第6章氧化还原反应与电化学基础

第一节第一节 氧化还原反应氧化还原反应第二节第二节 原电池原电池 第三节第三节 电极电势电极电势第四节第四节 电极电势的应用电极电势的应用 第五节第五节 电解电解(自学自学)第六节第六节 化学电源化学电源(自学自学)第第六六章章 氧氧化化还还原原反反应应与与电电化化学学基基础础四、氧化还原反应方程式的配平四、氧化还原反应方程式的配平三、氧化还原电对三、氧化还原电对第一节氧化还原反应第一节氧化还原反应二、氧化剂和还原剂二、氧化剂和还原剂一、氧化值一、氧化值一、氧化值一、氧化值 氧氧化化值值定定义义为为某某元元素素一一个个原原子子的的（表表观观形形式式）荷荷电电数数，这这种种荷荷电电数数由由假假设设把把每每个个化化学学键键中中的的电电子子指指定定给给电电负负性性较较大大的的原原子而求得。子而求得。由由氧氧化化值值的的定定义义，可可知知氧氧化化值值可可以以是是负整数、零和正整数负整数、零和正整数。确确定定元元素素的的氧氧化化值值时时，必必须须了了解解化化合合物的结构。物的结构。和和 的结构为：的结构为：-OSO-OS-OSSSSO-OOOO-OSOOSO-OOOOOOCrO|OO|0+4+6+500+5+6-1-1-2-2-2-2-2-2-2+6-1-1-1-1（过二硫酸根）（过二硫酸根）（连四硫酸根）（连四硫酸根）和和CrO5 的结构的结构分别为：别为：确定氧化值的方法如下：确定氧化值的方法如下：(1)在单质中，元素的氧化值为零。在单质中，元素的氧化值为零。(2)O 元素在正常氧化物中的氧化值为元素在正常氧化物中的氧化值为 -2；但；但在过氧化物中为在过氧化物中为-1；在；在 OF2 中为中为+2。(3)H 元素在一般化合物中的氧化值为元素在一般化合物中的氧化值为 +1；但；但在金属氢化物中为在金属氢化物中为-1。(4)在单原子离子中在单原子离子中，元素的氧化值等于该离子元素的氧化值等于该离子的电荷数；的电荷数；在多原子离子中，在多原子离子中，元素的氧化值代数和元素的氧化值代数和等于该离子的电荷数。等于该离子的电荷数。(5)在分子中，元素氧化值的代数和等于零。在分子中，元素氧化值的代数和等于零。例题例题氧化氧化值值与与化合价化合价及及共价键数共价键数的区别与联系的区别与联系A、化合价原意是指相结合的原子个数，化合价原意是指相结合的原子个数，氧化值是某元素一个原子的表现形式氧化值是某元素一个原子的表现形式 电荷数，共价键数是指共价键的数目。电荷数，共价键数是指共价键的数目。B、化合价氧化化合价氧化值只能负整数、零、正整数值只能负整数、零、正整数C、共价键数目无正负之分，而化合价，氧共价键数目无正负之分，而化合价，氧 化化值值有正负之分。有正负之分。D、同一种物质中同种元素的氧化同一种物质中同种元素的氧化值值数值与数值与 共价键数目不一定相等。共价键数目不一定相等。N2 中氧化值中氧化值=0 共价键数共价键数=3在在 K2MnO4 中，中，Mn 元素的氧化值为元素的氧化值为+6。例例 6-1 计算计算 K2MnO4 中中 Mn 元素的氧化值。元素的氧化值。解解：在在 K2MnO4 中，中，O 元素的氧化值为元素的氧化值为-2，K 元素的氧化值为元素的氧化值为+1。设。设 Mn 元素的氧化值为元素的氧化值为 x，则，则有：有：现指：失去电子反应现指：失去电子反应 或化合价或氧化数或化合价或氧化数(值值)升高的升高的 反应反应包括电子对偏离（广义）包括电子对偏离（广义）获得氧的反应（去氢反应）获得氧的反应（去氢反应）（狭义）（狭义）氧氧化化 CH2OHCHO原指：物质和氧的化合反应原指：物质和氧的化合反应二、氧化剂和还原剂二、氧化剂和还原剂原指：从化合物除去氧的原指：从化合物除去氧的反应反应 或失去氧的反应。或失去氧的反应。现指：得到电子的反应或化合现指：得到电子的反应或化合价或价或 氧化数（值）降价的反应氧化数（值）降价的反应 包括电子对的靠近包括电子对的靠近H2Cl2 2H Cl还原还原氧化还原反应中的氧化与还原是对立的统一体，氧化还原反应中的氧化与还原是对立的统一体，互相依赖，互相存在，互为条件，同时存在同互相依赖，互相存在，互为条件，同时存在同时消失。氧化还原反应的时消失。氧化还原反应的特征特征：化合价或氧化化合价或氧化值有变化值有变化氧化还原反应的氧化还原反应的本性本性：有电子得失或偏移有电子得失或偏移。有电子得失或电子对偏移或氧化值变化的反应有电子得失或电子对偏移或氧化值变化的反应 叫氧化还原反应。叫氧化还原反应。否则叫非氧化否则叫非氧化 反应。反应。发生氧化反应的物质叫发生氧化反应的物质叫还原剂还原剂。发生还原反应的物质叫发生还原反应的物质叫氧化剂氧化剂。使本身氧化值使本身氧化值氧化剂氧化剂具有氧化性具有氧化性 氧化还原剂氧化还原剂得电子得电子（电子对靠近）（电子对靠近）发生还原反应发生还原反应或化合价降低或化合价降低本身被还原本身被还原使本身氧化值使本身氧化值还化剂还化剂具有还原性具有还原性 还原氧化剂还原氧化剂失去电子失去电子（电子对偏离）（电子对偏离）发生氧化反应发生氧化反应或化合价升高或化合价升高本身被氧化本身被氧化 判断一种物质在氧化还原反应中是可判断一种物质在氧化还原反应中是可作氧化剂还是做还原剂，通常可以依据以作氧化剂还是做还原剂，通常可以依据以下规则：下规则：（1）组成元素的氧化值为最高值时，组成元素的氧化值为最高值时，它的氧化值不能再增大，只能作氧化剂。它的氧化值不能再增大，只能作氧化剂。（2）组成元素的氧化值为最低值时，组成元素的氧化值为最低值时，它的氧化值不能再减小，只能作还原剂。它的氧化值不能再减小，只能作还原剂。（3）当元素的氧化值为中间值时，它当元素的氧化值为中间值时，它既可以作氧化剂，也可以作还原剂。既可以作氧化剂，也可以作还原剂。氧化还原反应的类型氧化还原反应的类型 1 1 分子间的氧化还原反应。分子间的氧化还原反应。2Na +Cl2 =2NaCl 还原剂还原剂 氧化剂氧化剂 既是氧化产物又是还原物既是氧化产物又是还原物 2 2 分子内的氧化反应分子内的氧化反应 (1)(1)自身氧化还原反应自身氧化还原反应氧化还原剂氧化还原剂 还原产物还原产物 氧化产物氧化产物2KClO3 2KCl +3O2MnO2（还原剂（还原剂 氧化剂）氧化剂氧化剂）氧化剂 还原产物还原产物 （氧化产物（氧化产物 还原产）还原产）特点：同一分子内不同元素或相同元素但价态不特点：同一分子内不同元素或相同元素但价态不同的原子间有电子转移。同的原子间有电子转移。(2)(2)歧化反应：歧化反应：特点：同一分子同一元素同一特点：同一分子同一元素同一种价态原子间有电子转移。种价态原子间有电子转移。Cl2+H2O=HCl +HClO 还原产物还原产物 氧化产物氧化产物3 3、分子内及分子之间的氧化还原反应。、分子内及分子之间的氧化还原反应。HgS +O2 =Hg +SO24 4、有机化学中的氧化还原反应。、有机化学中的氧化还原反应。（看氧化值或化合物的变化）（看氧化值或化合物的变化）5NH4NO3 =4N2+2HNO3+9H2O 433K+5-30+5 在氧化还原反应中，氧化剂与它的生成物及在氧化还原反应中，氧化剂与它的生成物及还原剂与它的生成物分别组成一个还原剂与它的生成物分别组成一个氧化还原电对氧化还原电对，简称为简称为电对电对。在氧化还原电对中，组成元素的氧化值较高在氧化还原电对中，组成元素的氧化值较高的物质称为的物质称为氧化型物质氧化型物质；组成元素的氧化值较低；组成元素的氧化值较低的物质称为的物质称为还原型物质还原型物质。书写电对时，氧化型物。书写电对时，氧化型物质写在左侧，还原型物质写在右侧，中间用斜线质写在左侧，还原型物质写在右侧，中间用斜线隔开。隔开。在氧化还原电对中，氧化型物质得电子，在在氧化还原电对中，氧化型物质得电子，在反应中作氧化剂；还原型物质失电子，在反应中反应中作氧化剂；还原型物质失电子，在反应中作还原剂。作还原剂。三、氧化还原电对三、氧化还原电对 (1)(1)电荷守恒电荷守恒：(2)(2)质量守恒质量守恒：配平原则：配平原则：氧化剂得电子数等于还原剂失氧化剂得电子数等于还原剂失 电子数。电子数。反应前后各元素原子总数相等。反应前后各元素原子总数相等。四、氧化还原反应方程式的配平四、氧化还原反应方程式的配平 在氧化还原反应中，氧化剂中组成元素氧化值在氧化还原反应中，氧化剂中组成元素氧化值降低的总数等于还原剂中组成元素氧化值升高的总降低的总数等于还原剂中组成元素氧化值升高的总数。配平步骤如下：数。配平步骤如下：（1 1）写出反应物和生成物的化学式写出反应物和生成物的化学式；（2 2）标出氧化值发生变化的元素的氧化值，计标出氧化值发生变化的元素的氧化值，计算出氧化值升高和降低的数值算出氧化值升高和降低的数值；（3 3）利用最小公倍数确定氧化剂和还原剂的化利用最小公倍数确定氧化剂和还原剂的化学计量数学计量数。（4 4）配平氧化值没有发生变化的元素原子，并配平氧化值没有发生变化的元素原子，并将箭号改成等号将箭号改成等号。四、氧化还原反应方程式的配平四、氧化还原反应方程式的配平（一）氧化值法（一）氧化值法例题例题 例例 6-2 用氧化值法配平下列氧化还原反应用氧化值法配平下列氧化还原反应：解解：标出氧化值发生变化的组成元素的氧化值，标出氧化值发生变化的组成元素的氧化值，计算氧化值升高和降低的数值计算氧化值升高和降低的数值。2+3 (+6)=6 2 0 (1)=+2利用最小公倍数确定氧化剂和还原剂的化学计量数利用最小公倍数确定氧化剂和还原剂的化学计量数:配平其他氧化值没有变化的元素的原子：配平其他氧化值没有变化的元素的原子：-1(1)(1)写出未配平的反应方程式写出未配平的反应方程式 HClO3+P4+H2O HCl+H3PO4(2)(2)找出元素原子氧化数降低值与找出元素原子氧化数降低值与 元素原子氧化数升高值元素原子氧化数升高值0+5(-1)-(+5)=(-6)HClO3+P4+H2O HCl+H3PO4(+5)-0=(+5)+5-1(3)(3)根据第一条规则，求出各根据第一条规则，求出各 元素原子氧化数升降值的最小公倍数元素原子氧化数升降值的最小公倍数10HClO3+3P4+H2O 10HCl+12H3PO4+50-1+5(-6)10=(-60)(+5)43=(+60)(4)(4)用观察法配平氧化数未改变的元用观察法配平氧化数未改变的元 素原子数目素原子数目10HClO3+3P+18H2O 10HCl+12H3PO4(1)(1)写出未配平的反应方程式写出未配平的反应方程式PbOPbO2 2+MnBr+MnBr2 2+HNO+HNO3 3 Pb(NOPb(NO3 3)2 2+Br+Br2 2+HMnO+HMnO4 4+H+H2 2O O (2)(2)找出元素原子氧化数降低值与元素找出元素原子氧化数降低值与元素 原子氧化数升高值原子氧化数升高值(+2)-(+4)=(-2)PbPbO O2 2+MnMnBrBr2 2+HNO+HNO3 3PbPb(NO(NO3 3)2 2+BrBr2 2+H+HMnMnO O4 4+H+H2 2O O+2+4+2+7-100-(-1)=(+1)(+7)-(+2)=(+5)(3)根据第一条规则，求出各根据第一条规则，求出各 元素原子氧化数升降值的最小公倍数元素原子氧化数升降值的最小公倍数(4)(4)用观察法配平氧化数未变的元素原子数目用观察法配平氧化数未变的元素原子数目7PbO2+2MnBr2+14HNO3 7Pb(NO3)2+2Br2+2HMnO4+6H2O (-2)7=14-10+2+7+2PbPbO O2 2+MnMnBrBr2 2+HNO+HNO3 3 PbPb(NO(NO3 3)2 2+BrBr2 2+H+HMnMnO O4 4+H+H2 2O O+4(+1)2=(+2)(+5)(+5)+(+2)2=14 先将两个氧化还原半反应配平，再将两个氧化先将两个氧化还