第4章 氧化还原反应ppt

1、第四章 氧化和还原学习指南第一节 氧化还原反应的基本概念第二节 氧化还原反应与原电池 第三节 电极电势 第四节 电极电势的应用 习题 习题参考答案本章重点：本章重点：v1.氧化还原电对 v2.原电池的工作原理 v3.电极电势及其应用本章难点：本章难点：v1 .电极电势及其应用 v2 .氧化还原电对于物质氧化性和还原性的对应关系 1 氧化数（值氧化数（值）氧化数：氧化数：是指某元素的一个原子的荷电数，该是指某元素的一个原子的荷电数，该荷电数是假定把每一化学键中的电子指定给电荷电数是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负性更大的原子而求得的。例如：。例如：NaCl, HCl 有电

2、子得失或电子转移的反应，被称为有电子得失或电子转移的反应，被称为氧化还原反应。氧化还原反应。 ) s (Cu)aq( Zn ) s (Zn)aq(Cu22得失电子得失电子+ + + + +）g（2HCl ）g（Cl）g(H22电子偏移电子偏移+ + 4.1 氧化还原反应的基本概念氧化还原反应的基本概念确定规则确定规则 确定氧化数的规则：确定氧化数的规则： 单质中，元素的氧化数为零。单质中，元素的氧化数为零。 在单原子离子中，元素的氧化数等于该在单原子离子中，元素的氧化数等于该离子所带的电荷数离子所带的电荷数 。如。如Na+,F 在大多数化合物中，在大多数化合物中，氢氢的氧化数为的氧化数为 +1

3、；只有在金属氢化物中氢的氧化数为只有在金属氢化物中氢的氧化数为 -1。 氧氧在化合物中的氧化数为在化合物中的氧化数为-2；但是在；但是在过过氧氧化物中，氧的氧化数为化物中，氧的氧化数为-1，超超氧化物如氧化物如(KO2)中中为为-1/2；在；在氟氟的氧化物中，如的氧化物中，如OF2 和和O2F2中，氧中，氧的氧化数分别为的氧化数分别为+2和和+1。例：例：7 I O IH 65+的氧化数为F的氧化数的氧化数:1；碱碱金属的氧化数金属的氧化数:1；碱土碱土金属的氧化数金属的氧化数:2中性分子中，各元素原子的氧化数的代数和中性分子中，各元素原子的氧化数的代数和为零为零 ，复杂离子的电荷等于各元素氧

4、化数的代，复杂离子的电荷等于各元素氧化数的代数和。数和。38Fe OFe 43+的氧化数为2.5 S O S 264+的氧化数为2S O S 232+的氧化数为区别氧化数、化合价和共价键数区别氧化数、化合价和共价键数化合价化合价相结合的原子个数比的性质。相结合的原子个数比的性质。 其数值是原子在化合时得失电子数或其数值是原子在化合时得失电子数或 形成共用电子对的数目；形成共用电子对的数目； 原子是基本单元，可正、可负，但不可为分数原子是基本单元，可正、可负，但不可为分数3, 2OFeFeOOFe3243+两种价态共价数共价数原子形成共原子形成共 价键的数目。价键的数目。 无正、负之分；无正、负

5、之分；01H23OC44HC24氧化数共价数氧化数共价数氧化数共价数+氧化与还原氧化与还原氧化数是元素在化合态下按一定规则计算出来的形式电荷氧化数是元素在化合态下按一定规则计算出来的形式电荷数，是同一元素不同原子氧化数的平均值，它可以是正数、数，是同一元素不同原子氧化数的平均值，它可以是正数、负数和分数。负数和分数。2 2 氧化还原电对氧化还原电对在氧化还原反应中，失电子的过程称为氧化，失电子物种为还原剂，还原剂失电子后即为其氧化产物；得到电子的过程称为还原，得电子物种为氧化剂，氧化剂得电子后即为其还原产物。氧化与还原必然同时发生。例如：3 常见的氧化剂和还原剂 在氧化剂中应含有高氧化态的元素

6、；相反，还原剂中必含低氧化态的元素。若元素处于中间氧化态，则既可作氧化剂又可作还原剂，视与其作用的物质及反应条件而定。 如H2O2与I-作用时，H2O2作为氧化剂而被还原成H2O，氧的氧化值由-1降至-2；而H2O2与KMnO4作用时，则作为还原剂而被氧化成O2，氧的氧化值由-1升至0。4 4 氧化还原反应方程式的配平氧化还原反应方程式的配平氧化值法氧化值法 配平步骤：（离子配平步骤：（离子-电子法）电子法） 用用离子式离子式写出主要反应物和产物写出主要反应物和产物(气体、纯液气体、纯液体、固体和弱电解质则写分子式体、固体和弱电解质则写分子式)。 分别写出氧化剂被还原和还原剂被氧化的分别写出氧

7、化剂被还原和还原剂被氧化的半反半反应应。 分别配平两个半反应方程式，等号两边的各种分别配平两个半反应方程式，等号两边的各种元素的原子总数各自相等且电荷数相等。元素的原子总数各自相等且电荷数相等。配平原则：配平原则： 电荷守恒：电荷守恒：氧化剂得电子数等于还原剂失电子数。氧化剂得电子数等于还原剂失电子数。 质量守恒：质量守恒：反应前后各元素原子总数相等。反应前后各元素原子总数相等。离子离子-电子法配平电子法配平例1：配平反应方程式)aq(SOK)aq(MnSO )aq(SOK)aq(KMnO424酸性溶液中324+ 确定两半反应方程式得、失电子数目的最小公倍数。将两个半反应方程式中各项分别乘以相

8、应的系数，使得、失电子数目相同。 将两个半反应相加，得离子方程式。 有时根据需要可将其改为分子方程式。END+)42+=+10e10H5SO O5H5SO223+=+O8H2Mn10e16H2MnO224+=+O4HMn5e8HMnO224+=+2e2HSOOHSO242232+5得O3HSOK6MnSO22424+=O3H5SO2Mn6H5SO2MnO2242234+=+3H SOSO5K2KMnO4324+2+24MnMnO氧化剂2423SOSO还原剂例2例2：配平(aq)NaClO NaCl(aq)NaOH(aq)(g)Cl32+5+得：O3HNaClO5NaCl6NaOH3Cl232+

9、=+O3HClO5Cl6OH3Cl232+=+O6HClO210Cl12OH6Cl232+=+=+10eO6H2ClO12OHCl232=+2Cl2eCl2解：化简得：小结酸性介质： 多n个O加2n个H+，另一边加n个H2O碱性介质： 多n个O加n个H2O，另一边加2n个OH-小结：练习 配平)aq(SOK)aq(MnO)aq(SOK)aq(KMnO422324+中性介质)aq(SOK)aq(MnO)aq(SOK)aq(KMnO42-24324+碱性介质+ClIOHOClIOHICrHIOCr3223272电极电势第二节第二节 氧化还原反应与原电池氧化还原反应与原电池Zn + Cu 2+ Zn

10、 2+ + Cu 原电池的组原电池的组成成原电池原电池的构成的构成氧化半电池氧化半电池还原半电池还原半电池Zn/ZnZnZn22+电对Cu/CuCuCu22+电对借助于氧化还原反应产生电流的装置称为原电池。当电路接通后，可以看到检流计的指针发生了偏转，根据指针偏转的方向，得知电子由锌片流向铜片(与电流方向相反)。同时观察到锌片逐渐溶解，铜片上有铜沉积。因此，在这两个烧怀中发生的反应分别为： 该装置中电子是通过导线由锌片流向铜片而不是在锌和铜离子之间直接传递的，故外电路中产生了电流。金属导体如金属导体如 CuCu、ZnZn惰性导体如惰性导体如 PtPt、石墨棒、石墨棒电极电极 (aq) Zn 2

11、eZn(s)：)( 极极2 + + 氧化反应氧化反应电子流出电子流出负负 Cu(s) 2e(aq)Cu：)( 极极2+ + + +还原反应还原反应电子流入电子流入正正Cu(s)(aq) Zn(aq)Cu Zn(s) 电池反应：电池反应：22+ + + + +还原型还原型 e 氧化型氧化型 + + Z电池符号电池符号电极反应：电极反应：每个半电池发生的反应，也称半电每个半电池发生的反应，也称半电池反应。池反应。)( Cu )L(1.0molCu )L(1.0mol Zn Zn )( 1212+ 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，在右

12、边，盐桥用盐桥用“”表示。表示。原电池符号原电池符号(电池图示电池图示)： 纯液体、固体和气体写在惰性电极一纯液体、固体和气体写在惰性电极一边用边用“,”分开。分开。 半电池中两相界面用半电池中两相界面用“ ”分开，同分开，同相不同物种用相不同物种用“,”分开，溶液、气体要注明分开，溶液、气体要注明cB，pB 。例例113212L2.0mol2ClL0.1mol2Fe 101325PaClL1.0mol2Fe + 例：将下列反应设计成原电池并以原电池符号表示。)(Pt ， 101325PaCl L2.0molCl L0.1molFe , L1.0molFe Pt )( 211312+解：)(a

13、q2Cl 2e)g(Cl 极 正2+)(aqFe e)(aqFe 极 负 32+例224223HZnH2Zn)2(SnFe2SnFe2) 1 (+=+=+ 例：将下列反应设计成原电池并以原电池符号表示。解：还原半反应氧化半反应+2342FeeFe)(Sne2Sn)() 1 ()(Pt)c (Fe),c (Fe)c (Sn),c (SnPt)(22231412+还原半反应氧化半反应22He2H2)(Zne2Zn)()2(+)p(H)c (H)c (ZnZn)(2212+Pt（+）电极电势原电池的电动势原电池的电动势正极与负极间的电势差就是原电池的电动势，电动势用符号表示。电动势与组成原电池的物质

14、本性有关，此外，还与浓度和温度有关。 通常在标准状态下测定，所得到的电动势为标准电动势，标准电动势以表示。标准状态指：第三节第三节 电极电势电极电势 标准电极电势及其测定标准电极电势及其测定标准电极电势标准电极电势: :原电池的电动势是两个电极（电对）之间的电势差。如果已知各电极的电势值，即可方便地算出原电池的电动势。任何电对处于标准状态时的电极电势，称为该电对的标准电极电势，符号也为 。 电极电势的绝对值尚无法测定。通常选定一个电极作为参比标准(就如测定海拔高度用海平面作基准一样)，人为地规定该电极的电势数值，然后与其他电极进行比较，得出各种电极的电势值(用符号表示)。目前采用的参比电极是标

15、准氢电极。目前采用的参比电极是标准氢电极目前采用的参比电极是标准氢电极标准氢电极规定在规定在298.15 K时，标准时，标准氢电极的电极电势为零氢电极的电极电势为零 欲测定某电极的标准电极欲测定某电极的标准电极电势，可以将处在标准态电势，可以将处在标准态下的该电极与标准氢电极下的该电极与标准氢电极组成一个原电池，测定该组成一个原电池，测定该原电池的电动势。原电池的电动势。 利用此法可以测定大多数电对的电极电势，例如：标准铜电极代替锌电极，请写出电池符号及其电极电势，已知其电动势为0.337V 甘汞电极(参比电极)表示方法)L2.8mol(Cl (s)ClHg (l) Hg，Pt122表示方法：

16、表示方法： ) KCl (L2.8mol)Cl(1饱和溶液饱和溶液饱和甘汞电极：饱和甘汞电极： = =c1 = =Lmol0 . 1)Cl( 标准甘汞电极：标准甘汞电极： c(Hg2Cl2/Hg) = 0.2415V + + +)aq(Cl 22Hg(l) 2e(s)ClHg :电极反应电极反应22：V268. 0/Hg)Cl(Hg22= =标准电极电势表 将所测得的(或计算的)各电极的标准电极电势，连同电极反应(规定以“氧化型+ne- 还原型”表示)，按代数值从小到大的顺序排列成表，即为标准电极电势表 本课程标准电极电势表按照本课程标准电极电势表按照IUPAC的系统，氢以上为的系统，氢以上为

17、负，氢以下为正。负，氢以下为正。标准电极电势的符号是正或负，不因标准电极电势的符号是正或负，不因电极反应的写法而改变电极反应的写法而改变。标准电极电势表都分为两种介质标准电极电势表都分为两种介质(附录附录)：酸性、碱：酸性、碱性溶液。什么时候查酸表、或碱表？有几条规律可循：性溶液。什么时候查酸表、或碱表？有几条规律可循：（1）H+无论在反应物或产物中出现皆查酸表：无论在反应物或产物中出现皆查酸表：（2）OH-无论在反应物或产物中出现皆查碱表：无论在反应物或产物中出现皆查碱表：（3）没有）没有H+或或OH-出现时，可以从存在状态来考虑。出现时，可以从存在状态来考虑。如如Fe3+e-Fe2+，Fe

18、3+只能在酸性溶液中存在，故在只能在酸性溶液中存在，故在酸表中查此电对的电势。若介质没有参与电极反应的酸表中查此电对的电势。若介质没有参与电极反应的电势也列在酸表中，如电势也列在酸表中，如Cl2+2e-2Cl-等。等。Cl22+3Zn+2e-Zn-0.7628-0.44020.00000.3370.5350.7701.0851.3583Fe2 +2e-+Fe+ 2e-2 +H2+ 2e-+H2NiNi-0.23+ 2e-2 +CuCu+ 2e-I2I-2Fe2 + 2e-FeBr2(l)Br-+ 2e-2+ 2e-2Cl-氧化型还原型+ne- /V氧化型的氧化性增强还原型的还原性增强22标准电

19、极电势标准电极电势注意：注意：（1 1）本书采用的是还原电势（）本书采用的是还原电势（+ne+ne，被还原），被还原）氧化型氧化型 + ne -还原型还原型 （氧化型（氧化型/还原型），还原型），与与氧化电势数值相同，符号相反。氧化电势数值相同，符号相反。（2 2）酸碱介质有别）酸碱介质有别; ;酸性介质，有酸性介质，有H H+ +出现，出现， A A。碱。碱性介质，有性介质，有OHOH出现，出现，B B ，介质酸碱性使物质存，介质酸碱性使物质存在形式不同，在形式不同，不同。不同。（3 3）与电子得失多少无关，即与计量数无关，标与电子得失多少无关，即与计量数无关，标准电极电势为强度性质。准电极

20、电势为强度性质。（4 4）电极电势是电极处于平衡状态时表现的特征值，）电极电势是电极处于平衡状态时表现的特征值，与达到平衡的快慢无关。与达到平衡的快慢无关。 （5 5）仅适用水溶液。）仅适用水溶液。（6 6）正值越大，表示在电极反应中吸收电子能力正值越大，表示在电极反应中吸收电子能力越强，氧化性强；越强，氧化性强； 反之，反之，负值越大，表示在电极反应中失电子能负值越大，表示在电极反应中失电子能力越强，还原性强力越强，还原性强。 AgI AgBr AgCl减小减小 spK(AgI/Ag) (AgBr/Ag) (AgCl/Ag) END小结：小结：氧化型形成沉淀氧化型形成沉淀 ， ;还原型形成沉

21、淀还原型形成沉淀 ， 。)Ag/Ag( /Ag)S(Ag2+ + 氧化型和还原型都形成沉淀，看二者氧化型和还原型都形成沉淀，看二者 的相对大小。若的相对大小。若 (氧化型氧化型) (还原型还原型)，则则 ；反之，则；反之，则 。KspKspKsp应用应用 第四节第四节 电极电势的应用电极电势的应用 1 1 氧化剂和还原剂的相对强弱氧化剂和还原剂的相对强弱 标准电极电势代数值的大小反映了电对物种处在标准态时氧化还原能力的强弱。电极电势的代数值大，表示电对氧化型物种得电子的能力大，即其氧化性强，为强氧化剂；与其相对应的还原型物种则失电子能力小，还原性弱，为弱还原剂。相反，电极电势代数值小，表示电对

22、的还原型物种失电子能力大，即其还原性强，为强还原剂；与其相对应的氧化型物种，则得电子能力小，氧化性弱，为弱氧化剂。例9：根据标准电极电势，在下列各电对中找出最强的氧化剂和最强的还原剂，并列出各氧化型物种的氧化能力和各还原型物种还原能力强弱的次序。 2 2 氧化还原反应进行的方向氧化还原反应进行的方向 根据标准电极电势值的相对大小，比较氧化剂和还原剂的相对强弱，就能预测氧化还原反应进行的方向。E=EE=E正正-E-E负负0 0；反应会正向进行；反应会正向进行 E=EE=E正正-E-E负负 00，反应会逆向进行，反应会逆向进行3 氧化还原反应进行的程度式中，E正为氧化剂电对的标准电极电势，也即电池

23、正极的标准电极电势；E负为还原剂电对的标准电极电势，也即电池负极的标准电极电势；E为该氧化还原反应对应的原电池的标准电动势；z为氧化还原反应中转移的电子数。可见氧化还原反应平衡常数的对数与该反应的两个电对的标准电极电势的差值(或说该反应对应的电池的标准电动势)成正比，电极电势差值越大，平衡常数越大，反应进行得越彻底。V0592. 0lgzEK=推而广之，任一氧化还原反应的平衡常数和对应电动势之间关系为： 2.107V=)V955 . 0(512V. 1=4224)aq(6H)aq(OC5H)aq(2MnO+解：例：求反应222) l (O8H)aq(2Mn)g(10CO +的平衡常数 。K422224)OCH/CO()Mn/MnO( =+E563 0.0591V2.107V10 0.0591V lg=zEK35610=KEND许多元素具有多种氧化态，各种氧化态物种又可以组成不同的电对。如将元素不同的氧化态按氧化值由高到低的顺序排成一横行，在相邻两个物种间用直线连接表示一个电对，并在直线上标明此电对的标准电极电势值，由此构成的图称为元素电