氧化还原反学习.pptx

学习要求：掌握氧化还原反应的基本概念。能配平氧化还原反应式理解电极电势的概念。能用能斯特方程进行有关计算掌握电极电势在有关方面的应用了解原电池电动势与吉布斯自由能的关系掌握元素电势图及其应用第1页/共76页1.无机三大反应（酸碱反应、沉淀反应、配位反应）都无电子转移，都是电子论的酸碱反应；氧化还原反应是有电子转移的反应。2.电子转移通常是多步进行的，反应速率比其它三类更重要。如合成氨81 氧化还原反应的基本概念一、概述：第2页/共76页1.氧化数 oxidation number是在分子式中原子的表观电荷数。(假设成键的电子都属于电负性较大的原子，例HCl）经验规定：P99具体规则如下：具体规则如下：1.单质中元素的氧化数为单质中元素的氧化数为0,如如H2、N2、O2 中中H、N、O 的氧化数为的氧化数为0。2.中性分子元素的氧化数的代数和为0，如 As2S3 2（+3）+3（-2）=0第3页/共76页3.多原子离子中元素氧化数的代数和等于 离子电荷，如NO3-：+5+3(-2)=-1 4氢一般为+1，与活泼金属(NaH、CaH2)化合时为-1。5氧一般为-2，在过氧化物中（H2O2）为 -1，在超氧化物（NaO2）中为-1/2，在 OF2为+2。6氟的氧化数为-1。第4页/共76页（1 1）NaNa2 2S S2 2OO3 3 Na Na2 2S S4 4OO6 6 氧化数升高称氧化反应氧化数升高称氧化反应 +2 +2.5 +2 +2.5 其本身物质称还原剂其本身物质称还原剂（2 2）K K2 2CrCr2 2OO7 7 CrCrOO5 5 其反应产物称氧化产物其反应产物称氧化产物 +6 +10 +6 +10 氧化数降低称还原反应氧化数降低称还原反应（3 3）K KOO2 2 K KOO3 3 其本身物质称氧化剂其本身物质称氧化剂 -0.5 -1/3 -0.5 -1/3 其反应产物称还原产物其反应产物称还原产物请指出下列分子式中指定元素的氧化数注意：1 1）同种元素可有不同的氧化数；2 2）氧化数可为正、负和分数等；3 3）氧化数不一定符合实际元素的电子转移情况。S2O32-S的氧化数为2，第5页/共76页氧化数与化合价的区别化合价是原子成化学键的数，都是整数。离子化合物，氧化数等于化合价，CaF2共价化合物，不一定相等CH4,CH3Cl,CH2Cl2,CHCl3,CCl4中碳的氧化数与化合价各是多少？第6页/共76页2.氧化还原反应氧化还原反应 1.氧化与还原 氧化：氧化数升高的过程。还原：氧化数降低的过程。Cu2+Zn Zn2+Cu氧化还原第7页/共76页2.氧化剂与还原剂氧化剂：使其它物质氧化，反应中自身被 还原。氧化数降低的物质。还原剂：使其它物质还原，反应中自身被 氧化。氧化数升高的物质。2FeCl3 +2KI 2FeCl2 +I2 +2KCl氧化剂 还原剂第8页/共76页常见氧化剂：KMnO4、K2Cr2O7、Fe2(SO4)3、HNO3 氧化数：Mn:+7、Cr:+6、Fe:+3、N:+5 常见还原剂：H2 Zn CO H2S Sn2+氧化数：H:0 Zn:0 C:+2 S:-2 Sn:+2第9页/共76页 2KClO3 =2KCl +3O2 自氧化还原反应自氧化还原反应 Cl2+H2O =HClO+HCl 歧化反应歧化反应H2O2 +2Fe2+2H+2Fe3+2H2O 氧化剂 H2O2 +Cl2 2HCl +O2还原剂第10页/共76页一是氧化剂（氧化型）在反应过程中氧化数降低转换为氧化数较低的还原型的半反应，另一是还原剂（还原型）在反应过程中氧化数升高转换为氧化数较高的氧化型的半反应。氧化还原半反应：Cu2+/CuCu2+2e CuZn2+2+/ZnZn2+2e ZnO/R O ne R3 氧氧化化还还原原电电对对第11页/共76页氧化还原反应：Cu2+/CuZn2+2+/ZnCu2+Zn Cu Zn2+一对氧化型和还原型构成的共轭体系称为氧化还原电对，通式为：氧化型/还原型Cu2+/Cu ,Zn2+/Zn，H+/H2第12页/共76页a)写出主反应物与生成物b)求出氧化剂与还原剂中氧化数的变化c)以最小公倍数除以变化数，作为系数d)配平氧化数无变化的原子数e)配平氢，找出参与反应（或生成）的水f)最后核对氧酸介中去氧加氢成水，增氧加水成氢；碱介中去氧加水成羟，增氧加羟成水82 氧化还原方程式配平 balancing redox equition1.氧化数法第13页/共76页配平原则：依据反应中氧化剂与还原剂得失电子数相等。适于分子反配平原则：依据反应中氧化剂与还原剂得失电子数相等。适于分子反应或离子反应式。应或离子反应式。例例1 1：HClOHClO把把BrBr2 2氧化成氧化成HBrOHBrO3 3，本身被还原成，本身被还原成HClHCl，配平此反应方程式。，配平此反应方程式。解：解：1 1）写出反应物、产物及反应条件写出反应物、产物及反应条件 HClO+Br HClO+Br 2 2 HBrO HBrO3 3 +HCl +HCl 2 2）找出氧化剂和还原剂）找出氧化剂和还原剂的氧化数变化值及其最小公倍数的氧化数变化值及其最小公倍数 HClO+Br HClO+Br 2 2 HBrO HBrO3 3 +HCl +HCl 3 3）配平氧化剂、还原剂前）配平氧化剂、还原剂前系数系数 5HClO+Br 5HClO+Br 2 2 2HBrO 2HBrO3 3 +5HCl +5HCl 4 4）检查反应式两边的）检查反应式两边的H H原子数，用原子数，用H H2 2OO等进行总配平，最后核实氧等进行总配平，最后核实氧 5HClO+Br 5HClO+Br 2 2+H H2 2O O =2HBrO=2HBrO3 3 +5HCl +5HCl22 5第14页/共76页例2 写出并配平：KMnO4+HCl MnCl2+Cl2第15页/共76页 KMnO4H2C2O4MnSO4+2CO2 2KMnO45H2C2O42MnSO4+10CO27252(3 4)1*2写 出 并 配 平：H2SO4介质中KMnO4H2C2O4第16页/共76页写 出 并 配 平Cu2S+HNO3Cu2S+HNO3Cu(NO3)2+H2SO4+NO书上P101例5-1第17页/共76页写 出 并 配 平Cl2+KOH逆歧 化 反 应：KClO3+KCl Cl2+KOH3Cl2+6KOH KClO3+5 KCl3 Cl2+6KOH KClO3+5 KCl+3H2O歧 化 反 应Cl2+KOHKClO3+KCl2*1=22*5=102*5=10 2*1=2 书上P101例5-2第18页/共76页 试 试 看：1.KMnO4+K2SO3+H2SO4 MnSO4+K2SO4+H2O2.KMnO4+K2SO3+KOH K2MnO4+K2SO4+H2O3.KMnO4+K2SO3+H2O MnO2 +K2SO4 +KOH 请请 注注 意意 高高 锰锰 酸酸 钾钾 在在 不不 同同 介介 质质 中中 的的 不不 同同 产产 物！物！第19页/共76页 答 案：1)2KMnO4+5 K2SO3+3H2SO4 2MnSO4+6 K2SO4+3 H2O2)2KMnO4+K2SO3+2KOH 2K2MnO4+K2SO4+H2O3)2 KMnO4+3K2SO3+H2O 2MnO2 +3K2SO4 +2KOH第20页/共76页2.离 子 电 子 法是本课的重点1)写出并配平两个半反应。也要注意：酸介中去氧加氢成水，增氧加水成氢；碱介中去氧加水成羟，增氧加羟成水2)两式乘以适当系数后相加（必要时消去重复项)，得总的离子方程式。第21页/共76页先看书上P102的例子，再看P103口诀酸介中去氧加氢成水，增氧加水成氢；碱介中去氧加水成羟，增氧加羟成水介质条件介质条件介质条件介质条件比较方程式两边比较方程式两边比较方程式两边比较方程式两边氧原子数氧原子数氧原子数氧原子数配平时左边应加配平时左边应加配平时左边应加配平时左边应加的物质的物质的物质的物质生成物生成物生成物生成物酸酸酸酸 性性性性左边左边左边左边OO多多多多HH+HH2 2OO左边左边左边左边OO少少少少HH2 2OOHH+碱碱碱碱 性性性性左边左边左边左边OO多多多多HH2 2OOOH OH 左边左边左边左边OO少少少少OH OH HH2 2OO中性（或中性（或中性（或中性（或弱碱性）弱碱性）弱碱性）弱碱性）左边左边左边左边OO多多多多HH2 2OOOHOH 左边左边左边左边OO少少少少HH2 2O O（中性）（中性）（中性）（中性）OH OH （弱碱性）（弱碱性）（弱碱性）（弱碱性）HH+HH2 2OO配平氧原子的经验规则第22页/共76页例：配平在硫酸性介质中KMnO4氧化 H2C2O4生成CO2和水的反应（1 1）写出氧化还原反应的两个半反应式）写出氧化还原反应的两个半反应式 MnOMnO4 4-Mn Mn2+2+（还原）（还原）C C2 2OO4 42-2-CO CO2 2 （氧化）（氧化）（2 2）配平原子数（关键在于氧原子数的配平，口诀）配平原子数（关键在于氧原子数的配平，口诀）MnOMnO4 4-8H8H+=Mn Mn2+2+4H4H2 2OO（还原）（还原）C C2 2OO4 42-2-=2CO 2CO2 2 （氧化）（氧化）（3 3）配平电荷数（若电荷总数不等，可加电子）配平电荷数（若电荷总数不等，可加电子）MnOMnO4 4-8H8H+5e+5e-=Mn Mn2+2+4H4H2 2OO（还原）（还原）C C2 2OO4 42-2-=2CO 2CO2 2+2e+2e-（氧化）（氧化）离子电子式离子电子式（4 4）配平离子反应式（消去电子及重复项）配平离子反应式（消去电子及重复项）2MnO2MnO4 4-16H16H+5C5C2 2OO4 42-2-2Mn 2Mn2+2+10CO10CO2 2 8H8H2 2OO第23页/共76页（1 1）写出氧化还原反应的两个半反应式）写出氧化还原反应的两个半反应式 MnOMnO4 4-Mn Mn2+2+（还原）（还原）SOSO3 32-2-SO SO4 42-2-（氧化）（氧化）（2 2）依据反应介质和得（失）电子数配平半反应式）依据反应介质和得（失）电子数配平半反应式 MnOMnO4 4-8H8H+5e 5e =Mn Mn2+2+4H4H2 2OO（还原）（还原）SOSO3 32-2-H H2 2O O =SO SO4 42-2-2H2H+2e 2e （氧化）（氧化）离子电子式离子电子式 （3 3）依据电子得失数相等，消去两边的电子）依据电子得失数相等，消去两边的电子 2MnO2MnO4 4-6H6H+5SO5SO3 32-2-2Mn 2Mn2+2+5SO5SO4 42-2-3H3H2 2OO例：配平在酸性介质中KMnO4氧化 SO32-生成MnSO4的反应第24页/共76页例：配平在碱性介质中ClO-+CrO2-Cl-+CrO42-（1 1）写出氧化还原反应的两个半反应式）写出氧化还原反应的两个半反应式 ClOClO-Cl Cl-（还原）（还原）CrOCrO2 2-CrO CrO4 42-2-（氧化）（氧化）（2 2）依据反应介质和得（失）电子数配平半反应式）依据反应介质和得（失）电子数配平半反应式 ClOClO-H H2 2O O 2e 2e =Cl Cl-2OH2OH（还原）（还原）CrOCrO2 2-4OH4OH-=CrO CrO4 42-2-2H2H2 2O O 3e 3e （氧化）（氧化）（3 3）依据电子得失数相等，消去两边的电子）依据电子得失数相等，消去两边的电子 2MnO2MnO4 4-6H6H+5SO5SO3 32-2-2Mn 2Mn2+2+5SO5SO4 42-2-3H3H2 2OO离子电子式第25页/共76页1.将氧化剂与还原剂放在一起，化学能转化为热能，而不是电能。例：2H2+O2=2H2O（燃烧）2.原电池是将化学能转化为电能的装置：例：2H2+O2=2H2O （燃料电池）83 电极电势原电池第26页/共76页盐桥的作用：为了维持两个半电池的电中性，以保证原电池的正常工作。请看104页下脚标构造：两个半电池导线盐桥原电池图(Zn为负极Cu为正极)第27页/共76页半反应：ZnZn2+2e Cu2+2eCu全反应：Zn+Cu2+=Cu+Zn2+3.原电池的表示法例1第28页/共76页例2原电池由两个半电池组成，而每一个半电池均由还原态物质和氧化态物质组成，称为电对Zn2+/ZnCu2+/CuFe3+/Fe2+H+/H2Cl2/Cl-O2/OH-氧化态在上，还原态在下，之间以斜线隔开第29页/共76页4.原电池与电解池原电池：将化学能电能电解池：将电能化学能第30页/共76页作业：P120 2(偶数题),3第31页/共76页8-2 电极电势及其应用一.半电池的电极电势：定义：金属与其盐溶液接触界面之间的电势差,简称为该金属的电极电势。电势差如何产生的？见书105第32页/共76页当金属锌插入锌盐溶液中，金属锌棒带负电荷,在锌棒附近的溶液中就有较多的正离子吸引在金属表面附近,结果金属表面附近的溶液所带的电荷与金属本身所带的电荷恰好相反,形成一个双电层。M M M Mn+n+(aq)+ne(aq)+ne-二二 、电极电势的产生、电极电势的产生第33页/共76页双电层之间存在电位差，这种由于双电层的作用在金属和它的溶液之间产生的电位差,叫做金属的电极电势电极电势(electrode potential)。电极电势的大小主要取决于电对的本性，但也同体系的温度、浓度等外界条件有关。Cu-Zn原电池，正是由于两电极的平衡电极电势不同，当用导线将两极连接起来，则两极之间就有一定电势差，从而产生电流。第34页/共76页平衡状态电极电势的绝对值无法直接确定，但可选定某一电极的平衡电极电势作为参比标准，将待测电极的平衡电极电势与之比较，从而得到待测电极的相对电极电势值。通常选标准氢电极(standard hydrogen electrode)作参比电极。三、标准电极电势三、标准电极电势第35页/共76页标准氢电极 standard hydrogen electrode规定2H+（1mol.L-1）+2e=H2（g)铂片吸附H2达饱和氢电极 298 K，105Pa，纯H2 H+1mol.L-1 硫酸溶液第36页/共76页 规定：所有的离子浓度都为1mol/L，气体压力为100kPa，固体、液体为纯物质，此时的状态称为标准状态。标准电极电势用 表示，标准电池电动势用E 表示，根据物 理学可知：标准电极电势标准电极电势第37页/共76页半电池的标准电极电势 standard potential of half cell半电池的所有物质都处于标准态，与标准氢电极相连，所测得的电势为该半电池的标准电极电势。定义：氢标准电极电势0如氢为负极，则为正；反之为负。第38页/共76页半电池标准电极电势的测量由于氢电极使用不方便，常用饱和甘汞电极来代替。它的 =0.2415v标准锌电极与标准氢电极组成原电池，锌为负极，氢为正极，测得 0.763(V),则 (Zn2+/Zn)=0.000 0.763=-0.763(V)第39页/共76页甘汞电极甘汞电极甘汞电极:金属汞和Hg2Cl2及KCl溶液组成的电极，其构造如图所示。内玻璃管中封接一根铂丝，铂丝插入纯汞中（厚度为0.51cm），下置一层甘汞（Hg2Cl2）和汞的糊状物，外玻璃管中装入KCl溶液，即构成甘汞电极。甘汞电极可以写成:Hg,Hg2Cl2（S）KCl电极反应：Hg2Cl2(s)+2e 2Hg（l）2Cl-(aq）当温度一定时，不同浓度的KCl溶液使甘汞电极的电势具有不同的恒定值。饱和甘汞电极第40页/共76页甘汞电极电极电势c c（KCl)KCl)mol/Lmol/L电极电势电极电势E E /V/V0.10.11 1饱和饱和HgHg2 2ClCl2 2（s s）+2e+2e-=2Hg=2Hg（l l）+2Cl+2Cl-（0.1 mol/L)0.1 mol/L)HgHg2 2ClCl2 2（s s）+2e+2e-=2Hg=2Hg（l l）+2Cl+2Cl-（1 mol/L)1 mol/L)HgHg2 2ClCl2 2（s s）+2e+2e-=2Hg=2Hg（l l）+2Cl+2Cl-（饱和饱和)0.333370.333370.28010.28010.24120.2412第41页/共76页标准电极电势表（注意酸碱介质）标准电极电势表（注意酸碱介质）第42页/共76页标准电极电势表标准电极电势表1.1.1.1.电池反应表示为还电池反应表示为还原过程原过程,氧化型氧化型nenenene=还原型；还原型；还原电势还原电势2.2.2.2.注意电极反应的溶注意电极反应的溶液酸碱性液酸碱性3.3.3.3.氧化剂、还原剂的氧化剂、还原剂的强弱可由电势值大小强弱可由电势值大小来判断：电势值越小，来判断：电势值越小，还原型物质是越强的还原型物质是越强的还原剂还原剂4.4.4.4.电势值反映物质得电势值反映物质得失电子的倾向，它与失电子的倾向，它与物质的量无关物质的量无关5.5.5.5.该表为该表为298.15K298.15K298.15K298.15K时的时的标准电极电势标准电极电势6.6.6.6.标准电极电势是指标准电极电势是指标准状态下的电极电标准状态下的电极电势（本表不能用于非势（本表不能用于非水溶液或熔融盐）水溶液或熔融盐）第43页/共76页注意：电极电势无加和性。因因电电极极电电势势代代表表的的是是电电对对得得失失电电子子的的一一种种能能力力，所所以以无无论论电电极极反反应应的的系系数数乘乘或或除除以以任任何何实实数数，电电极极电势的数值都不变。电势的数值都不变。根根据据值值的的大大小小可可以以判判断断氧氧化化型型物物质质氧氧化化能能力力和和还原型物质还原能力的相对强弱。还原型物质还原能力的相对强弱。它反映了一个半电池得失电子的能力，如它反映了一个半电池得失电子的能力，如ZnZn易失易失去电子而去电子而CuCu2 2易得到电子。易得到电子。在半电池的共轭电对中，氧化态氧化能力越强，在半电池的共轭电对中，氧化态氧化能力越强，则它的共轭还原态的还原能力就越弱。则它的共轭还原态的还原能力就越弱。第44页/共76页二.原电池（全电池）的标准电动势 electromotive force 将两个半电池相连，组成全电池（原电池）它的标准电动势E(+)-(-)如：Zn2+/Zn=-0.763v Cu2+/Cu=0.337v 则原电池的电动势E 0.337+0.763=1.1v第45页/共76页三.能斯特（Nernst)方程式对于半反应的电极电势，浓度与温度都会影响到它的值，可用能斯特方程式表示：式中R为气体常数；F为法拉弟常数；T为热力学温度；n为电极反应得失的电子数。A(氧化型)+ne A(还原型)第46页/共76页应用能斯特方程式应注意以下几点：（1）方程式中氧化型、还原型是包括参加反应的所有物质的浓度;即：如果电极反应中，除了氧化态和还原态物质外，还有参加电极反应的其他物质，如H+、OH-存在，则应把这些物质也表示在能斯特方程中。（2）纯固体和纯液体和水的浓度为常数1;（3）若电极反应中有气体参加，则气体用分压表示。（4）电极反应式中的化学计量数为浓度或分压的方次（aA氧化态）+ze-bB（还原态）第47页/共76页例：写出下列电极反应在298K时的电极电势计算式（书108页）例：已知电极反应式，求电极电势（书108页）（aA氧化态）+ze-bB（还原态）第48页/共76页四.影响电极电势的因素 influencing factors1.浓度的影响：第49页/共76页2.溶液酸度的影响 acidity in solution 如果H+、OH-也参加电极反应，酸度的影响常是很显著的。（假设除氢外，其他物质均处于标准态）第50页/共76页3.沉淀对电极电势的影响influence of precipitation第51页/共76页五.求原电池电动势的方法1.先求两个半反应的电极电势，再求原电池的电动势。P110 例592 E=E+0.0592/z lg(C(反应物)/C(生成物)（推导 见P111）E(+)-(-)第52页/共76页求原电池的电动势实例P111 例510：负极发生氧化反应正极发生还原反应第53页/共76页根据热力学理论，在恒温恒压下，系统的吉布斯自由能的降低值等于系统所做的最大有用功（非膨胀功）:六、原电池的电动势和六、原电池的电动势和rG的关系的关系 =W（电池电功）W EQ nFE nFE 第54页/共76页 其中：F 法拉第常数，F=96485Jmol-1V-1 n 电极反应中转移的电子数 E 电池的电动势,单位为伏特(V)当电池中所有物质都处于标准状态时，电池的电动势为标准电动势E,则第55页/共76页1.由原电池的电动势求G 离子反应式第56页/共76页2.由原电池反应的G求E 第57页/共76页作业：P120 7(1)(2);8(3)16(2)第58页/共76页8-3 电极电势的应用及元素电势图第59页/共76页见P459 标准电极电势表：1.越负，其还原态的还原能力越强，氧化态的氧化能力就越弱；越正，则反之。2.电极电势表分在酸中和碱中，要注意介质。8-3-1电极电势的应用一.判断氧化剂与还原剂的强弱。氧化态+电子数=还原态强氧化剂强还原剂第60页/共76页二.判别氧化还原反应的方向 prediction of redox direction反应正向进行反应逆向进行方法1.通过原电池电动势判断将氧化还原反应排成原电池，计算原电池电动势E0E 0在标准状态下正反应自发进行。第64页/共76页c(Pb2)=0.1molL-1，c(Sn2)=2 molL-1=-0.13+0.0592/2 lg 0.1=-0.16(V)=-0.14+0.0592/2 lg2 =-0.13 VE=-0.16-(-0.13)=-0.03(V)0左 发生歧化,原因?P118 对角线关系第74页/共76页作业：作业：P121 18P121 18；2222；2626第75页/共76页感谢您的观看！第76页/共76页