大学化学-第五章-氧化还原反应课件.ppt

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1、上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录第五章第五章 氧化还原反应氧化还原反应5.1 氧化还原反应的基本概念氧化还原反应的基本概念5.2 氧化还原反应方程式的配平氧化还原反应方程式的配平5.3 电极电势电极电势5.4 电极电势的应用电极电势的应用5.5 元素电势图及其应用元素电势图及其应用1 1上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录 学习要求学习要求1.掌握氧化还原反应的基本概念掌握氧化还原反应的基本概念2.掌握离子电子法配平氧化还原方程式掌握离子电子法配平氧化还原方程式3.理解电极电势的概念理解电极电势的概念4

2、.掌握能斯特公式并进行有关的计算，学掌握能斯特公式并进行有关的计算，学会用电极电势判断氧化还原反应的方向、会用电极电势判断氧化还原反应的方向、次序及选择氧化剂和还原剂次序及选择氧化剂和还原剂5.掌握原电池电动势、吉布斯自由能变、掌握原电池电动势、吉布斯自由能变、平衡常数及容度积常数的关系及应用平衡常数及容度积常数的关系及应用6.了解电极电势在有关方面的应用了解电极电势在有关方面的应用7.掌握元素电势图及其应用掌握元素电势图及其应用2 2上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录5.1 氧化还原反应的基本概念氧化还原反应的基本概念 离子化合物：离子化合物：N

3、aCl Na：+1 Cl：-1Al2O3 Al：+3 O：-2一、一、氧化数氧化数 定义：元素的氧化数是指某元素一个原子的表定义：元素的氧化数是指某元素一个原子的表观电荷数。它是假设把共用电子对指定给电负性较观电荷数。它是假设把共用电子对指定给电负性较大的原子而求得。大的原子而求得。共价化合物共价化合物 HCl H：+1 Cl：-1 H2O H：+1 O：-23 3上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录具体规则如下：具体规则如下：1.单质中原子的氧化数为单质中原子的氧化数为0,如如H2、N2、O22.中中H、N、O 的氧化数为的氧化数为0。2.中性分子

4、中，各元素的氧化数的代数和为中性分子中，各元素的氧化数的代数和为0，如，如 As2S3 2（+3）+3（-2）=03.多原子离子中所有原子氧化数的代数和等于离多原子离子中所有原子氧化数的代数和等于离子电荷，如子电荷，如NO3-：+5+3(-2)=-1 4氢一般为氢一般为+1，与活泼金属，与活泼金属(NaH、CaH2)化合时化合时为为-1。5氧一般为氧一般为-2，在过氧化物中（，在过氧化物中（H2O2）为）为-1，在，在超氧化物（超氧化物（NaO2）中为）中为-1/2，在，在OF2中为中为+2。6氟的氧化数为氟的氧化数为-1。4 4上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录

5、本章目录本章目录上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录二、二、氧化还原反应氧化还原反应 1.氧化与还原氧化与还原 氧化：氧化：氧化数升高的过程。氧化数升高的过程。还原：还原：氧化数降低的过程。氧化数降低的过程。Cu2+Zn Zn2+Cu氧化氧化还原还原2.氧化还原反应：氧化还原反应：物质中元素氧化数发生物质中元素氧化数发生变化的反应。其实质在于电子的变化的反应。其实质在于电子的得失和得失和偏移。偏移。6 6上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录3.氧化剂与还原剂氧化剂与还原剂氧化剂：氧化剂：氧化数降低的物质。氧

6、化数降低的物质。还原剂：还原剂：氧化数升高的物质氧化数升高的物质2FeCl3 +2KI 2FeCl2 +I2 +2KCl氧化剂氧化剂 还原剂还原剂 还原产物还原产物 氧化产物氧化产物7 7上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录3.氧化还原电对氧化还原电对4.氧化还原反应中，氧化剂与它的还氧化还原反应中，氧化剂与它的还原产物、还原剂与它的氧化产物组成的电原产物、还原剂与它的氧化产物组成的电对成为氧化还原电对。如：对成为氧化还原电对。如：5.Cu2+/Cu ,Zn2+/Zn，H+/H2 6.通式为：通式为：7.氧化型氧化型/还原型还原型。8 8上一页上一页

7、上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录二、二、离子电子法离子电子法 配配平平原原则则：氧氧化化剂剂得得电电子子数数与与还还原原剂剂失电子数相等。失电子数相等。步骤：步骤：1写出反应物和产物的离子形式写出反应物和产物的离子形式 Cr2O72-+Fe2+Cr3+Fe3+2.写成两个半反应写成两个半反应 氧化反应：氧化反应：Fe2+Fe3+还原反应：还原反应：Cr2O72-Cr3+1010上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录3.配平两个半反应（配平

8、原子和电子）配平两个半反应（配平原子和电子）氧化反应氧化反应：Fe2+-e Fe3+还原反应还原反应:Cr2O72-+6e+14H+2Cr3+7H2O配平了的半反应式称为配平了的半反应式称为离子电子式。离子电子式。介质介质 反应物多一个氧原子反应物多一个氧原子 反应物少一个氧原子反应物少一个氧原子酸性酸性 +2H+=H2O +H2O2H+碱性碱性 +H2O=2OH-+2OH-H2O中性中性 +H2O2OH-+H2O2H+配平半反应的原则：配平半反应的原则：1111上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章

9、目录本章目录本章目录本章目录12核对核对:-6=-62MnO4-+SO32-+2OH-2MnO42-+SO42-+H2O氧化反应：氧化反应：SO32-+2OH-2e SO42-+H2O 还原反应：还原反应：MnO4-+e MnO42-例：例：MnO4-+SO32-MnO42-+SO42-（碱性介质）（碱性介质）1313上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录 锌与锌离子（铜与铜离子）构成锌与锌离子（铜与铜离子）构成电极，电极，又叫又叫半电池。半电池。电池反应电池反应(氧化还原

10、反应氧化还原反应)：Zn +Cu2+Zn2+Cu使化学能转变为电能的装置叫使化学能转变为电能的装置叫原电池原电池负极（氧化反应）：负极（氧化反应）：Zn-2e Zn2+正极（还原反应）：正极（还原反应）：Cu2+2e Cu1515上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录电极与电对的区别：电极与电对的区别：电对电对仅包括电极反应中氧化性物质及其还仅包括电极反应中氧化性物质及其还原产物（或还原型物质及其氧化产物）；原产物（或还原型物质及其氧化产物）；电极电极包括参加反应的所有物质；包括参加反应的所有物质；每个电对对应一个电极反应，每个电极反每个电对对应一个电

11、极反应，每个电极反应中必有一个电对与之对应。应中必有一个电对与之对应。如：如：电极反应：电极反应：MnO4-+5e+8H+Mn2+H2O 电对：电对：MnO4-/Mn2+1616上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录二、二、电极电势电极电势 1.1.电极电势的产生电极电势的产生 把金属把金属把金属把金属MM插入含有该金属离插入含有该金属离插入含有该金属离插入含有该金属离子的盐溶液中：子的盐溶液中：子的盐溶液中：子的盐溶液中：溶解（失电子）溶解（失电子）沉积（得电子）沉积（得

12、电子）M Mn+ne-电极电势用符号电极电势用符号电极电势用符号电极电势用符号 表示。某一电对的电极电势可表示。某一电对的电极电势可表示。某一电对的电极电势可表示。某一电对的电极电势可表示为表示为表示为表示为:氧化态氧化态氧化态氧化态/还原态还原态还原态还原态 如：如：如：如：Cu Cu 2+2+/Cu/Cu电极的电极电势可写为电极的电极电势可写为电极的电极电势可写为电极的电极电势可写为Cu Cu 2+2+/Cu/Cu Zn Zn2+2+/Zn/Zn电极的电极电势可写为电极的电极电势可写为电极的电极电势可写为电极的电极电势可写为ZnZn2+2+/Zn/Zn1818上一页上一页上一页上一页下一页

13、下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录 标准电池电动势用标准电池电动势用E 表示，根据物表示，根据物理学可知：理学可知：(1)标准电极电势标准电极电势 标准状态下的电极电势。用标准状态下的电极电势。用 表示。表示。所谓标准状态是指组成电极的物质，气体所谓标准状态是指组成电极的物质，气体的分压为的分压为100KPa，离子浓度为，离子浓度为1molL-1。2.标准电极电势和标准氢电极标准电极电势和标准氢电极1919上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录电极电势：电极电势：规定规定25时，时，电极反应：电极反应：H2 2H+2e(2)标准氢电极标

14、准氢电极 电极构成：电极构成：电极符号：电极符号：Pt,H2(100KPa)H+(1molL-1)2020上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录 (3)标准电极电势的测定标准电极电势的测定 用标准氢电极与标准状态下的其他电极组用标准氢电极与标准状态下的其他电极组成原电池，测量该原电池的电动势，即可求得该电成原电池，测量该原电池的电动势，即可求得该电极的标准电极电势。极的标准电极电势。例：测铜电极的电极电势例：测铜电极的电极电势 2121上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录例：测铜电极的电极电势例：测铜电极的电

15、极电势根据检流计偏转方向，测得根据检流计偏转方向，测得铜电极为铜电极为正极正极,氢电极为负极氢电极为负极，并测得，并测得E =0.340V因为因为2222上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录(4)标准电极电势表分为酸表和碱表。标准电极电势表分为酸表和碱表。Fe3+e Fe2+只能存在于酸性溶中只能存在于酸性溶中.MnO4-+e MnO42-只能存在于碱性只能存在于碱性溶液中溶液中.(3)与电极反应中的计量数无关。与电极反应中的计量数无关。例：例：以下两个反应的以下两个反应

16、的 -0.763VZn2+2e Zn 2Zn2+4e 2Zn2424上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录aOx（aq）+ze bRed（aq）三、三、能斯特方程能斯特方程R摩尔气体常数摩尔气体常数F法拉第常数法拉第常数z电极反应中得失电子数电极反应中得失电子数(Ox)氧化态活度氧化态活度(Red)还原态活度还原态活度2525上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录在稀溶液中用浓度代替活度，则：在稀溶液中用浓度代替活度，则：2626上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录上

17、一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录MnO4-+5e+8H+Mn2+4H2O Red、Ox并非专指氧化数有变化的物质，并非专指氧化数有变化的物质，而是包括了参加而是包括了参加电极反应电极反应的所有物质。的所有物质。2828上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录四、四、原电池的电动势原电池的电动势E与与rG rG -zFErGm -zFEz转移电子数转移电子数F法拉第常数，法拉第常数，F96487Cmol-12929上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录上一页上一页上一页

18、上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录5.4 电极电势的应用电极电势的应用一、一、计算原电池的电动势计算原电池的电动势 或或二、二、表示氧化还原能力的相对强弱表示氧化还原能力的相对强弱例：例：例：例：电对电对电对电对 MnOMnO4 4-/Mn/Mn2+2+Br Br2 2/Br/Br-Cu Cu2+2+/Cu/Cu 1.51 1.068 0.342 1.51 1.068 0.342 1.51 1.068 0.342 1.51 1.068 0.342氧化能力：氧化能力：氧化能力：氧化能力：MnOMnO4 4-Br Br2 2 Cu Cu2+2+还原能力：还原能力：还原能

19、力：还原能力：MnMn2+2+Br Br-Cu Cu越大，其电对中越大，其电对中氧化型物质氧化型物质的的氧化性越强氧化性越强。越小，其电对中越小，其电对中还原型物质还原型物质的的还原性越强还原性越强。3131上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录三、三、判断氧化还原反应方向判断氧化还原反应方向 rG 0，正向自发，正向自发 rG 0，E 0在标准状态下正反应自发进行。在标准状态下正反应自发进行。3333上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录Pb2=0.1molL-1，Sn2=2 molL-1=-0.13+0.0

20、592/2 lg 0.1=-0.16(V)=-0.14+0.0592/2 lg2 =-0.13 VE=-0.16-(-0.13)=-0.03(V)左左，B发生歧化反应，即发生歧化反应，即BA+C右右左左酸性条件下，酸性条件下，Cu+不稳定，发生歧化反应不稳定，发生歧化反应 Cu+Cu+Cu2+4545上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录2.计算未知电对的电极电势计算未知电对的电极电势(z1)(z2)(z3)ABCD(zx)1 12 23 3x xzxx=zzz 332211+4646上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章

21、目录本章目录(2)判断哪些物种可以歧化判断哪些物种可以歧化?例：例：已知已知Br的元素电势图如下的元素电势图如下 (1)321。和和、求求 -Br1.0774Br0.4556BrO BrO230.6126 3 1 24747上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录-Br1.0774Br0.4556BrO BrO230.6126 3 1 2解：解：4848上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录(2)0.51960.7665-Br1.0774Br0.4556BrO BrO230.5357Br2、BrO-可以歧化。可以

22、歧化。4949上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录自测题：自测题：1.对于反应对于反应I2+2ClO3-=2 I O3-+Cl2，下面，下面 说法中不正确的是（）说法中不正确的是（）A 此反应为氧化还原反应此反应为氧化还原反应 B Cl2是氧化产物，是氧化产物，IO3-是还原产物是还原产物 C I2是还原剂，是还原剂，ClO3-是氧化剂是氧化剂 D 碘的氧化数由增至碘的氧化数由增至+，氯的氧化，氯的氧化 数由数由+降为降为 B5050上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录2.用反应用反应Zn+2Ag+2Ag+

23、Zn2+组成原电池组成原电池,当当Zn2+和和Ag+均为均为1mol L-1，在，在298K时时,该电池的标准电动势该电池的标准电动势E为为()A.E=2(Ag+/Ag)(Zn2+/Zn)B.E=(Ag+/Ag)2(Zn2+/Zn)C.E=(Ag+/Ag)(Zn2+/Zn)D.E=(Zn2+/Zn)(Ag+/Ag)C5151上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录C3.已知已知ClO4-/ClO3-的的 =1.19V,O3/O2的的 =2.07V,Cr3+/Cr2+的的 =-0.410V,Cu2+/Cu+的的 =0.158V,标准状态下，标准状态下，各电

24、对中最强的氧化剂和还原剂是各电对中最强的氧化剂和还原剂是()A.ClO4-和和Cr2+B.Cr3+和和O2 C.O3和和Cr2+D.O3和和Cu+5252上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录4.已知已知 Fe3+/Fe2+的的 =0.77V,Cu2+/Cu 的的 =0.34V,将这两个电对组成自发将这两个电对组成自发 放电的标准电池，其电池符号为放电的标准电池，其电池符号为().(-)Cu|Cu2+(c )Fe3+(c ),Fe2+(c )|Pt(+)5353上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录5.将反应将

25、反应 Zn+Cu2+Zn2+Cu设计为原设计为原 电池，已知电池，已知 若在铜半电池溶液中加入氨水后，则电若在铜半电池溶液中加入氨水后，则电 池电动势池电动势E值将值将().A.增大增大 B.不变不变 C.变小变小 D.无法判断无法判断 C5454上一页上一页上一页上一页下一页下一页下一页下一页本章目录本章目录本章目录本章目录 6.用用Nerst方程式方程式=+lg ，计算，计算MnO4-/Mn2+的电极电势的电极电势，下列叙述不正确的是，下列叙述不正确的是（）A 温度应为温度应为298K B Mn2+浓度增大则浓度增大则减小减小 C H+浓度的变化对浓度的变化对无影响无影响 D MnO4-浓度增大，则浓度增大，则增大增大 C5555