[理化生]6氧化还原ppt课件

1、1第第6章章 氧化还原与电极电势氧化还原与电极电势6.1 基本概念基本概念6.2 氧化还原反应方程式的配平氧化还原反应方程式的配平6.3 电极电势电极电势2第一节第一节 氧化还原的基本概念氧化还原的基本概念H2+Cl22HCl 氧化还原反应是包含有电子得失或电子对偏氧化还原反应是包含有电子得失或电子对偏移的反应。移的反应。大多数的酸碱反应、沉淀反应和大部分配位大多数的酸碱反应、沉淀反应和大部分配位反应为非氧化还原反应。反应为非氧化还原反应。一、氧化还原反应的实质一、氧化还原反应的实质(一一)电子的得失或偏移电子的得失或偏移3（二）氧化还原反应的实质和基本概（二）氧化还原反应的实质和基本概念念n

2、氧化还原反应：反应过程中有电子转移（偏移）氧化还原反应：反应过程中有电子转移（偏移）n非氧化还原反应：反应过程中没有电子转移（偏移）非氧化还原反应：反应过程中没有电子转移（偏移）n元素失去电子的过程称为氧化（元素失去电子的过程称为氧化（oxidation）；）；n元素得到电子的过程称为还原（元素得到电子的过程称为还原（reduction）。）。n失去电子的物质称为还原剂，还原剂本身被氧化；失去电子的物质称为还原剂，还原剂本身被氧化；n得到电子的物质称为氧化剂，氧化剂本身被还原。得到电子的物质称为氧化剂，氧化剂本身被还原。n氧化型氧化型+ne还原型还原型4二、氧化值二、氧化值n1990年（年（I

3、UPAC）：该元素的一个原子的电荷）：该元素的一个原子的电荷数，这种电荷数是人为的将成键电子指定给电数，这种电荷数是人为的将成键电子指定给电负性较大的原子而求得的。负性较大的原子而求得的。n元素的电负性表示元素相互化合时，原子对电元素的电负性表示元素相互化合时，原子对电子吸引能力的大小。子吸引能力的大小。（一）定义（一）定义5（二）氧化值的规则（二）氧化值的规则 （1）单质分子为零。）单质分子为零。S8、Cl2。同素异形体是零。同素异形体是零。（2）O的为的为-2。过氧化物（如。过氧化物（如Na2O2、H2O2）中为）中为-1，超氧化物（如超氧化物（如KO2）中为）中为-1/2，含氧氟化物（如

4、，含氧氟化物（如OF2）中为）中为+2。（3）H的为的为+1。除在金属氢化物中为。除在金属氢化物中为-1。 （4）在化合物分子中，代数和等于零。可求得未知）在化合物分子中，代数和等于零。可求得未知元素的氧化值。元素的氧化值。（5）离子化合物中，单原子离子，等于电荷数，在）离子化合物中，单原子离子，等于电荷数，在复杂离子中离子所带的电荷数等于各元素氧化值复杂离子中离子所带的电荷数等于各元素氧化值的代数和。的代数和。 （6）在共价化合物中，将属于两原子的共用电子对）在共价化合物中，将属于两原子的共用电子对指定给电负性较大的原子以后，在两原子上形成指定给电负性较大的原子以后，在两原子上形成的电荷数就

5、是它们的氧化值。表观电荷数。的电荷数就是它们的氧化值。表观电荷数。6【例例6-1】试求试求KMnO4中的中的Mn元素、元素、K2Cr2O7中的中的Cr元素、元素、Na2S4O6 (连四硫酸连四硫酸钠钠)中的中的S元素的氧化数。元素的氧化数。解：解：+1+x+（-2）40，x+7+12+2x+（-2）70，x+6+12+4x+（-2）60，x+2.5 需要指出的是，氧化值不一定是整数，还可能出需要指出的是，氧化值不一定是整数，还可能出现分数，可以是正负值。现分数，可以是正负值。（三）氧化还原反应的判断（三）氧化还原反应的判断由于电子得失或电子对偏移致使单质或化合物中由于电子得失或电子对偏移致使单

6、质或化合物中元素氧化值改变的反应称氧化还原反应。氧化元素氧化值改变的反应称氧化还原反应。氧化值升高的过程称为氧化；元素氧化值降低的过值升高的过程称为氧化；元素氧化值降低的过程称为还原。程称为还原。7第二节第二节 氧化还原反应方程式的配平氧化还原反应方程式的配平以以KMnO4和和K2SO3在稀在稀H2SO4溶液中的反应溶液中的反应（1）KMnO4+K2SO3+H2SO4 MnSO4+K2SO4+H2OMnO4-+SO32- Mn2+SO42-（2）MnO4- Mn2+ 还原反应还原反应 SO32- SO42- 氧化反应氧化反应（3）MnO4-+8H+5e Mn2+4H2O（1）SO32-+4H2

7、O SO42-+2H+2e （2）（4）2MnO4-+5SO32-+6H+ 2Mn2+5SO42-+3H2O （5）2KMnO4+5K2SO3+3HSO4 2MnSO4+6K2SO4+3H2O一、离子电子法（半反应法）一、离子电子法（半反应法）遵循原则：电子守恒、质量守恒遵循原则：电子守恒、质量守恒8第三节第三节 电极电势电极电势（一）原电池（一）原电池1、原电池的组成与工作原理、原电池的组成与工作原理（1）溶液中的反应）溶液中的反应 Zn+ Cu2+Cu+ Zn2+观察到有一层红棕色的观察到有一层红棕色的Cu沉淀在沉淀在Zn片的表片的表面上，蓝色面上，蓝色CuSO4溶液的颜色逐渐变浅，溶液的

8、颜色逐渐变浅，Zn片也慢慢溶解片也慢慢溶解一、原电池和电极电势一、原电池和电极电势9（2）原电池装置）原电池装置铜锌原电池示意铜锌原电池示意图图10（3）原电池的工作原理）原电池的工作原理 n 锌片：锌片：ZnZn2+2en铜片：铜片： Cu2+2eCu nZn+Cu2+Zn2+ +Cu n这种利用氧化还原反应产生电流、这种利用氧化还原反应产生电流、使化学能转变为电能的装置，称为使化学能转变为电能的装置，称为原电池，简称电池。原电池，简称电池。 11（4）原电池的基本概念）原电池的基本概念两个半电池、盐桥、灵敏电流计和导线两个半电池、盐桥、灵敏电流计和导线n半电池：铜电极半电池：铜电极(正极正

9、极)n电极反应还原电极反应还原 Cu2+2eCu n半反应：锌电极半反应：锌电极(负极负极)n电极反应电极反应 氧化氧化 ZnZn2+2e n电池反应，氧化还原反应：电池反应，氧化还原反应：nCu2+ZnZn2+Cu122、原电池的表示方法、原电池的表示方法n铜电极的组成式：铜电极的组成式：Cu2+(c1)Cu；n锌电极的组成式：锌电极的组成式：Zn2+(c2)Zn。n原电池的组成式写成原电池的组成式写成 n (-)ZnZn2+(c2)Cu2+(c1)Cu（+） 13(-)ZnZn2+(c2)Cu2+(c1)Cu(+) （1）负极（）负极（-）写在左边，正极写在右边（）写在左边，正极写在右边（

10、+）。）。（2）溶液要标上活度或浓度（）溶液要标上活度或浓度（molL-1），气体物），气体物质应注明其分压（质应注明其分压（Pa）。）。298.15K，气体分压为，气体分压为100kPa，溶液浓度为，溶液浓度为1 molL-1。（3） “ ” 界面，界面， “”表示盐桥。同相表示盐桥。同相 “,”隔开。隔开。（4）非金属或气体作半电池时，）非金属或气体作半电池时， “惰性电极惰性电极”如如铂或石墨等。铂或石墨等。理论上，任何氧化还原反应都可以设计成原电池。理论上，任何氧化还原反应都可以设计成原电池。14由氧化还原反应组成原电池由氧化还原反应组成原电池【例例6-6】已知氧化还原反应已知氧化还原

11、反应 MnO4-+10Cl-+8H+Mn2+5Cl2+4H2O组成一原电池，写出电池组成式。组成一原电池，写出电池组成式。解：解：10Cl- 5Cl2 +5e MnO4-+8H+5eMn2+4H2O；PtCl2(p)Cl-(c1)；PtMnO4-，Mn2+，H+(-) PtCl2(p)Cl-(c1)H+(c2),MnO4- (c3),Mn2+(c4)Pt (+) 15【例例】已知原电池组成式为已知原电池组成式为(-)PtSn2+，Sn4+Fe3+，Fe2+Pt (+)写出其电池反应方程式。写出其电池反应方程式。解：正极：解：正极：2Fe3+2e2Fe2+负极：负极：Sn2+Sn4+2e2Fe3

12、+Sn2+2Fe2+Sn4+163、电极的类型、电极的类型(1)金属电极金属电极 如锌电极、铜电极、银电极等如锌电极、铜电极、银电极等Mn+/M；组成式：；组成式：MMn+ (c)； 反应：反应：M n+ne-M (2)气体电极气体电极H+H2、碘电极、溴电极、碘电极、溴电极 PtH2 (p)H+(c) 2H+2e- H2(g)17(4)金属金属-金属难溶盐电极金属难溶盐电极 银银-氯化银电极氯化银电极 AgCl/Ag；Ag，AgClCl - (c)；电极反应：电极反应：AgCl(s)+e-Ag(s)+Cl- Fe3+/Fe2+；PtFe3+(c1)，Fe2+(c2) 电极反应：电极反应：Fe

13、3+e-Fe2+(3)“氧化还原氧化还原”电极电极 18饱和甘汞电极（饱和甘汞电极（SCE） n电极组成：电极组成：Pt，Hg2Cl2 |Hg| KCl （饱和）（饱和）n电极反应：电极反应：Hg2Cl2 +2e=2Hg+2Cl-甘汞电极实物图甘汞电极实物图 19(二二)电极电势的产生电极电势的产生nMn+(aq)+neMMMn/Zn2+/Zn ZnZn/2金属和它的盐溶液之金属和它的盐溶液之间因形成双电层而产间因形成双电层而产生的电势差叫做金属生的电势差叫做金属的平衡电极电势，简的平衡电极电势，简称电极电势称电极电势 （V ）201、电池电动势、电池电动势ZnCu E+- E电池电动势，电池

14、电动势，+、-:正极和负极的电极电势正极和负极的电极电势 （三）（三）标准氢电极标准氢电极21 Pt|H2(100kPa)H+(1molL-1)2H+(aq)+2e=H2(g)(H+/H2)=0.0000V 2、标准氢电极、标准氢电极SHE 22（四）标准电极电势的测定（四）标准电极电势的测定（-）Pt|H2（100kPa）| H+（1molL-1）| Cu2+( 1 molL-1) | Cu（+）所谓标准状态指的是所谓标准状态指的是组成电极的离子浓度组成电极的离子浓度（严格讲活度）为（严格讲活度）为1M，气体的分压为气体的分压为101.3kPa，液体和固，液体和固体都是纯净物质。体都是纯净物

15、质。标准电极电势标准电极电势23VVECuCuCuCuHHCuCu3419. 03419. 00000. 0/2222负极正极可以来测定金属、非金属离子和气体的的标准电可以来测定金属、非金属离子和气体的的标准电极电势，极电势，对某些与水反应剧烈而不能直接测定的电极，例对某些与水反应剧烈而不能直接测定的电极，例如如Na+/Na,F2/F-等电极。等电极。24（五）标准电极电势表及使用注意事项（五）标准电极电势表及使用注意事项（1）还原电势）还原电势Mn+neM。氧化态。氧化态+ne还原态。还原态。（2）电极电势依次增大，氧化态氧化能力依次增强；）电极电势依次增大，氧化态氧化能力依次增强；还原态还

16、原能力自下而上依次增强。还原态还原能力自下而上依次增强。（3）标准电极电势与物质的量无关。）标准电极电势与物质的量无关。Cl2(g)+2e-2Cl- +1.3583V Cl-1/2Cl2(g)+e +1.3583V(4) 酸性碱性介质溶液。酸性碱性介质溶液。a、H+出现查酸表；出现查酸表；b、OH-出现查碱表；出现查碱表；c、没有、没有H+或或OH-出现，物质的存在状态来考虑。出现，物质的存在状态来考虑。25例例6-7：在含有：在含有Cl-和和I-混合溶液中，为使混合溶液中，为使I-氧化为氧化为I2而而Cl-不被氧化，用不被氧化，用Fe2(SO4)3或或KMnO4哪一种？哪一种？n解：查表得解

17、：查表得 I2+2e2I- =+0.5355nFe3+eFe2+ =+0.771nCl2+2e2Cl- =+1.3583nMnO4-+5H+5eMn2+4H2O =+1.51n ( MnO4-/Mn2+) 值最大，可以氧化值最大，可以氧化Cl-和和I-n因为因为 (Cl2/Cl-)(Fe3+/Fe2+)(I2/I-) n2Fe3+2I-2Fe2+I226二、影响电极电势的因素二、影响电极电势的因素 Nernst方程方程（一）能斯特方程式（一）能斯特方程式ln还原型氧化型nFRTlg0591. 0还原型氧化型n条件电极电势条件电极电势27注注 (1) 纯固体纯液体，浓度为常数纯固体纯液体，浓度为

18、常数1 ；气体物；气体物质质p/ p。物质浓度，用。物质浓度，用c/c表示。表示。 (2) H+，OH-等以各自计量系数为指数的乘等以各自计量系数为指数的乘幂代人方程，幂代人方程，H2O数值数值1代入方程中。代入方程中。 (3) 先写出电极反应式。先写出电极反应式。28（二）（二） 浓度对电极电势的影响浓度对电极电势的影响【例例6-8】求电对在求电对在298K时的时的将将Zn片浸入片浸入0.5M的的Zn2+盐溶液盐溶液I2放在放在0.1M的的KI的溶液中的溶液中0.1MFe3+和和0.01MFe2+盐溶液中盐溶液中Pt|Cl2(101.3kPa)|Cl-(0.01M) 解：解：Zn2+2e-Z

19、n；=-0 7618VVZn771. 05 . 0lg205916. 07618. 0lg205916. 02lg0591.0还原型氧化型n氧化型浓度增大或还原氧化型浓度增大或还原型浓度减小，型浓度减小，增大。增大。29VII595. 01 . 01lg20591. 05355. 0lg20591. 022I2+2e2I- =+0.5355VFe3+eFe2+ =+0.771VCl2+2e2Cl- =+1.3583VVFeFe830. 001. 01 . 0lg0591. 0771. 0lg0591. 023VClppCl48. 101. 01lg20591. 036. 1/lg20591.

20、022230n例如，重铬酸根和铬离子的电极反应。例如，重铬酸根和铬离子的电极反应。nCr2O72-+14H+6e2Cr3+7H2O（三）（三） 酸度时电极电势的影响酸度时电极电势的影响2314272/lg60591. 032723272CrHOCrCrOCrCrOCrCr2O72-=Cr3+=1M,VCrOCrCrOCr33. 132723272/当当H+1M时时 当当H+2M时时 VCrOCr37. 13272/当当H+10-3M时时 VCrOCr916. 03272/有有H+或或OH-参加的电极反应，酸度改变时，电参加的电极反应，酸度改变时，电极电势会发生改变极电势会发生改变31（三）（三

21、） 酸度时电极电势的影响酸度时电极电势的影响【例例】MnO4-+8H+5eMn2+4H2O，=+1.507V。若均处于标准态。求。若均处于标准态。求298K，pH=6.00时该电极的电极电势。时该电极的电极电势。1lg50591. 0284MnHMnOpHH580591. 0lg580591. 0解：解：V939. 000. 6580591. 0507. 132n电对电对Ag+eAg，+0.7996V，n加入加入NaCl产生产生AgCl沉淀：沉淀：Ag+ Cl-AgCln当平衡时，如果当平衡时，如果Cl-=1M,则则Ag+为：为： （四）生成沉淀对电极电势的影响（四）生成沉淀对电极电势的影响M

22、ClKAgsp1010108 . 11108 . 1VAgAgAgAg2237. 05759. 07996. 0)108 . 1lg(0591. 010/形成了形成了Ag Cl /Ag,电极，电极，电对：电对：AgClAg电极：电极：Ag，AgClCl-(1molL-1)AgCl+e-Ag+Cl- ，+0.2237V 33电对：电对： VAg+eAg， +0.7996AgCl（s）+eAg+ Cl-， +0.2237AgBr（s）+eAg+ Cl-， +0.0736 AgI（s）+eAg+ Cl-， -0.151 金属金属难溶盐电极金属金属难溶盐电极:Ksp减小减小Ag+减小减小减小，减小，氧

23、化能力减小氧化能力减小金属电极的氧化型金属离子在形成难溶盐后，溶金属电极的氧化型金属离子在形成难溶盐后，溶液中游离的金属离子浓度极大的降低，导致电极液中游离的金属离子浓度极大的降低，导致电极电势显著下降。电势显著下降。 34（五）配合物的生成对电极电势的影响（五）配合物的生成对电极电势的影响nCu2+ 4NH3Cu(NH3)42+n电极电势值也随之下降电极电势值也随之下降 nCu(NH3)42+= NH3=1M Cu2+2eCu， +0.3419Vlg20591. 03419. 02CuCu(NH3)42+2eCu+4NH3，-0.0517V。 Cu2+减少越多，电极电势值就越小。金属铜的还减

24、少越多，电极电势值就越小。金属铜的还原性增强，原性增强，Cu更容易转变为更容易转变为Cu (),即金属铜的稳定即金属铜的稳定性降低，性降低，Cu ()稳定性增大。稳定性增大。35 Cu2+ZnZn2+Cu nE 正正-负负n铜电极中，加入铜电极中，加入S2-，生成，生成CuS，正正降低，降低，E降低。降低。n锌电极中，加入锌电极中，加入S2-，生成，生成ZnS， 负负降低，降低，E升高。升高。36说明说明1、浓度的影响较小、浓度的影响较小E 0.2V，改变浓度不使反应逆转；，改变浓度不使反应逆转；E 0.5v时，反应自发进行的方向时，反应自发进行的方向不会发生逆转。不会发生逆转。 37三、电极

25、电势的应用三、电极电势的应用nMn+neM，自上而下依次增强；自上而下依次增强；n值越大，值越大，n氧化型，氧化能力越强氧化型，氧化能力越强n还原型，还原能力越弱还原型，还原能力越弱n值越小；值越小；n还原型，还原能力越强还原型，还原能力越强n氧化型，氧化能力越弱氧化型，氧化能力越弱（一）判断氧化剂和还原剂的相对强弱（一）判断氧化剂和还原剂的相对强弱38注意：注意：1、氧化剂还原剂的强弱是相对的。、氧化剂还原剂的强弱是相对的。2、在标准状态下用、在标准状态下用值判断值判断非标准状态下能斯特方程式进行计算出条非标准状态下能斯特方程式进行计算出条件电极电势件电极电势值判断值判断39【例例6-9】根

26、据根据值，下列电对中最强的氧化剂值，下列电对中最强的氧化剂和还原剂，按照由强到弱的顺序排到以下氧化剂和还原剂，按照由强到弱的顺序排到以下氧化剂还原剂：还原剂：MnO4-/Mn2+、 Cu2+/Cu、Fe3+/Fe2+、I2/I-、Cl2/Cl-、Sn4+/Sn2+。解：从附录查得解：从附录查得 (MnO4-/Mn2+)=+1.51V, (Cu2+/Cu)+0.3419V(Fe3+/Fe2+)=+0.771V， (I2/I-)+0.5355V, (Cl2/Cl-)+1.3583V, (Sn4+/Sn2+)=+0.151V，最强的氧化剂和还原剂为最强的氧化剂和还原剂为MnO4-和和Sn2+。氧化能

27、力：氧化能力： MnO4-Cl2Fe3+I2Cu2+Sn4 +还原能力：还原能力： Sn2+ CuI-Fe2+Cl-Mn2+40（二）判断氧化还原反应进行的方向（二）判断氧化还原反应进行的方向n标准状况下标准状况下nE + nE 0，化学反应正向自发，化学反应正向自发nE 0，化学反应正向自发，化学反应正向自发nE 0反应正向进行反应正向进行42【例例6-11】298K下，下，Sn+Pb2+ Sn2+Pb反应进反应进行的方向。行的方向。(1)Sn2+=Pb2+=1M，(2)Sn2+=1M,Pb2+=0.01M。解：解：(Sn2+/Sn)=-0.1375V, (Pb2+/Pb)=-0.1262V

28、（1） E + -0.1262-(-0.1375)0,反应正向自发进行反应正向自发进行（2） - -=-0.1375V VPb1853. 001. 0lg20591. 01262. 0lg20591. 02E=+-0.1853-(-0.1375)0，Kl；nE0， K106反应进行得比反应进行得比较完全。较完全。45（二）判断氧化还原反应进行的程度（二）判断氧化还原反应进行的程度例例6-12：求：求KMnO4与与H2C2O4反应的反应的K。2MnO4-+5H2C2O4+6H+10CO2+2Mn2+8H2O(MnO4-/Mn2+)=+1.51V, (CO2/H2C2O4)=-0.49V解：解：3

29、380591. 0)49. 0(51. 1 100591. 0n0591. 0)(lgEnK负极正极K=1.010-38这是一个进行的相当彻底的反应，在分析化学的这是一个进行的相当彻底的反应，在分析化学的氧化还原滴定中草酸常用来标定氧化还原滴定中草酸常用来标定KMnO4的浓度。的浓度。E值越大值越大, K值越大，反应进行的越完全。值越大，反应进行的越完全。46（三）计算难溶电解质的溶度积常数（三）计算难溶电解质的溶度积常数Ksp例例6-13:计算计算298KAgCl的的Ksp已知已知Ag+eAg， +0.7996VAgCl+eAg+Cl-， +0.2223V解：解： Ag+e+AgClAg+C

30、l- +Ag+e电池组成为电池组成为(-)Ag-AgCl|Cl-(1M)Ag+(1M)| Ag(+)电池反应为电池反应为Ag+Cl- +Ag+ Ag+AgClE0.7996-0.2223+0.5773V768. 90591. 05773. 010591. 0nlgEKK5.86109， Ksp1/K 1.7110-1047五、元素电势图及其应用五、元素电势图及其应用n大多数非金属元素和过渡元素将其各种氧化值大多数非金属元素和过渡元素将其各种氧化值按高到低（或低到高）的顺序排列，在两种氧按高到低（或低到高）的顺序排列，在两种氧化值之间用直线连接起来并在直线式标明相应化值之间用直线连接起来并在直线式标明相应电对的标准电极电势值，以这样的图形表示某电对的标准电极电势值，以这样的图形表示某一元素各种氧化值之间标准电极电势变化的关一元素各种氧化值之间标准电极电势变化的关系图称为元素电势图，系图称为元素电势图，n根据溶液根据溶液pH值的不同，又可以分为两大类：值的不同，又可以分为两大类：A（A表示酸性溶液）表示溶液的表示酸性溶液）表示溶液的p