氧化还原反应-无机及分析化学课件.ppt

第九章第九章 氧化还原反应氧化还原反应2022/4/211第一节第一节 基本概念基本概念一、一、 氧化和还原氧化和还原Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+Cu2+ + 2e Cu 还原半反应（得电子）还原半反应（得电子）Zn Zn2+ + 2e 氧化半反应（失电子）氧化半反应（失电子）氧化剂氧化剂还原剂还原剂氧化产物氧化产物还原产物还原产物氧化和还原反应：氧化和还原反应：涉及有电子转移的反应涉及有电子转移的反应（反应物的氧化数发生变化）（反应物的氧化数发生变化）2022/4/212二、二、 氧化数氧化数 氧化数氧化数某元素一个原子的表观电荷数某元素一个原子的表观电荷数KMnO4+1+7-2MnO2+4MnO4- + 4H+ + 3e- MnO2 + 2H2O+7+4MnO4- + 8H+ + 5e- Mn2+ + 4H2O+7+22022/4/213 在单质（如在单质（如Cu, H2, O2等）中，原子的氧化数为等）中，原子的氧化数为0； 在中性分子中，原子的氧化数总和为在中性分子中，原子的氧化数总和为0； 在离子中，氧化数等于离子的电荷数（如在离子中，氧化数等于离子的电荷数（如Cu2+）；）； H氧化数为氧化数为+1，氧为，氧为-2。

在在NaH类化合物中，类化合物中，H为为 -1； H2O2类化合物中，类化合物中，O为为-1 氧化数不一定为整数氧化数不一定为整数例：例：例：例： Fe3O4中中Fe的氧化数为的氧化数为+8/3确定氧化数的规则确定氧化数的规则: : 化合价与氧化数的区别：化合价与氧化数的区别：化合价化合价 原子的共价键数原子的共价键数例：例：例：例：CH4, CH3Cl, CH2Cl2, CHCl3, CCl4 氧化数：氧化数：-4 -2 0 +2 +4化合价：化合价： 4 4 4 4 42022/4/214第二节第二节 氧化还原方程式的配平氧化还原方程式的配平一、氧化数法一、氧化数法 配平原则：配平原则：氧化数升高总数氧化数升高总数 降低总数降低总数 写出方程式写出方程式 根据氧化数上升值下降值，找出氧化剂根据氧化数上升值下降值，找出氧化剂 和还原剂前的化学计量数和还原剂前的化学计量数 配平氢氧外的原子数配平氢氧外的原子数 配平水和氢配平水和氢 最后进行核对最后进行核对 配平步骤：配平步骤：例：例：例：例： Cu2S + HNO3 Cu (NO 3 )2 + H2SO4 + NO 3 3CuCu2 2S + S + 2222HNOHNO3 3 = = 6 6Cu (NOCu (NO3 3) )2 2 + + 3 3HH2 2SOSO4 4 + + 1010NO + NO + 8 8HH2 2OO2022/4/215二、离子电子法二、离子电子法 配平原则：配平原则：得电子总数得电子总数 失电子总数失电子总数 配平步骤：配平步骤： 写出方程式的两个半反应写出方程式的两个半反应 配平半反应配平半反应 根据得失电子数相等，把两个半反应相加根据得失电子数相等，把两个半反应相加 成总反应成总反应 核对总反应核对总反应例：例：例：例：写出写出KMnO4 在酸性条件下和在酸性条件下和Na2C2O4反应的离子方程式反应的离子方程式2 2MnOMnO4 4- - + + 1616 H H+ + + + 5 5C C2 2OO4 42- 2- = = 2 2MnMn2+2+ + 8 8HH2 2O + O + 1010 CO CO2 2 2022/4/216第三节第三节 电极电势电极电势一、原电池一、原电池从氧化还原反应到从氧化还原反应到化学电池：化学电池： 在溶液中发生的普通氧化在溶液中发生的普通氧化还原反应不能产生定向移动的还原反应不能产生定向移动的电流，但可以通过适当的设计，电流，但可以通过适当的设计，使电流定向移动，这种装置称使电流定向移动，这种装置称为原电池。

为原电池Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+（铜锌原电池）（铜锌原电池）（铜锌原电池）（铜锌原电池）电池符号：电池符号：电池符号：电池符号： -) Zn| Zn2+(c1) | Cu2+(c2)|Cu (+2022/4/217负极负极：Zn = Zn2+ + 2e正极正极：Cu2+ + 2e = Cu总反应总反应：Zn + CuZn + Cu2+2+ = Zn + Cu = Zn + Cu2+2+每个半电池由一个电对组成：每个半电池由一个电对组成：负极：负极： Zn2+/ Zn正极：正极： Cu2+/Cu （半反应）（半反应）两个半电池两个半电池盐桥盐桥 保持溶液电中性，使电极反保持溶液电中性，使电极反应得以继续进行应得以继续进行 消除原电池中的液接电势消除原电池中的液接电势 盐桥：盐桥：饱和饱和 KCl 或或 NH4NO3溶液（琼胶作成冻胶）溶液（琼胶作成冻胶）作用：作用：2022/4/218二、电极类型二、电极类型 金属金属金属金属-金属离子电极金属离子电极金属离子电极金属离子电极 电对电对 电极符号电极符号 Zn2+ / Zn Zn|Zn2+ ( c ) Cu2+ / Cu Cu|Cu2+ ( c )例：例：例：例： 气体气体气体气体-离子电极离子电极离子电极离子电极电对电对 电极符号电极符号 H+ / H2 Pt | H2 (p ) | H+ (c ) Cl2 / Cl- Pt | Cl2( p) |Cl- ( c) O2/H2O(酸性）酸性） Pt | O2( p) | H2O O2/OH-（碱性）碱性） Pt | O2( p) | OH-例：例：例：例：2022/4/219 金属金属金属金属-金属难溶盐电极金属难溶盐电极金属难溶盐电极金属难溶盐电极 电对电对 电极符号电极符号 AgCl/ Ag Ag |AgCl |Cl-(c) Hg2Cl2 / Hg Hg| Hg2Cl2 | Cl-(c)例：例：例：例： 氧化氧化氧化氧化-还原电极还原电极还原电极还原电极 电对电对 电极符号电极符号 Fe3+ / Fe2+ Pt | Fe3+( c1), Fe2+ ( c2) MnO4- / Mn2+ Pt | MnO4- (c1), Mn2+ (c2) , H+(c3) 例：例：例：例：例：将下列反应组成原电池（用符号表示）例：将下列反应组成原电池（用符号表示）2KMnO4 + 10 FeSO4 + 8 H2SO4 = K2SO4 + 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + 8H2O -) -) Pt | FePt | Fe3+3+( (c c1 1 ), Fe ), Fe2+2+( (c c2 2) | MnO) | MnO4 4- -( ( c c3 3) ,Mn) ,Mn2+2+ ( (c c4 4) ,H) ,H+ +( (c c5 5)| Pt (+)| Pt (+2022/4/2110氢氢 电电 极极2022/4/2111三、电极电势三、电极电势 电池的电动势电池的电动势-) Cu| Cu2+(c1) | Ag+(c2)|Ag (+电池正负电极之间的电势差电池正负电极之间的电势差 E池池正正 负负可在电路中接入高阻抗的伏可在电路中接入高阻抗的伏特计或电位差计直接测量特计或电位差计直接测量例如：例如：例如：例如： 右图所示的右图所示的Cu-Ag电池电池 E池池 = 0.460 V表明：表明：Ag电极的电势比电极的电势比Cu电电 极高出极高出0.460 V2022/4/2112 电极电势的产生电极电势的产生M(s) Mz+ (aq) + z e溶解溶解沉积沉积 把金属置于其盐溶液中，金属表把金属置于其盐溶液中，金属表面层的正离子受水分子的极性作用，面层的正离子受水分子的极性作用，有进入溶液的倾向，使得有进入溶液的倾向，使得金属金属金属金属因存在因存在过剩的电子而带过剩的电子而带负电荷负电荷负电荷负电荷。

金属越活泼，金属越活泼，金属越活泼，金属越活泼，溶液中金属离子浓度越小，这种倾向溶液中金属离子浓度越小，这种倾向溶液中金属离子浓度越小，这种倾向溶液中金属离子浓度越小，这种倾向越大 与此同时，溶液中的金属正离子与此同时，溶液中的金属正离子也有与金属表面的自由电子结合成中也有与金属表面的自由电子结合成中性原子而沉积于金属表面的倾向，导性原子而沉积于金属表面的倾向，导致致金属带正电荷金属带正电荷金属带正电荷金属带正电荷金属越不活泼，溶金属越不活泼，溶金属越不活泼，溶金属越不活泼，溶液中金属离子浓度越大，这种倾向就液中金属离子浓度越大，这种倾向就液中金属离子浓度越大，这种倾向就液中金属离子浓度越大，这种倾向就越大 当两个相反的过程速率相等时，当两个相反的过程速率相等时，在金属表面与附近溶液中将建立如在金属表面与附近溶液中将建立如右图所示的平衡右图所示的平衡2022/4/2113 金属上的自由电子和溶液中的金属上的自由电子和溶液中的正离子由于静电吸引聚集在固液界正离子由于静电吸引聚集在固液界面附近，从而形成一个类似电容器面附近，从而形成一个类似电容器的双电层由于双电层的形成，在的双电层由于双电层的形成，在金属和溶液之间存在一个电势差。

金属和溶液之间存在一个电势差这就是该金属电极的这就是该金属电极的电极电势电极电势电极电势电极电势，以，以符号符号 表示如 Zn2+/ZnZn2+/Zn，单位：单位：V V 标准电极电势标准电极电势M(s) Mz+ (aq) + z e溶解溶解沉积沉积 所有的气体分压均为所有的气体分压均为1105Pa 溶液中所有物质的活度均为溶液中所有物质的活度均为1molKg-1 所有纯液体和固体均为所有纯液体和固体均为1105Pa条件下最稳定或最常见单质条件下最稳定或最常见单质2022/4/2114 标准氢电极标准氢电极Pt |H2 (1 atm )|H+ (1 molL-1) 单个电极的电极电势无法直接测单个电极的电极电势无法直接测量所以需选定一个标准电极，将其量所以需选定一个标准电极，将其电极电势定义为零，从而可确定其他电极电势定义为零，从而可确定其他各种电极电势的相对值按各种电极电势的相对值按IUPAC惯惯例，选择例，选择标准氢电极将其电极电势规标准氢电极将其电极电势规标准氢电极将其电极电势规标准氢电极将其电极电势规定为零2H+ (1 molL-1) + 2e H2 (1 atm)2022/4/2115 铜标准电极电势的测定铜标准电极电势的测定 Cu2+(1molL-1) + 2e = Cu 与标准氢电极构成右图所示电池与标准氢电极构成右图所示电池 正极：正极： Cu2+ + 2e = Cu）负极）负极 ： H2 = 2H+ + 2e电池反应：电池反应： Cu2+ + H2 = Cu + 2H+ -) Pt | H2(1atm) | H+(1molL -1 )| Cu2+(1molL -1 )|Cu (+测得：测得：2022/4/2116电极电势表电极电势表 电极反应：电极反应： 氧化态氧化态 + ne = 还原态还原态 值从小到大编排的值从小到大编排的 大小与反应物的数量无关大小与反应物的数量无关 Zn2+ + 2e = Zn = -0.763V2Zn2+ + 4e = 2Zn = -0.763V 的代数值与反应方向无关。

的代数值与反应方向无关Zn = Zn2+ + 2e = -0.763V 查表时注意酸碱条件，即有查表时注意酸碱条件，即有 酸表和碱表之分酸表和碱表之分2022/4/2117 电极电势的意义电极电势的意义 电极电势的高低表明电子得失的难易，也就是氧化还原能力电极电势的高低表明电子得失的难易，也就是氧化还原能力的强弱电极电势越正电极电势越正：（：（充当正极）充当正极） 电对中电对中氧化态物质越容易得电子氧化态物质越容易得电子氧化态物质越容易得电子氧化态物质越容易得电子转变成相应的还原态转变成相应的还原态电极电势越负电极电势越负：（：（充当负极）充当负极） 电对中电对中还原态物质越容。