氧化还原反应49249

1、氧化还原反应492491、 氧化还原反应 1.氧化与还原氧化本来是指物质与氧化合，还原是 指从氧化物中去掉氧恢复到未被氧化前的状态的反应。任何一个氧化还原反应都可看作是两 个半反应之和。例如，铜的氧化反应可 以看成是下面两个半反应的结果：Cu(s)-2e- =Cu2+ (g)+2e- =O2-2. 氧化还原电对我们把一个还原型物种(电子给体)和 一个氧化型物种(电子受体)称为氧化还 原电对： 氧化型+ ze还原型在书写半反应时，要把电对的氧化型物种写在左边，还原型物种写在右边。3. 元素的氧化数指某元素一个原子的荷电数，这种荷电数是假设把每个化学键中的电子指定 给电负性更大的原子而求得。确定氧

2、化数的一般原则是： a. 任何形态的单质中元素的氧化数等于零。 b. 多原子分子中，所有元素的氧化数之和等于零。 c. 单原子离子的氧化数等于它所带的 电荷数。多原子离子中所有元素的氧化数之和等于该离子所带的电荷数。d. 在共价化合物中，可按照元素电负性的大小，把共用电子对归属于电负性 较大的那个原子，然后再由各原子的电荷数确定它们的氧化数。 e. 氢在化合物中的氧化数一般为+1，但在金属氢化物中，氢的氧化数为-1。氧在化合物中的氧化数一般为-2，但在 过氧化物为-1, 在超氧化物中为-1/2。 f. 氟在化合物中的氧化数皆为-1 。 注意：HOF SeOF CrO OsO氧化还原反应氧化还原

3、方程式的配平4. 氧化还原方程式的配平以高锰酸钾和氯化钠在硫酸溶液中的反应为例，说明用氧化数法配平氧化还原反应方程式的具体步骤。 a. 根据实验确定反应物和产物的化学式： KMnO4+ NaCl + H2SO4Cl2 +MnSO4+K2SO4+Na2SO4 + H2O氧化还原反应氧化还原方程式的配平b.找出氧化数升高及降低的元素。锰的氧化数降低5；氯的氧化数升高1，氯 气以双原子分子的形式存在，NaCl的化 学计量数至少应为2；氧化数降低5KMnO4+NaCl+H2SO4Cl2+MnSO4+K2SO4+Na2SO4 +H2O氧化数升高2氧化还原反应氧化还原方程式的配平c. 计算氧化数降低与升高

4、的最小公倍数，上述反应式中5和2的最小公倍数为 10，可知高锰酸钾的系数为2，而氯气的系数为5，氯化钠的系数为10:氧化数升高25 KMnO4+NaCl+H2SO4Cl2+MnSO4+K2SO4+Na2SO4 +H2O氧化数降低52氧化还原反应氧化还原方程式的配平d. 配平反应前后氧化数没有变化的原子数。2KMnO4+10NaCl+8H2SO4 =5Cl2+2MnSO4+K2SO4+5Na2SO4+8H2Oe. 最后核对氧原子数。该等式两边 的氧原子数相等，说明方程式已配平。二、原电池原理及应用1、原电池原理实验1：把一块锌片和一块铜片平行地插入盛有 稀硫酸的烧杯中，会产生什么现象？方程式？Z

5、n Cu Zn CuH2SO4H2SO4实验2：把锌片和铜片在上端连接起来，又会产 生什么现象？ 请解释原因。结论：两极发生氧化还原反应，产生电流。（1）原电池定义：把 化学能转变为电能的装置 （2）原理 负极：电子流出的电极（发生氧化反应） 正极：电子流入的电极（发生还原反应） 电子流： 电流：负极（锌） 正极（铜） 正极 负极 正极导线 溶液导线*导线中有电流通过，使化学能转变为电能。（3）原电池反应 电极反应式:锌片（负极）Zn 2e- = Zn2+ (氧化反应)铜片（正极）2H+ + 2e- = H2 (还原反应)总反应式： Zn + 2H+ = Zn2+ + H2 2、构成原电池的条

6、件归纳：构成原电池的条件：（1）活性不同的两个电极（发生氧化还原反应） （2）电解质溶液（提供自由移动的阴阳离子） （3） 闭合回路（外电路、内电路）讨论：Cu - Zn 原电池正、负两极附近离子浓度有 什么变化？3、两极附近离子浓度的变化 正、负两极附近离子浓度的变化取决于两极上的 电极反应。3、如何得到持续稳定的电流？为何引入盐桥？在硫酸铜溶液中放入一片锌，将发 生下列氧化还原反应：Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu这个反应同时有热量放出，这是化 学能转变为热能的结果。这一反应也 可在图1所示的装置中进行。KCl(aq)图1 铜锌原电池1. 原电池的表示方法 原电池由两个半电池组成

7、，在上述铜 锌原电池中，烧杯中的锌和锌盐溶液 组成一个半电池，烧杯 中的铜和铜盐 溶液组成另一个半电池，两个半电池用 盐桥连接。为了方便，在电化学中通常 表示为：Zn ZnSO 4 (1mol / L) CuSO 4 (1mol / L) Cu?原电池和电极原电池的表示方法 原电池的表示的一般方法为：a. 负极在左，正极在右； b. 单垂线“”表示界面； c. 双垂线“?”?表示盐桥； d. 标注温度和压力； e. 标注所有影响电极电势（电动势）的 因素，如物质状态，电解质浓度等。?原电池和电极电极及电极种类 2. 电极及电极种类 原电池总是由两个半电池组成，半 电池又可称为电极。常见电极可分

8、 为三大类：?原电池和电极电极及电极种类 第一类电极： ?金属与其阳离子组成的电极 ?氢电极 ?氧电极 ?卤素电极 ?汞齐电极?原电池和电极电极及电极种类 第二类又称难溶盐电极：?原电池和电极电极及电极种类 第三类又称氧化-还原电极：四、电极电势及其应用1. 电极电势原电池中有电流，表明原电池有电位差 (即电池电动势)构成两电极的电位不等(电 极电势之差)： 电流方向 铜 锌 电 电 极 极 电 电 极 极 电 电 势 势 较 较 低 ? (Cu2+/Cu) ? (Zn2+/Zn) 高原电池电动势等于两电极的电极电势 之差： E = ? (+)? (-) = ? (Cu2+/Cu)? (Zn2

9、+/Zn) 当电极反应中所涉及的物质处 于标准态时(各物质的浓度为1个单 位，气体的压力为1标准压力，固体 为纯态)，此时电极电势为“标准电 极电势”(? ? ) E ? = ? ?(+)? ? (-) = ? ?(Cu2+/Cu)? ? (Zn2+/Zn)单个电极的电势值的绝对值 无法测得。如果能测得，必须有 电子得失，此时电极性质发生了 变化不是原来的电极。但在实际中，只要测得各个 电极对于同一基准电势的相对值， 就可以计算出任意两个电极所组 成的电池的电动势。2. 标准氢电极 标准氢电极规定：氢气压力为1 标准压力、溶液中H+活度为1时的氢 电极。 Pt|H2(p ?)|a(H+)=1

10、电极反应 2H+ + 2e- = H2规定标准氢电极的电极电势为零。3. 标准电极电势规定：将标准氢电极作为负极，待测 电极为正极，组成电池.Pt|H2(p ?)|a(H+)=1| |待测电极此电池的电动势即为待测电极的电极电势。 标准电极电势：待测电极中各反应组 分均处于各自的标准态时的电极电势。E ? = ? ?(Cu2+/Cu) - ? ? H+/H2) = +0.340 V ? ?(Cu2+/Cu) = 0.340 V标准电极电势表二类标准电极氢电极使用不方便，用有确定电极势 的甘汞电极作二级标准电极。Cl-(aCl-)|Hg2Cl2|Hg Hg2Cl2 + 2e 2Hg+2Cl0.1

11、 mol/L 1.0 mol/L 0.337V 0.2801VSat.0.2412V4. 外因对电极电势的影响(物质浓度 的影响) 能斯特方程 :? =?氧化型 RT ln + nF 还原型当T298.15 K时 (25oC)? = ? ?+0.0592n 氧化型 lg 还原型五、电解及其原理实验1电解CuCl2溶液阴极：Cu2+ + 2e- =Cu 阳极：2Cl- - 2e- =Cl2电解CuCl2 = Cu + Cl2分析：溶液中存在的离子CuCl2 = Cu2+ + 2Cl-H2OH+ + OH-离子的迁移 Cu2+、H+ 阴极Cl-、OH- 阳极 离子的放电顺序： 阴极： Cu2+ H

12、+ 阳极： Cl- OH-实验2电解H2SO4溶液离子的迁移 H+ 阴极 电极方程式 阴极： 4H 2H+ +4e +2e- = 2H H22 阳极：4OH- - 4 4e- = O2 + 2H2O 离子的放电顺序： 阴极： H+ 阳极： OH- SO42SO42-、OH- 阳极实验3电解NaOH溶液离子的迁移 Na+、H+ 阴极 电极方程式 阴极： 4H+ +4e- = 2H2 阳极：4OH- - 4e- = O2 + 2H2O 离子的放电顺序： 阴极： H+ Na+ 阳极： OHOH- 阳极离子在阴、阳极的放电顺序阴极： Cu2+ H+ Na+ 阳极： Cl- OH- SO42-形成推论：

13、阴极：3+ 2+ Na+ Ag+ Cu2+ H+ Fe2+ Zn2+ H O Al Mg 2阳极：S2- SO32- I- Br- Cl- OH- 族价含氧酸根 F-用惰性电极电解下列物质一段时间后，加入何 种物质可使电解液恢复到电解以前的状态？ 电解质溶液 Na2SO4 加入的物质 H2O H2O CuO CuCl2 HClH2SO4CuSO4 CuCl2 NaCl思考：用Pt电极电解H2SO4、NaOH、Na2SO4等溶 液时，实际的结果就是电解水，请问在这些实验 中加入上述电解质的原因。增加溶液的导电性实验4用Pt电极电解加有石蕊的Na2SO4溶液实验现象的观察 阴极： 溶液变蓝色 阳极

14、： 溶液变红色 将两极区的溶液进行混合 显紫色电解Na2SO4溶液 电解水pH pH Na2SO4浓度增大总结用惰性电极电解下列电解质的过程中，极区 溶液pH、溶液pH的变化规律电解质 H2SO4 NaOH CuSO4 阴极 阳极 电解总方程式 溶液pH 2Cu2+4Ag+2H2O = 2H2 + O2 2H2O = 2H2 + O2+ 2H2O = 2Cu + O2 + 4H+通电 通电通电通电 AgNO3NaCl KBr CuCl2+ 2H2O = 4Ag + O2 + 4H+通电 通电2Cl- + 2H2O = Cl2 + H2 + 2OH- 2Br-+ 2H2O = Br2 + H2

15、+ 2OH+ 2Cl通电Cu2+= Cu + Cl2实验用Cu作阳极、C作阴极，电解硫酸溶液阴极： 2H+ + 2e- = H2 阳极：Cu - 2e- = Cu2+总方程式：Cu + 2H+ = Cu2+ + H2通电利用电解池可以使非自发进 行的氧化还原反应得以实现。? 电解的应用电镀池的构造 精炼铜的基本原理氯碱工业的 生产工艺流程NaCl饱和溶液 +隔膜 铁网 石墨 隔膜法电解槽六. 元素标准电极电势图及其应用如果一种元素有几种氧化态，就可形成 多种氧化还原电对。如铁有0，+2，+3和+6 等氧化态，因此就有下列几种电对及相应的 标准电极电势：半反应Fe2+2eFe3+eFe3+ 3e

16、FeO42-+8H+3eFe3+4H2O Fe Fe2+ Fe?-0.447 0.771 -0.037 2.20把同种元素不同氧化态间的标准电 极电势按照由高到低的顺序排成图解：FeO422.20V Fe 0.771V 3+ Fe2+ -0.447V Fe0.037V这种表示一种元素各种氧化态之间标 准电极电势关系的图解叫做元素电势图， 又称拉蒂默(Latimer)图。(1) 判断氧化剂的强弱 以锰在酸性(pH0)和碱性(pH14)介 质中的电势图为例： 酸性溶液1.507V 0.558V 2.24V 0.907V 1.541V MnO4MnO42MnO2 Mn3+ Mn2+ 1.679V 1

17、.224V-1.185V Mn碱性溶液0.558V -0.2V 0.15V 0.60V MnO42MnO4MnO2 Mn(OH)3 Mn(OH)2 0.595V -0.045V -1.55V Mn电极电势越低，低价态的物质 越容易被氧化；电极电势越高，高 价态的物质越容易被还原。(2) 判断是否发生歧化反应 歧化反应是指元素本身发生氧化还原 反应。根据元素电势图可判断能否发生 歧化反应，一般来说，对于：A左? 0左B右? 0右C? ? ? ?左 即能发生歧化反应。右例如根据锰的电势图可以判断，在酸 性溶液中MnO4 2-可以发生歧化反应：3MnO42-+4H+=2MnO4-+MnO2+2H2O

18、在碱性溶液中Mn(OH)3可发生歧化 反应：2Mn(OH)3 = Mn(OH)2+MnO2+2H2O(3) 从相邻电对的电极电势求另一电 对的电极电势：例如，在碱性溶液中溴的电极电势：BrO30.54V BrO0.45V Br2 1.066V Br-？电对BrO3-/Br-的半反应：BrO3-+3H2O 6eBr-+ 6OH(4 0.54)+(1 0.45)+(1 1.066) ? ?(BrO3-/Br-)= V 6 0.61V七、电解及电镀1. 电解池负极：Cu22e = Cu， 发生还原反应，为阴极； 正极：4OH4e = 2H2OO2， 发生氧化反应，为阳极。2. 电解过程法拉第定律 （

19、1）电极上发生化学变化的物质的量与 通入的电量成正比;（2）若几个电解池 串联, 各电解池发生反应的物质的量相同。即：QnzF 法拉第常数F：一摩尔电子所带电量的 绝对值(约96500C?mol1)3. 电流效率（电能效率）指电解过程中析出一定数量的某物质 理论所需电量（电流）与实际消耗电量 （电流）之比。4.电镀电镀是电解的实际应用的一种，电镀 的典型应用主要有以下几种： 金属的电镀：防腐及增加机械强度等； 铝及其合金的电化学氧化及表面着色； 塑料电镀五、金属的电化学腐蚀与防腐1.金属的电化学腐蚀金属表面与周围介质发生化学及电化 学作用而遭受破坏，叫做金属腐蚀。金 属表面与介质如气体或非电解

20、质液体等 因发生化学什用 而引起的腐蚀，叫做化 学腐蚀，化学腐蚀作用进行时没有电流 产生。金属表面与介质如潮湿空气、电 解质溶液等因发生电化学作用而引起的 腐蚀，叫做电化学 腐蚀。2. 电化学腐蚀产生原因当两种金属或者两种不同的金属制成 的物体相接触，同时又与其他介质(如潮 湿空气、其他潮湿气体、水或电解质溶 液等)相接触时，就形成了一个原电池， 进行原电池的电化学作用。3. 析氢腐蚀与吸氧腐蚀阳极上Fe发生氧化作用：Fe 2e- = Fe2+阴极发生的反应可能是氢离子被还原 成H2析出：+ 2H +2e= H2(g)阴极发生该种反应称为析氢腐蚀。另一种反应可能是大气中的氧气在阴 极上取得电子

21、，在电极上发生还原反应： O2(g)+4H+(aq)+4e- = 2H2O(l) 阴极发生该种反应称为吸氧腐蚀。由于氧气的电极电势比氢气更正，说 明有氧气存在时腐蚀更严重。Fe2与溶液中的OH结合，生成氢氧 化亚铁Fe(OH)2，然后又和潮湿空气中 水分和 氧发生作用，最后生成铁锈： 4Fe(OH)2+2H2O+O2 = 4Fe(OH)3金属的电化学腐蚀，实际上是形成了 许多微电池，它和前面所述的原电池， 并没有本质上的区别。4. 金属的防腐常用的有下列几种方法： 非金属保护层 金属保护层阳极保护层 阴极保护层电化学保护保护器保护 阴极电保护 阳极电保护加缓蚀剂保护六、常见化学电源1、一次电池锌筒石墨棒 NH4Cl、ZnCl2 和 H2O等 MnO2和C普通锌锰电池负极 （Zn）：Zn = Zn 2+ + 2e-正极（MnO2和C）：普通锌-锰干电池的结构MnO2(s)+2NH4+(aq)+2e- = Mn2O3(s)+2NH3+H2O电池反应： Zn+MnO2(s)+ 2NH4+(aq) = Zn 2+ + Mn2O3(s)+2NH3+H2O缺点：放电量小，放电过程中漏液碱性锌-锰干电池 电池反应：碱性电池Zn+2MnO2+2