第5章氧化还原反应.ppt

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1、第五章第五章氧化还原反应氧化还原反应5.1.1氧化和还原氧化和还原例：例：Zn+Cu2+Zn2+Cu（电子完全转移）（电子完全转移）H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)（电子部分偏移）（电子部分偏移）2e2e氧化是物质失去电子的作用，还原是物质得到电氧化是物质失去电子的作用，还原是物质得到电子作用。氧化还原反应是一类发生电子转移的反应。子作用。氧化还原反应是一类发生电子转移的反应。但不同的反应中，电子转移情况不尽相同但不同的反应中，电子转移情况不尽相同。5.1 氧化还原反应的基本概念氧化还原反应的基本概念引入引入氧化数氧化数 这个概念这个概念（1)1)判断是否发生氧化还原反应判断是否发生氧化

2、还原反应氧化氧化氧化数升高、氧化反应、还原剂氧化数升高、氧化反应、还原剂 reducing agent reducing agent(reductant)(reductant)；氧化数降低、还原反应、氧化剂；氧化数降低、还原反应、氧化剂 oxidizing agent oxidizing agent(oxidant)(oxidant)。(2)(2)计算氧化计算氧化还原当量还原当量(3)(3)配平氧化配平氧化还原反应方程式还原反应方程式5.1.2氧化数氧化数氧化数：氧化数：氧化数是一个经验值，是一个人为的概念氧化数是一个经验值，是一个人为的概念。化合物分子中各原子在形式上的电荷数及电化合物分子中

3、各原子在形式上的电荷数及电性。性。（即假定把每一化学键中的电子指定给（即假定把每一化学键中的电子指定给电负性更大的原子而求得的）电负性更大的原子而求得的）化合价化合价离子化合物：原子得失电子数及形成离子所离子化合物：原子得失电子数及形成离子所带电性。带电性。共价化合物：原子共用电子对数。共价化合物：原子共用电子对数。（衍生出由电子偏移情况确定正负）（衍生出由电子偏移情况确定正负）例例：CH4CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4 化合价：化合价：44444氧化数：氧化数：-4-20+2+4氧化数规则：氧化数规则：(1)单质氧化数为零；单质氧化数为零；(2)IA、IIA元素在化合物中的氧化数分

4、别为元素在化合物中的氧化数分别为+1、+2；(3)一般常见化合物中：一般常见化合物中：H+1，O-2；在在IA、IIA元素在氢化物中：元素在氢化物中：H-1(NaH、CaH2、NaBH4、LiAlH4)过氧化物中：过氧化物中：O-1，超氧化物中：，超氧化物中：O-1/2(4)在卤化物中：在卤化物中：X-1，卤素含氧酸中：卤素含氧酸中：X+1、+3、+5、+7。(5)在一个分子或离子中，有几个同种元素的原子，该原子氧在一个分子或离子中，有几个同种元素的原子，该原子氧化化数取其平均值。数取其平均值。(6)分子中各原子氧化数的代数和为零；分子中各原子氧化数的代数和为零；离子中各原子氧化数的代数和为离

5、子所带电荷。离子中各原子氧化数的代数和为离子所带电荷。氧化数与化合价的区别氧化数与化合价的区别:例：例：Fe3O4中的中的Fe的化合价一个是的化合价一个是+2，两个是，两个是+3；而而氧化数是氧化数是+8/3。H2S2O3中的中的S的氧化数是的氧化数是+2。化合价只能是整数；而氧化数可以是正负整数、化合价只能是整数；而氧化数可以是正负整数、正负分数、零。正负分数、零。S4O62-中中S的氧化数为的氧化数为+2.5。S2O82-中中S的氧化数为的氧化数为+7。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配平规则：配平规则：（1）初步写出反应方程式，）初步写出反应方程式，反应物反应物生成

6、物生成物（2）找出有氧化数变化的原子，并标明原子所在分子的）找出有氧化数变化的原子，并标明原子所在分子的氧化数变化值；氧化数变化值；（3）按最小公倍数原则，使氧化数升高值与降低值相等；）按最小公倍数原则，使氧化数升高值与降低值相等；（4）介质配平）介质配平（即无氧化数变化的原子数配平（即无氧化数变化的原子数配平 溶剂溶剂H2O）（5）总核。）总核。5.2.1 5.2.1 氧化数法氧化数法例（例（1）As2S3+HNO3H3AsO4+H2SO4+NO As2S3中：中：As+3+5（53）2=4 S 2+66(2)3=24 HNO3中：中：N+5+22 5=3 3 283As2S3+28HNO3

7、6H3AsO4+9H2SO4+28NO介质配平介质配平 O：84个个88个个H：28个个36个个缺缺4个个O原子原子O原子原子88个个88个个H原子原子36个个36个个 （已配平）已配平）3As2S3+28HNO3+4H2O6H3AsO4+9H2SO4+28NOO：84个个84个个H：48个个48个个（已配平）（已配平）例（例（2）P+CuSO4Cu3P+H3PO4+H2SO4P：0+550=5 03（3）0=3 CuSO4中：中：Cu+2+1（1 2）3=3 6 5（6+5）P+15CuSO45Cu3P+6H3PO4+15H2SO4介质配平介质配平 O：60个个84个个H：0个个48个个缺缺

8、24个个O原子原子酸性介质酸性介质11P+15CuSO4+24H2O5Cu3P+6H3PO4+15H2SO45.2.2离子电子法配平离子电子法配平配平规则：配平规则：（1）初步写出离子反应方程式；）初步写出离子反应方程式；（2）分别写成两个半反应（氧化反应、还原反应）；）分别写成两个半反应（氧化反应、还原反应）；（3）将原子配平，）将原子配平，关键在将氧原子数的配平关键在将氧原子数的配平；（4）电荷配平；）电荷配平；（5）按最小公倍数法使得失电子数相等，然后合并成）按最小公倍数法使得失电子数相等，然后合并成一个总反应；一个总反应；（6）整理）整理酸性溶液：酸性溶液：哪边缺氧，哪边加哪边缺氧，哪

9、边加H2O，另一边加，另一边加H+；（方程式中不能有（方程式中不能有OH）；碱性溶液：碱性溶液：哪边缺氧，哪边加哪边缺氧，哪边加OHOH，另一边加，另一边加 H H2 2O O；（方程式中不能有；（方程式中不能有H H+）;中性溶液：无论哪边缺氧，都在反应物中加中性溶液：无论哪边缺氧，都在反应物中加H2O，另，另一边一边加加H+或或OH。介质配平规律：（水溶液中）介质配平规律：（水溶液中）5.2.2离子电子法配平离子电子法配平配平规则：配平规则：（1）初步写出离子反应方程式；）初步写出离子反应方程式；（2）分别写成两个半反应（氧化反应、还原反应）；）分别写成两个半反应（氧化反应、还原反应）；（

10、3）将原子配平，）将原子配平，关键在将氧原子数的配平关键在将氧原子数的配平；（4）电荷配平；）电荷配平；（5）按最小公倍数法使得失电子数相等，然后合并成）按最小公倍数法使得失电子数相等，然后合并成一个总反应；一个总反应；（6）整理）整理MnO4+NO2+H+Mn2+NO3 电荷配平：电荷配平：NO2+H2ONO3+2H+2eMnO4+8H+5eMn2+4H2O 5 22MnO4+5NO2+6H+2Mn2+5NO3+3H2O氧化反应：氧化反应：NO2 NO3+H2O+2H+8H+还原反应：还原反应：MnO4 Mn2+4H2O半反应：半反应：例：例：（1）KMnO4+NaNO2+H2SO4（已配平

11、）（已配平）离子反应方程式离子反应方程式:（2）Cu2S+NO3 Cu2+NO+S8（酸性介质）（酸性介质）8Cu2S16Cu2+S8+32eNO3+4H+3eNO+2H2O 3 3224Cu2S+32NO3+128H+48Cu2+32NO+3S8+64H2O半反应半反应酸性介质中酸性介质中（已配平）（已配平）5.3电极电势电极电势原电池：把化学能转变成电能的装置。原电池：把化学能转变成电能的装置。5.3.1原电池原电池在原电池中，氧化与还原反应分别在两极上在原电池中，氧化与还原反应分别在两极上进行，从而把化学能转化成电能。进行，从而把化学能转化成电能。（使氧化还原反应过程中转移的电子沿导线移

12、动）（使氧化还原反应过程中转移的电子沿导线移动）2eZn2+(aq)+Cu(s)Zn(s)+Cu2+(aq)例例:电极反应电极反应 负极：负极：Zn(s)Zn2+(aq)+2e正极正极：Cu2+(aq)+2eCu(s)A+VCuZn原电池：原电池：)(Cu)(Zn)(Zn)(Cu22saqsaq盐桥：由含盐桥：由含KCl或或Na2SO4饱和溶液的琼脂溶胶注饱和溶液的琼脂溶胶注入入U型管，冷却后成凝胶而制成。型管，冷却后成凝胶而制成。盐桥作用：盐桥作用：(1)利用利用K+(Na+)和和Cl(SO42)的移动，保持电极两的移动，保持电极两端溶液的电中性；端溶液的电中性；(2)构成闭合回路。构成闭合

13、回路。原电池符号的书写规则：原电池符号的书写规则：负极负极“-”在左边，正极在左边，正极“+”在右边，盐桥用在右边，盐桥用“”表示。表示。纯液体、固体和气体写在惰性电极一边用纯液体、固体和气体写在惰性电极一边用“,”分开。分开。半电池中两相界面用半电池中两相界面用“|”分开，同相不同物种用分开，同相不同物种用“,”分开，溶液、气体要注明浓度、压强分开，溶液、气体要注明浓度、压强。界面界面盐桥盐桥界面界面原电池符号原电池符号：（）Zn ZnSO4(1.0mol L 1)CuSO4(1.0mol L 1)Cu（+）)(Cu)(Zn)(Zn)(Cu22saqsaq（）Ag,AgCl Cl-(0.01

14、mol L 1)Ag+(0.01mol L 1)Ag(+)从构成原电池的两个电极来看，每一个电极都从构成原电池的两个电极来看，每一个电极都由一种元素的两种氧化态的物质构成，将其称为由一种元素的两种氧化态的物质构成，将其称为:氧化还原电对氧化还原电对。负极：负极：ZnZn2+正极：正极：Cu2+Cu氧化数高的物种：氧化数高的物种：氧化型，氧化型，Zn2+,Cu2+氧化数低的物种：氧化数低的物种：还原型还原型,Zn,CuZn2+/Zn、Cu2+/Cu、Fe3+/Fe2+、H+/H2、Cl2/Cl 电对的书写：电对的书写：氧化型氧化型/还原型还原型 每一个电极都进行这一个氧化还原反应的半反应。每一个

15、电极都进行这一个氧化还原反应的半反应。还原型还原型氧化型氧化型+ne-5.3.2电极电势电极电势原电池能产生电流，说明原电池的正负两极存在原电池能产生电流，说明原电池的正负两极存在着电势差，我们称之为电动势（着电势差，我们称之为电动势（E）。它是原电池两）。它是原电池两个电极的电势（个电极的电势（）差。）差。E=+金属晶体是由原子、离子和自由电子构成的。当金属晶体是由原子、离子和自由电子构成的。当金属插入其盐溶液时，表面的金属离子会在水分子金属插入其盐溶液时，表面的金属离子会在水分子作用下，以水合离子的形式进入溶液，而把电子留作用下，以水合离子的形式进入溶液，而把电子留在金属片上。同时，溶液中

16、的金属离子会受到金属在金属片上。同时，溶液中的金属离子会受到金属片上电子的吸引，在金属片上沉积。这是两个互为片上电子的吸引，在金属片上沉积。这是两个互为相反的过程：相反的过程：1、电极电势产生的原因、电极电势产生的原因M+xH2OM(H2O)x n+ne溶解溶解沉积沉积溶液中溶液中 金属表面金属表面由于开始时，溶解和沉积的速度不同，当系统达由于开始时，溶解和沉积的速度不同，当系统达到平衡时，金属表面就会有过剩的某种电荷。这些到平衡时，金属表面就会有过剩的某种电荷。这些电荷会吸引溶液中的异性电荷向其靠拢，使电荷会吸引溶液中的异性电荷向其靠拢，使金属金属溶液界面形成双电层，这样就会在金属和溶液之间溶液界面形成双电层，这样就会在金属和溶液之间产生电势差。我们把这种电势差称为该电极的电极产生电势差。我们把这种电势差称为该电极的电极电势。电势。如果金属离子很容易进入溶液，则金属带负电荷，溶液带正电。如果金属离子不易进入溶液，溶液中已经存在的正离子起初向金属沉积速度可能超过正离子由金属进入溶液的速度，因而可使金属带正电荷，溶液带负电。电极电势：金属的电极电势 =V金属(金属表面的电势)V溶液(溶液