子的倾向大于得电子的倾向时，平衡右移，金属上带电子，双电层出现，产生了电势差，即电极电势(金属与其盐溶液之间)，与金属的本性，温度和离子浓度有关。 Zn比Cu活泼，Zn上留下电子比Cu上多，平衡更偏右，绝对的电极电势不同，导致电子流。 绝对的电极电势无法求得。,2、电极电势和电池的电动势,2.4 标准电极电势 (standard electrode potential) 是指标准电极的电势。凡是符合标准态条件的电极都是标准电极。 标准状态： 所有的气体分压均为1105Pa 溶液中所有物质的活度均为1molKg-1 所有纯液体和固体均为1105Pa条件下最稳定或最常见单质,第五章 氧化与还原,2、电极电势和电池的电动势,标准氢电极（气体-离子电极） 事实上，标准电极电势的绝对值是无法测定的。于是建立了标准氢电极。,第五章 氧化与还原,2、电极电势和电池的电动势,标准电极电势的测定,第五章 氧化与还原,2、电极电势和电池的电动势,第五章 氧化与还原,饱和甘汞电极（金属-难溶盐-离子电极）,EHg2Cl2/Hg = 0.2415V,1/2Hg2Cl2 + e- Hg(l) + Cl-,电极符号：,HgHg2Cl2 | Cl-（饱和）,Hg,Hg2Cl2,KCl溶液,第五章 氧化与还原,标准电极电势表,“”表示失去电子的倾向大于H2,氧化剂的氧化能力增强,还原剂的还原能力增强,2、电极电势和

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