第五章氧化还原反应

1、1 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 氧化还原方程式配平氧化还原方程式配平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2氧化、还原、氧化剂、还原剂氧化、还原、氧化剂、还原剂还原产物、氧化产物、半反应还原产物、氧化产物、半反应5-1 基本概念基本概念5.1.1 基本概念基本概念5.1.2 氧化数氧化数氧化数：氧化数：是指某元素的一个原子的是指某元素的一个原子的表观电荷数表观电荷数确定氧化数的规则确定氧化数的规则注意：氧化数可为整数，也可是分数或小数注意：氧化数可为整数，也

2、可是分数或小数3配平原则：配平原则：电荷守恒、质量守恒电荷守恒、质量守恒离子电子法离子电子法配平步骤：配平步骤：（1）以离子的形式表示出反应物和产物）以离子的形式表示出反应物和产物（2）把一个氧化还原反应分成两个半反应）把一个氧化还原反应分成两个半反应（3）分别配平两个半反应式使）分别配平两个半反应式使电荷守恒、质量守恒电荷守恒、质量守恒（4）将两个半反应式各乘以适当的系数，使得失电子）将两个半反应式各乘以适当的系数，使得失电子总数相等，然后合并，得到一个配平的氧化还原方程式总数相等，然后合并，得到一个配平的氧化还原方程式4例：例： KClO3和和FeSO4在酸性介质中反应生成在酸性介质中反应

3、生成KCl和和Fe2(SO4)3，配平该氧化还原方程式。配平该氧化还原方程式。3424 24 32KClO + 6FeSO + 3HSO = KCl + 3Fe (SO ) + 3HO 总之：酸中加总之：酸中加H+和和H2O；碱中加碱中加OH-和和H2O； 中性溶液，左加水，右加中性溶液，左加水，右加H+或或OH-55.3.1 原电池原电池Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu（+）（）Cu 2eCu2 Zn 2eZn2ee5-3 电极电势电极电势6这种使化学能变为电能的装置叫做原电池。这种使化学能变为电能的装置叫做原电池。7常用电池符号来表示电池，常用电池符号来表示电池，Cu2+Zn=Z

4、n2+Cu（）Zn | ZnSO4(c1) CuSO4(2) | Cu（+）书写原电池符号的规则：书写原电池符号的规则： 负极负极“-”在左边，正极在左边，正极“+”在右边，盐在右边，盐桥用桥用“ ”表示。表示。 半电池中两相界面用半电池中两相界面用“|”分开，同相不同分开，同相不同物种用物种用“,”分开，溶液、气体要注明分开，溶液、气体要注明ci，pi 。8113212L2.0mol2ClL0.1mol2Fe 101325PaClL1.0mol2Fe 例：将下列反应设计成原电池并以原电池符号表示例：将下列反应设计成原电池并以原电池符号表示213112 ( ) Pt Fe1.0mol L ,

5、Fe0.1mol L Cl2.0mol L Cl 101325Pa Pt ( )，322Fe eFe 极 负 2Cl 2eCl 极 正 解 ：9氧化还原电对氧化还原电对 半反应中（半反应中（Cu2+2-Cu），），同一元素的不同氧化态同一元素的不同氧化态物质物质可构成氧化还原电对。可构成氧化还原电对。电对中高氧化态物质称氧化型，低氧化态物质称还原型。电对中高氧化态物质称氧化型，低氧化态物质称还原型。 电对通式：氧化型电对通式：氧化型/还原型还原型说明：氧化型或还原型物质必须是能稳定存在的。说明：氧化型或还原型物质必须是能稳定存在的。MnO4-/MnO2()MnO4-/Mn4+()10活泼金属活

6、泼金属M M(a)金属金属M表面构成晶格的金属表面构成晶格的金属离子离子Mn+受到极性水分子的吸受到极性水分子的吸引，有在金属引，有在金属M上留下电子而上留下电子而自身以水合离子自身以水合离子Mn+(aq)的的形形式进入溶液的倾向。金属带负式进入溶液的倾向。金属带负电电,溶液带正电。溶液带正电。金属越活泼，溶液越稀，这种金属越活泼，溶液越稀，这种倾向越大。倾向越大。Mn+稀稀溶解沉积溶解沉积(a)5.3.2 电极电势电极电势1、电极电势的产生、电极电势的产生11不不活泼金属活泼金属MMn+浓浓(b)盐溶液中的盐溶液中的Mn+(aq)又有又有一种从金属一种从金属M表面获得电表面获得电子而沉积在金

7、属表面上的子而沉积在金属表面上的倾向，而使金属带正电倾向，而使金属带正电,溶溶液带负电液带负电.金属越不活泼，溶液越浓，金属越不活泼，溶液越浓，这种倾向越大这种倾向越大。沉积溶解沉积溶解(b)12两种倾向在一定条件下达到暂时的平衡，这时两种倾向在一定条件下达到暂时的平衡，这时在金属和盐溶液之间就产生了电势差，这个在金属和盐溶液之间就产生了电势差，这个电电势差叫做金属的电极电势。势差叫做金属的电极电势。 用符号用符号 (Mn+/M)表示（氧化还原电对）表示（氧化还原电对） 不同的电极产生的电势不同，将两个不同的电极不同的电极产生的电势不同，将两个不同的电极组成原电池时，原电池两极间就必然存在电势

8、差，组成原电池时，原电池两极间就必然存在电势差，从而产生电流，整个原电池的最大电势差即原电从而产生电流，整个原电池的最大电势差即原电池的电动势池的电动势E= (+)- (-)132、标准电极电势和标准氢电极、标准电极电势和标准氢电极1）标准电极电势）标准电极电势: 在指定温度下在指定温度下(298K)，金属同金，金属同金属离子浓度为属离子浓度为1mol/L的溶液所产的溶液所产生的电势。以生的电势。以 (fai )表示表示 2）标准氢电极）标准氢电极a(H+)=1molL-1P(H2)=100kPa电极反应：电极反应：H H2 22 2H H+ + +2 2- - (H+/H2)=0.00V14

9、EMF= (Cu2+/Cu) (H+/H2) = 0.34V (Cu2+/Cu) = 0.34V + -电极电势的测定电极电势的测定15EMF= (H+/H2) (Zn2+/Zn) = 0.76V (Zn2+/Zn) = - 0.76V + -16例：例： (MnO4-/Mn2+)=1.49V (Cr2O72-/Cr3+)=1.33V氧化能力：氧化能力： MnO4- Cr2O72-还原能力：还原能力： Cr3+ Mn2+a、高高低低高高低低法则：高电势的高价态氧化能力强法则：高电势的高价态氧化能力强 低电势的低价态还原能力强低电势的低价态还原能力强注意17Zn2+ +2e ZnZn Zn2+

10、+2eb、标准电极电势的数值反映物质的得失电子能、标准电极电势的数值反映物质的得失电子能力，其大小与物质的量无关，力，其大小与物质的量无关，与电极反应的写法与电极反应的写法也也无关无关c、酸表：如、酸表：如 MnO4- + 8H+ + 5 e Mn2+ +H2O； 碱表：如碱表：如 O2 + 2H2O +4 e 4OH-； 与酸碱性无关的，查酸表。与酸碱性无关的，查酸表。185.3.3 Nernst方程式方程式)()(lg3032 y e x氧化态还原态还原态氧化态电极反应：xyaaZFRT.Z1、表达式表达式19 （1）电极反应中，若某一物质是纯固体或纯液体则）电极反应中，若某一物质是纯固体

11、或纯液体则不列入方程式中不列入方程式中)lg20.05921/)lg20.059222ICCIC（2） 若是气体若是气体B则用则用PB/P表示表示22()/0.0592lg2 ()/P HPc HC+22H (aq) + 2e H (g)- 2I (s) + 2e2I 20(3) 若在电极反应中除氧化态、还原态物质外若在电极反应中除氧化态、还原态物质外,还有还有参加电极反应的其它物质参加电极反应的其它物质(如如H+, OH-)，则应把这些，则应把这些物质的浓度物质的浓度(活度活度)也表示在方程式中也表示在方程式中242MnO8H5e Mn4H O 例：2422484 M nO/M nM n/0

12、.0592M nO/M nlg5M nO/H/cccccc21 ，则氧化态还原态，或还原态，氧化态yxaaa a2、影响电极电势的因素、影响电极电势的因素 x e y2 303() lg ()xyZ.RTaZFa电极反应： 氧化型还原态还原态氧化态2）温度）温度1） 浓度或分压浓度或分压22 ?/ClClO 时 L10.0molHL1.0molClClO V45.1/ClClO 31133A，求：当例：已知ccc3）介质的酸碱性）介质的酸碱性(对有对有H+ or OH-参加的反应）参加的反应） V51. 10 .10lg6V0592. 01.45V /H/ClO/Cllg60.0592V/Cl

13、ClO /ClClO 6633A3cccccc32 : ClO6H6e Cl3H O解23总结：电极电势的求算总结：电极电势的求算1、标准电极电势的求算、标准电极电势的求算实验法（标准氢电极）实验法（标准氢电极）查表可得查表可得2、非标准状态电极电势的求算、非标准状态电极电势的求算实验法（标准氢电极）实验法（标准氢电极）能斯特方程（由标准电极电势求算）能斯特方程（由标准电极电势求算）24 5-4 电极电势的应用电极电势的应用1、计算原电池的电动势、计算原电池的电动势2、判断氧化还原反应进行的方向、判断氧化还原反应进行的方向3、选用氧化剂与还原剂、选用氧化剂与还原剂4、确定氧化还原反应进行的次序

14、、确定氧化还原反应进行的次序5、判断氧化还原反应进行的限度、判断氧化还原反应进行的限度25 （2）原电池的电动势（）原电池的电动势（E)与与rG的关系的关系 电功电功(J)=电量电量(C)电势差电势差(V) 电池反应：电池反应： ZFEGrZFEWmaxmaxrWG （1）E= （+）- （-）1、计算原电池的电动势、计算原电池的电动势26例例 把下列反应排成原电池，求电池的把下列反应排成原电池，求电池的E及反应的及反应的rG2-+3+2722 Cr O + 6Cl + 14H = 2Cr + 3Cl + 7H O2- +-3+ Cr O+ 14H +6e 2Cr+ 7H O722- 6Cl

15、-6e 3Cl2000 E = =1.33V-1.36V=-0.03V004 G = -zFE =-696485-0.03V10 J/mol r解：正极电极反应： 负极电极反应：（正）+（正）（）=2272、判断氧化还原反应进行的方向、判断氧化还原反应进行的方向(对角线规则对角线规则)自发自发不不自发自发 平衡平衡 反应自发进行的条件为反应自发进行的条件为rG0 rG = ZFE 即即 E 0 反应正向自发进行反应正向自发进行 E 0 反应逆向自发进行反应逆向自发进行 28例：试判断该反应能否自发进行？例：试判断该反应能否自发进行？3+-2+2 2Fe + 2I2Fe + I 3+2+-23+

16、2+2- (Fe /Fe ) =0.771V(I /I ) = 0.53VE = (Fe /Fe )-(I / I )=0.2410解： ，自发只有只有两个电对的标准电极电势之差大于两个电对的标准电极电势之差大于 0.2V，才，才可直接用可直接用E 大小来判断大小来判断氧化还原氧化还原反应的方向性反应的方向性注意29例：现有含例：现有含Cl-、Br-、I-的混合溶液，欲将的混合溶液，欲将I-氧化成氧化成I2 ，而而Br-、Cl-不被氧化，在常用的氧化剂不被氧化，在常用的氧化剂Fe2(SO4)3和和KMnO4中选择哪一个能符合上述要求？中选择哪一个能符合上述要求？3、选用氧化剂与还原剂、选用氧化

17、剂与还原剂2223224 I /I Br /Br Cl /Cl /V 0.535 1.065 1.36 Fe /Fe MnO /Mn /V 0.771 1.51 解：即3222224I /IFe /FeBr /Br Cl /ClMnO /Mn 304、判断氧化还原反应进行的次序、判断氧化还原反应进行的次序氧化还原反应总是先发生在最强氧化剂和最强氧化还原反应总是先发生在最强氧化剂和最强还原剂之间还原剂之间即即电极电势差大者先反应电极电势差大者先反应例：将例：将Cl2通入含通入含Br-、I-的溶液中，反应的顺序：的溶液中，反应的顺序：据 (Cl2/Cl-)=1.36V (Br2/Br-)=1.07

18、V (I2/I-)=0.54V0.29V0.82V315、确定氧化还原反应进行的限度、确定氧化还原反应进行的限度rmrm 2.303lg 2.303lg2 303 lg0.0592lg298.15K , lg0.0592VGRTKGZFEZFERTK.RTEKZFKT EZZEK 当即32 4224222 2MnO5H C O6H 5COg2Mn8H O K例：求反应的平衡常数。1）求平衡常数）求平衡常数242224338 MnO /MnCO /H C O 1.51V0.49V 2.0V10 2.0V lg 3380.0592V0.0592V 10 EZEKK 解：33Ag /AgAgCl /Ag解：以为正极，为负极组成原电池 AgClAgCl s电 池 反 应 ：A g/A gA g C l /A glg K9 .7