氧化还原反应与氧化还原滴定.ppt
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1、第十章第十章氧化还原反应与氧化还原反应与氧化还原滴定氧化还原滴定 内容简介内容简介v氧化还原反应氧化还原反应v原电池与电极电位原电池与电极电位v氧化还原滴定法氧化还原滴定法10-1 氧化还原反应一、基本概念1.氧化数IUPAC规定:氧化是某元素的一个原子的表观电荷数。是将成键电子指定给电负性较大的原子而求得数值 在有些氧化还原反应中电子得失关系不明显,反应中不能明确指出电子得失,只是电子在元素原子间的偏向不同,难于用电子得失衡量,为此引入氧化数规则:(1)单质中氧化数为0(2)H在一般化合物中的氧化数为+1,一元金属氢化物中为-1(3)氧一般氧化数为-2,除过氧化物,超氧化物外(4)简单离子的
2、氧化数等于离子的电荷数(5)共价化合物中氧化数等于该原子在此化合态时的形式电荷(6)分子或离子的总电荷数为各元素氧化数的代数和,分子的总电荷数为0(7)F在化合物中的氧化数为-1氧化数的计算:1)KMnO4中Mn的氧化数2)Na2S4O6中S的氧化数3)Fe3O4中Fe的氧化数氧化数与化合价的区别:1)氧化数是一种形式电荷,表示元素原子平均的表观氧化状态;化合价表示元素原子结合成分子时,原子数目的比例关系。2)氧化数是为说明物质的氧化状态而引入的一个概念,可为正数,负数,分数,小数;化合价是离子键和共价键的电价数和共价数,不能为分数或小数。2.氧化与还原(1)电子发生转移或偏移,并且引起元素氧
3、化数变化(2)氧化数上升的过程称为氧化;氧化数下降的过程称为还原(3)同一反应中存在氧化还原两个半反应 例:Zn(s)+Cu 2+(aq)=Zn 2+(aq)+Cu(s)Zn(s)-2e=Zn 2+(aq)氧化数 0+2 (氧化半反应)Cu 2+(aq)+2e=Cu(s)氧化数+2 0 (还原半反应)氧化剂与还原剂:(1)氧化剂:氧化还原反应的物质中某个元素氧化数有所降低,称为氧化剂。(2)还原剂:氧化还原反应的物质中某个元素氧化数有所升高,称为还原剂(3)介质:反应前后任何元素都没有发生氧化数的改变的物质称为介质 氧化还原反应的分类:(1)一般的氧化还原反应:不同物质中的不同元素之间发生电子
4、转移(2)自身氧化还原反应:同一物质中的不同元素之间发生电子转移(3)歧化反应:同一物质中的同种元素之间发生电子转移(4)反歧化反应(歧化的逆过程):不同物质中同种元素之间发生电子转移3.氧化还原电对(1)氧化还原电对:氧化还原反应中的反应物与其产物组成的物质对 (2)表示:氧化态(型)/还原态(型)例:Cl2+2Br-=2Cl-+Br2 氧化还原电对:Cl2/Cl-Br2/Br-(3)氧化还原反应的实质是两个氧化还原电对之间发生电子交换的过程每个电对中氧化型物质与还原型物质之间存在如下共扼关系:氧化态+ne 还原态(4)氧化还原电对中较强的氧化剂对应较弱的还原剂较强的还原剂对应较弱的氧化剂一
5、个氧化还原电对中,氧化型物质做氧化剂,还原型物质做还原剂同一物质在不同电对中可表现出不同性质(氧化性和还原性)最高氧化数的元素只能做氧化剂;而最低氧化数的元素只能做还原剂;中间氧化数的元素既可以做氧化剂又能做还原剂4.氧化与还原半反应式 氧化剂和它的共轭还原剂或还原剂与它的共轭氧化剂之间的关系用方程式表示。元素的原子数守恒,并用电子数使电荷平衡,这样的方程式为氧化还原半反应方程式,每个电对都对应一个氧化还原半反应 Cu 2+/Cu Cu 2+2e-=Cu S/S 2 S+2e=S 2 H2O2/OH H2O2+2e =2 OH (1)还原半反应:半反应式左侧写氧化型物质,右侧写还原型物质 Zn
6、-2e=Zn2+(2)氧化半反应:半反应式左侧写还原型物质,右侧写氧化型物质 Zn2+2e=Zn(3)写法:当电对构成中有O元素,应根据介质要求来写半反应方程式若电对构成元素减少n个O 在H+介质中,左侧可加2n个H+,使O 元素结合成H2O 在OH-介质中,左侧可加n个H2O,使生成2n个OH-例:MnO4/Mn 2+MnO4+8H+5e-=Mn2+4H2O若电对构成元素增加n个O 在H+介质中,左侧可加n个H2O,生成2n个H+在OH-介质中,左侧可加2n个OH-,生成n个H2O MnO4/Mn 2+Mn2+4H2O 5e-=MnO4+8H+10-2 原电池与电极电位 要 点1.电池符号2
7、.电极电位及标准电极电位3.标准电极电位表的应用4.电极电位的影响因素5.Nernst公式的写法及运用 6.电极电位的应用7.元素电位图及其应用一、原电池1.原电池:利用自发的氧化还原反应产生电流的装置,使化学能转化为电能。证明了氧化还原反应中有电子的转移。2 装置:CuSO4+Zn=ZnSO4+Cu (见 图)3 作用机理:Zn-2e=Zn2+Cu+2e=Cu2+4 意义:理论上,任意一个自发的氧化还原反应可以设计为在原电池中进行。原电池装置图盐盐 桥桥负极(氧负极(氧化反应)化反应)正极(还正极(还原反应)原反应)AZnSO4CuSO4ZnCu5.电极和电极符号(1)电极:原电池由两个半电
8、极构成,每一半电极称为一个电极。一个电极对应一个 氧化还原电对。氧化型 OX1/Red1 正极还原型 OX2/Red2 负极(2)电极的类型:依电极的组成不同分类:Fe3+Fe2+Pt电极金属金属离子电极:由金属及其离子溶液组成。电极反应 电极符号 Cu 2+2e Cu(c1)Cu(s)|Cu 2+(c1)Zn 2e Zn2+(c2)Zn(s)|Zn2+(c2)气体 离子电极:由气体与其饱和的离子溶液+惰性电极组成。2H+(c)+2e H2 Pt,H2(P)|H+(c)均相氧化还原电极:由同一元素不同氧化数对应的物质、介质及惰性电极组成 1)Cr2O72-/Cr3+Cr2O72-+14H+6e
9、-2Cr3+7H2O 电极符号:Pt|Cr2O72-(c1),Cr3+(c2),H+(c3)2)IO3-/I2 2IO3-+12H+10e-I2+6H2O 电极符号:Pt|IO3-(c1),I2(c2),H+(c3)3)H2O2/H2O 2H2O2+2H+2e-2H2O 电极符号:Pt|H2O2(c1),H+(c2)金属金属难溶盐阴离子电极 给金属表面涂以该金属难溶盐后,将其浸入与金属难溶盐有相同阴离子的溶液中而构成 电极反应 AgCl+e Ag+Cl-电极符号 Ag(s),AgCl(s)|Cl-(c)电极反应 Hg2Cl2+2e-2Hg+2Cl-电极符号 Hg(l),Hg2Cl2(s)|Cl
10、-(c)(3)电池符号:(-)Zn(s)|Zn 2+(1.0 molL-1)|Cu 2+(1.0 molL-1)|Cu(s)(+)1)负极在左边,正极在右边2)|表示相界面 3)|表示盐桥 4)注明溶液的浓度,气体的分压和固体的形态 5)若有惰性电极也应在电池符号中表示出来 M n+P n+例写出下列反应的电池符号:写出下列反应的电池符号:Cu(s)(s)+Cl2(0.1MPa)=Cu2+(1molL-1)+Cl-(1molL-1)负极负极(氧化半反应氧化半反应):):Cu(s)(s)2e Cu2+(1molL-1)正极正极(还原半反应还原半反应):):Cl2(0.1MPa)+e Cl-(1m
11、olL-1)电池符号电池符号:(-)Cu(s)(s)|Cu2+(1molL-1)|Cl-(1molL-1)|Cl2(0.1MPa)|Pt(+)2Fe2Fe3+3+(0.1mol(0.1mol(0.1mol(0.1mol L L L L-1-1-1-1)+SnSn2+2+(0.1mol(0.1mol L L-1-1)=2Fe2Fe2+2+(0.1mol(0.1mol L L-1-1)+SnSn4 4+(0.1mol(0.1mol L L-1-1)负极负极负极负极(氧化半反应氧化半反应氧化半反应氧化半反应):):):):Sn Sn2+2+(0.1mol(0.1mol L L-1-1)2e2e-Sn
12、Sn 4+4+(0.1mol(0.1mol L L-1-1)正极正极正极正极(还原半反应还原半反应还原半反应还原半反应):):):):Fe Fe3+3+(0.1mol(0.1mol L L-1-1)+e e-FeFe2+2+(0.1mol(0.1mol L L-1-1)电池符号电池符号:(-)Pt|(-)Pt|SnSn2+2+(0.1mol(0.1mol L L-1-1),SnSn4+4+(0.1mol(0.1mol L L-1-1)|Fe Fe3+3+(0.1mol(0.1mol L L-1-1),),FeFe2+2+(0.1mol(0.1mol L L-1-1)|Pt(+)|Pt(+)注:
13、注:注:注:原电池中必须有一个固体电极作为电子得失的场所,常原电池中必须有一个固体电极作为电子得失的场所,常原电池中必须有一个固体电极作为电子得失的场所,常原电池中必须有一个固体电极作为电子得失的场所,常用用用用PtPtPtPt惰性电极来提供这样的场所惰性电极来提供这样的场所惰性电极来提供这样的场所惰性电极来提供这样的场所.故电池符号中故电池符号中故电池符号中故电池符号中必须必须必须必须要表示出要表示出要表示出要表示出来来来来.vNO3-(0.1molL-1)+2Fe2+(0.1molL-1)+3H+(0.1molL-1)=HNO2(0.1molL-1)+2Fe3+(0.1molL-1)+H2
14、O(l)负极负极(氧化半反应氧化半反应):):Fe2+(0.1molL-1)2e-Fe3+(0.1molL-1)正极正极(还原半反应还原半反应):):3H+(0.1molL-1)+NO3-(0.1molL-1)+2e-HNO2(0.1molL-1)+H2O(l)电池符号电池符号:(-)Pt|Fe3+(0.1molL-1),Fe2+(0.1molL-1)|NO3-(0.1molL-1),HNO2(0.1molL-1),H+(0.1molL-1)|Pt(+)vMnO2(s)+H2O2(1.0molL-1)+2H+(1.0molL-1)=Mn2+(0.5 molL-1)+O2(50KPa)+2H2O
15、(l)负极负极(氧化半反应氧化半反应):):H2O2(1.0molL-1)2e-O2(50KPa)+2H+(1.0molL-1)正极正极(还原半反应还原半反应):):MnO2(s)+4H+(1.0molL-1)+2e-Mn2+(0.5 molL-1)+2H2O(l)电池符号电池符号:(-)Pt|O2(50KPa)|H2O2(1.0molL-1),H+(1.0molL-1)|Mn2+(0.5 molL-1),H+(1.0molL-1)|MnO2(s)|Pt(+)注:反应体系中的固体物质(非电极物质)应写在电池符号靠近反应体系中的固体物质(非电极物质)应写在电池符号靠近惰性电极的地方惰性电极的地方
16、例写出下列原电池的电极反应和电池反应式例写出下列原电池的电极反应和电池反应式(-)Pt|H2(0.1MPa),H+(1.0molL-1)|Ag+(1.0 molL-1)|Ag(+)电极反应式:电极反应式:负极负极(氧化半反应氧化半反应):):H2(0.1MPa)2e-=2H+(1.0molL-1)正极正极(还原半反应还原半反应):):2Ag+(1.0molL-1)+2e-=2Ag(s)电池反应式:电池反应式:H2(0.1MPa)+2Ag+(1.0 molL-1)=2 H+(1.0molL-1)+2Ag(s)v(-)Sn|Sn2+(1.0molL-1)|Cu2+(1.0molL-1)|Cu(+)
17、电极反应式:负极(氧化半反应):Sn 2e-=Sn2+(1.0molL-1)正极(还原半反应):Cu2+(1.0molL-1)+2e-=Cu(s)电池反应式:Sn(s)+Cu2+(1.0molL-1)=Sn4+(1.0molL-1)+Cu(s)(-)Fe|Fe2+(0.1molL-1)|Cl-(1.0molL-1)|Cl2(100KPa)|Pt(+)电极反应式:负极(氧化半反应):Fe(s)2e-=Fe2+(1.0molL-1)正极(还原半反应):2Cl-(1.0molL-1)+2e-=Cl2(100KPa)电池反应式:Fe(s)+Cl2(100KPa)=Fe2+(1.0molL-1)+2Cl
18、-(1.0molL-1)(-)Fe|Fe2+(1.0molL-1)|H+(1.0molL-1)|H2(100KPa)|Pt(+)电极反应式:负极(氧化半反应):Fe(s)2e-=Fe2+(1.0molL-1)极(还原半反应):2Cl-(1.0molL-1)+2e-=Cl2(100KPa)电池反应式:Fe(s)+2H+(1.0molL-1)=Fe2+(1.0molL-1)+H2(100KPa)(-)Zn|Zn2+(0.1molL-1)|H+(10 4molL-1)|H2(0.1MPa),Pt(+)电极反应式:负极(氧化半反应):Zn 2e-=Zn 2+(0.1 molL-1)正极(还原半反应):
19、2H+(10-4 molL-1)+2e-=H2(0.1MPa)电池反应式:Zn(s)+2H+(10-4 molL-1)=Zn 2+(0.1molL-1)+H2(0.1MPa)(-)Pt|Fe3+(10-3 molL-1),Fe2+(0.1molL-1)|MnO4-(0.1molL-1),Mn2+(10-4 molL-1),H+(1.0molL-1)|Pt(+)负极(氧化半反应):5Fe2+(0.1molL-1)5e-=5Fe3+(10-3 molL-1)正极(还原半反应):MnO4-(0.1molL-1)+8H+(1.0molL-1)+5e-=Mn2+(10-4molL-1)+4H2O(l )
20、电池反应式:5Fe2+(0.1molL-1)+MnO4-(0.1molL-1)+8H+(1.0molL-1)=Mn2+(10-4molL-1)+4H2O(l )(-)Pt|O2(100KPa)|H2O2(1.0molL-1),H+(1.0molL-1)|Cr2O72-(1.0molL-1),Cr 3+(1.0molL-1),H+(1.0molL-1)|Pt(+)负极(氧化半反应):3H2O2(1.0molL-1)6e-=6H+(1.0molL-1)+3O2(100KPa)正极(还原半反应):14H+(1.0molL-1)+Cr2O72-(1.0molL-1)+6e-=Cr3+(1.0molL-
21、1)+7H2O(l)电池反应式:14H+(1.0molL-1)+H2O2(1.0molL-1)+Cr2O72-(1.0molL-1)=2Cr 3+(1.0molL-1)+7H2O(l)(-)Fe|Fe2+(1.0molL-1)|H+(1.0molL-1)|H2(100KPa)|Pt(+)电极反应式:负极(氧化电极反应式:负极(氧化半反应):Fe(s)2e-=Fe2+(1.0molL-1)正极(还原半反应):2Cl-(1.0molL-1)+2e-=Cl2(100KPa)电池反应式:Fe(s)+2H+(1.0molL-1)=Fe2+(1.0molL-1)+H2(100KPa)二、电极电位和标准电极
22、电位1.电极电位的产生:1)原电池的电动势(E):E 是电池反应推动力的量度已知电池的E值,可以判断氧化还原反应能否发生以及预测反应发生的程度2)电极电位的产生:M M n+ne-溶解溶解沉积沉积CuSO4溶液溶液电极电位产生(图示扩散双电层)电极电位产生(图示扩散双电层)Cu片片Zn片片 ZnSO4溶液溶液沉积倾向大于溶解沉积倾向大于溶解溶解倾向大于沉积溶解倾向大于沉积Cu 2+Cu 2+Cu 2+Cu 2+Cu 2+Cu 2+Cu 2+Cu 2+SO4SO4SO4SO4SO4SO4Cu 2+Cu 2+SO4SO4SO4SO4Cu 2+Cu 2+Cu 2+Cu 2+Cu 2+Cu 2+SO4
23、Zn 2+eeeeeeeeeeeeeZn 2+Zn 2+Zn 2+Zn 2+Zn 2+Zn 2+Zn 2+Zn 2+Zn 2+Zn 2+Zn 2+Zn 2+Zn 2+Zn 2+Zn 2+Zn 2+Zn 2+2.标准电极电位:(1)引入标准电极电位的原因:值的绝对值无法测量,且其相对值也说明水溶液中物质的氧化还原能力 负极负极+正极正极Ve盐桥盐桥E =+规定规定=0E=+(2)标准氢电极简介:P(H2)=100KPac(H+)=1.0molL-1规定:H+/H2=0伏电极反应:H2(g)H+e-(3)标准电极电位标准电极电位:参加电极反应的物质均处于标准态时,该电极为标准电极,电极电位为标准电
24、极电位符号:标准电池:E =+性质:值大小与温度关系不大,值大小与得失电子数无关,值大小与反应速度无关,值大小与反应方向无关,值大小将物质在水溶液中的氧化还原能力定量化 (4)标准电极电位的测定:例:(-)Zn|Zn2+(1.0molL-1)|H+(1.0molL-1)|H2(100KPa)|Pt(+)例:(-)Pt|H+(1.0molL-1)|H2(100KPa)|Cu2+(1.0molL-1)|Cu(+)(5)标准电极电位表:1)表中电极反应以OX+ne Red 表示,相应于电对OX/Red Fe3+e-=Fe2+0.771 V MnO4-+e-=Mn2+1.507 V 2)越大,OX/R
25、ed 中OX的氧化能力越大,Red的还原能力越小 越小,OX/Red 中,Red的还原能力越大,OX的氧化能力越小3)注意分清查酸表还是碱表,同一元素同一氧化态离子在酸性或碱性介质中的标准电极电位不同 Zn2+2e-Zn =-0.763V ZnO22-+2H2O+2e-=Zn+4OH-=-1.216V电极反应中有H+出现查酸表,有OH-出现查碱表 O2+4H+4e-=2H2O Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-无H+,OH-出现者依其存在状态考虑。不受H+,OH-存在影响的电对列在酸表中4)值大小反映物质得失电子的能力,为强度性质的物理量,与电极反应的写法无关.Ag+e-Ag Ag+/
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- 氧化 还原 反应 滴定
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