第四章氧化还原反应精选文档.ppt
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1、第四章氧化还原反应本讲稿第一页,共三十三页一、氧化还原方程式的配平:一、氧化还原方程式的配平:(一)氧化数法:(一)氧化数法:1 1、氧氧化化数数某某元元素素一一个个原原子子的的荷荷电电数数,这这个个原原子子电电荷荷数数可可由由假假设设把把每每个个键键中中的的电电子指定给电负性更大(非金属性更强)的原子而求得。子指定给电负性更大(非金属性更强)的原子而求得。为了便于确定元素原子的氧化数,有如下规则给予确定:为了便于确定元素原子的氧化数,有如下规则给予确定:在单质中,元素原子氧化数为零。在单质中,元素原子氧化数为零。HH的氧化数一般为的氧化数一般为+1+1,在,在H H与活泼金属的氢化物(如与活
2、泼金属的氢化物(如NaHNaH、CaHCaH2 2等)中为等)中为-1-1。OO的的氧氧化化数数一一般般为为-2-2,但但在在过过氧氧化化物物中中为为-1-1,氟氟化化物物中中(O O2 2F F2 2、OFOF2 2等等)分分别别为为+1+1、+2+2。在离子化合物中,元素原子的氧化数在离子化合物中,元素原子的氧化数=该元素原子的离子电荷数如该元素原子的离子电荷数如CaCa+2+2、ClCl-1-1。在共价化合物中,电子对偏向于非金属性强的元素原子,如在共价化合物中,电子对偏向于非金属性强的元素原子,如 。在在中中性性分分子子中中,各各元元素素原原子子的的氧氧化化数数的的代代数数和和为为零零
3、;在在复复杂杂离离子子中中,各各元元素素原原子氧化数的代数和等于离子的总电荷数。子氧化数的代数和等于离子的总电荷数。例:例:K K2 2CrCr2 2O O7 7 Cr Cr的氧化数的氧化数x=?x=?(+1)2+2x+(-2)7=0,x=+6例:Fe3O4 Fe的氧化数x=?3x+(-2)4=0,x=+8/3注意:氧化数与共价化合物中的共价数不是一回事。本讲稿第二页,共三十三页2 2、配平方法:、配平方法:原则:原则:元素原子氧化数升高的总数元素原子氧化数升高的总数=元素原子氧化数降低的总数;元素原子氧化数降低的总数;反应前后各元素的原子总数相等。反应前后各元素的原子总数相等。例:例:2KM
4、nO 2KMnO4 4+16HCl(+16HCl(浓浓)2MnCl)2MnCl2 2+5Cl+5Cl2 2+2KCl+8H+2KCl+8H2 2O O 2FeS 2FeS2 2+30HNO+30HNO3 3FeFe2 2(SO(SO4 4)3 3+30NO+30NO2 2+H+H2 2SOSO4 4+14H+14H2 2O O 氧化数法简单、快速,即适用于水溶液,又适用于非水体系的氧化数法简单、快速,即适用于水溶液,又适用于非水体系的氧化还原反应。氧化还原反应。本讲稿第三页,共三十三页(二)离子(二)离子-电子法电子法配平原则:配平原则:反应中得、失电子数相等;反应中得、失电子数相等;反应前后
5、各元素的原子总数相等。反应前后各元素的原子总数相等。例1:K K2 2CrCr2 2O O7 7+Na+Na2 2SOSO3 3+H+H2 2SOSO4 4?配平步骤:配平步骤:(1 1)根据实验现象或反应规律写出未配平的离子反应式;)根据实验现象或反应规律写出未配平的离子反应式;Cr Cr2 2O O7 72-2-+SO+SO3 32-2-+H+H+CrCr3+3+SO+SO4 42-2-(2 2)写出并配平两个半反应式;)写出并配平两个半反应式;氧化反应:SOSO3 32-2-+2H+2H+-2eSO-2eSO4 42-2-+H+H2 2O O还原反应:CrCr2 2O O7 72-2-+
6、14H+14H+6e2Cr+6e2Cr3+3+7H+7H2 2O O本讲稿第四页,共三十三页(3 3)根据电子得失相等原则在两半反应式前采用相适当)根据电子得失相等原则在两半反应式前采用相适当系数,并相加、整理、配平的离子方程式。系数,并相加、整理、配平的离子方程式。SOSO3 32-2-+H+H2 2O-2eO-2e SOSO4 42-2-+2H+2H+CrCr2 2O O7 72-2-+14H+14H+6e2Cr+6e2Cr3+3+7H+7H2 2O O 3+)1CrCr2 2O O7 72-2-+3SO+3SO3 32-2-+14H+14H+3H+3H2 2O O 2Cr2Cr3+3+7
7、H+7H2 2O+3SOO+3SO4 42-2-+6H+6H+整理得:整理得:CrCr2 2O O7 72-2-+3SO+3SO3 32-2-+8H+8H+2Cr2Cr3+3+3SO+3SO4 42-2-+4H+4H2 2O O还原为分子方程式:还原为分子方程式:K K2 2CrCr2 2O O7 7+3Na+3Na2 2SOSO3 3+4H+4H2 2SOSO4 4CrCr2 2(SO(SO4 4)3 3+3Na+3Na2 2SOSO4 4+K+K2 2SOSO4 4+4H+4H2 2O O本讲稿第五页,共三十三页例2:碱性介质 Cl2通入热NaOH溶液中的反应。解:ClCl2 2+NaOH
8、 NaClO+NaOH NaClO3 3+NaCl+NaCl离子方程式离子方程式ClCl2 2+OH+OH-ClO ClO3 3-+Cl+Cl-氧化反应:1 Cl1 Cl2 2+12OH+12OH-10e2ClO-10e2ClO3 3-+6H+6H2 2O O 还原反应:5 Cl5 Cl2 2+2e2Cl+2e2Cl-+)合并 6ClCl2 2+12OH+12OH-2ClO2ClO3 3-+10Cl+10Cl-+6H+6H2 2O O 整理得 3ClCl2 2+6OH+6OH-ClOClO3 3-+5Cl+5Cl-+3H+3H2 2O O 还原 3ClCl2 2+6NaOH NaClO+6Na
9、OH NaClO3 3+5NaCl+3H+5NaCl+3H2 2O O 本讲稿第六页,共三十三页 离子电子法配平时,离子电子法配平时,不需要知道元素的氧化数,可直接写出离子反不需要知道元素的氧化数,可直接写出离子反应方程式;应方程式;能反映水溶液中氧化还原反应的实质,但不适能反映水溶液中氧化还原反应的实质,但不适用于气相和固相反应。用于气相和固相反应。本讲稿第七页,共三十三页(一)原电池(一)原电池通过氧化还原反应从化学能转变为电能的装置。通过氧化还原反应从化学能转变为电能的装置。(二)一些基本知识:(二)一些基本知识:1 1、每个原电池都有两个极,规定:、每个原电池都有两个极,规定:流出电子
10、一极流出电子一极负极,发生氧化反应如:负极,发生氧化反应如:Zn-2eZnZn-2eZn2+2+流入电子一极流入电子一极负极,发生还原反应如:负极,发生还原反应如:CuCu2+2+2eCu+2eCu 在两电极上发生的反应均称为电在两电极上发生的反应均称为电极反应(或半电池反应),两反应相极反应(或半电池反应),两反应相加,得电池反应:加,得电池反应:Zn+CuZn+Cu2+2+Cu+ZnCu+Zn2+2+盐桥的作用:使整个装置构成通路盐桥的作用:使整个装置构成通路二、电极电势二、电极电势本讲稿第八页,共三十三页 2 2、每个原电池都可分为两个对称部分,每个部分称为一个、每个原电池都可分为两个对
11、称部分,每个部分称为一个“半电池半电池”。如如 (Zn+ZnSOZn+ZnSO4 4)ZnZn半电池(即一个电极)半电池(即一个电极)(Cu+CuSOCu+CuSO4 4)CuCu半电池半电池 在每一个半电池中都含有同一元素不同氧化数的两种物质,其中高氧化数的在每一个半电池中都含有同一元素不同氧化数的两种物质,其中高氧化数的称氧化型(氧化态)物质;低氧化数的称还原型(还原态)物质,这两种物质配称氧化型(氧化态)物质;低氧化数的称还原型(还原态)物质,这两种物质配合在一起就构成一个氧化还原电对,如合在一起就构成一个氧化还原电对,如ZnZn2+2+/Zn/Zn、CuCu2+2+/Cu/Cu等。等。
12、同种元素的不同氧化值的离子也可构成氧化还原电对,如:同种元素的不同氧化值的离子也可构成氧化还原电对,如:FeFe3+3+/Fe/Fe2+2+、MnOMnO4 4-/Mn/Mn2+2+等。等。非金属单质及其对应的离子,也可构成氧化还原电对,如非金属单质及其对应的离子,也可构成氧化还原电对,如H H+/H/H2 2、O O2 2/OH/OH-等。等。氧化型物质和还原型物质在一定条件下,可以转化,所以表示为:氧化型物质和还原型物质在一定条件下,可以转化,所以表示为:CuCu2+2+2e Cu+2e Cu本讲稿第九页,共三十三页(3)(3)原电池符号:原电池符号:如:如:Cu Cu Zn Zn原电池:
13、(一)原电池:(一)Zn|ZnSOZn|ZnSO4 4(c(c1 1)|CuSO)|CuSO4 4(c(c2 2)|Cu(+)|Cu(+)如果组成电极的物质是非金属单质及其相应的离子或同一元素不同氧化如果组成电极的物质是非金属单质及其相应的离子或同一元素不同氧化数的离子,则需外加惰性电极。数的离子,则需外加惰性电极。惰性电极惰性电极能导电但不参加电极反应的物质,如铂能导电但不参加电极反应的物质,如铂(Pt)(Pt)、石墨等。、石墨等。如如 :Zn+HZn+H2 2SOSO4 4ZnSOZnSO4 4+H+H2 2 ,原电池符号为:,原电池符号为:(-)Zn|ZnSO (-)Zn|ZnSO4 4
14、(c(cl l)|H)|H2 2SOSO4 4(c(c2 2)|H)|H2 2(P(P),PtPt(+)H H2 2+2Fe+2Fe3+3+2Fe2Fe2+2+2H+2H+,原电池符号为:,原电池符号为:(-)Pt (-)Pt,H H2 2(P(P)|H+(c)|H+(c1 1)|Fe)|Fe3+3+(c(c2 2),Fe),Fe2+2+(c(c3 3)|Pt(+)|Pt(+)参加电极反应的气体、纯液体和固体则与惰性电极写在一起。参加电极反应的气体、纯液体和固体则与惰性电极写在一起。如:甘汞电极,电极反应:如:甘汞电极,电极反应:HgHg2 2ClCl2 2+2e2Hg(l)+2Cl+2e2H
15、g(l)+2Cl-半电池符号是:半电池符号是:PtPt,Hg(l)Hg(l),HgHg2 2ClCl2 2(s)/Cl(s)/Cl-(c)(c)本讲稿第十页,共三十三页(二)电极电势的产生:(二)电极电势的产生:原原电电池池中中电电流流的的流流动动说说明明两两电电极极有有电电位位差差,即即电电极极有有电电位位(电势),那么电极电势是怎样产生的?(双电层理论简介)。(电势),那么电极电势是怎样产生的?(双电层理论简介)。当金属浸入其盐溶液时,在其接触面上会出现两种倾向:当金属浸入其盐溶液时,在其接触面上会出现两种倾向:(1)(1)金金属属表表面面原原子子因因热热运运动动及及受受极极性性分分子子的
16、的作作用用,以以离离子子形形式式进溶液;进溶液;(2)(2)溶液中溶液中M Mn+n+(aq)(aq)受金属表面自由电子的吸引沉积到金属表面。受金属表面自由电子的吸引沉积到金属表面。这这样样在在金金属属表表面面及及其其盐盐溶溶液液间间产产生生电电势势差差金金属属平平衡衡电电极极电电势势(简简称称电极电势电极电势)。)。若把两个电极电势不等的电极以原电池形式连接起来,就产生了电流。若把两个电极电势不等的电极以原电池形式连接起来,就产生了电流。本讲稿第十一页,共三十三页 (三)电极电势的测定(三)电极电势的测定 目目前前还还无无法法测测定定电电极极电电势势的的绝绝对对值值,但但可可用用比比较较的的
17、方方法法测测相相对对值值。通常选取标准氢电极作比较的标准,并规定:通常选取标准氢电极作比较的标准,并规定:2H2H+(aq)+2e H(aq)+2e H2 2 E =0.00V E =0.00V 把把要要确确定定电电极极电电势势的的某某电电极极与与标标准准氢氢电电极极组组成成原原电电池池,测测电电动动势势,由由E=EE=E(+)(+)-E-E(-)(-)即可得。实用上为了便于比较,提出了标准电极电势的概念。即可得。实用上为了便于比较,提出了标准电极电势的概念。若待测电极处于标准态(与热力学标准态标准相同):若待测电极处于标准态(与热力学标准态标准相同):(纯纯物物质质,离离子子浓浓度度c=1m
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