大专无机化学课件-氧化还原

大专无机化学课件大专无机化学课件-氧化氧化还原还原 第一节第一节 氧化还原反应的基本概念氧化还原反应的基本概念 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表观荷电数荷电数。该荷电数是假定把该荷电数是假定把每一化学键中的电子每一化学键中的电子指定指定给给电负性更大的原子电负性更大的原子而求得的而求得的。一、氧化数一、氧化数 oxidation state 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，元素的氧化数等在单原子离子中，元素的氧化数等于该离子所带的电荷数于该离子所带的电荷数。在大多数化合物中，氢的氧化数为在大多数化合物中，氢的氧化数为+1；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。通常，氧在化合物中的氧化数为通常，氧在化合物中的氧化数为-2；但是在过氧化物中，氧的氧化数为但是在过氧化物中，氧的氧化数为-1，在氟，在氟的氧化物中，如的氧化物中，如OF2 和和O2F2中，氧的氧化中，氧的氧化数分别为数分别为+2和和+1。例：中性分子中，各元素原子的氧化数的中性分子中，各元素原子的氧化数的代数和为零代数和为零，复杂离子的电荷等于各元，复杂离子的电荷等于各元素氧化数的代数和。素氧化数的代数和。二、氧化与还原二、氧化与还原 氧化氧化：物质失去电子（或电子偏离）的过程物质失去电子（或电子偏离）的过程 有有电子得失电子得失或或电子转移电子转移的反应，被称为的反应，被称为氧化还原反应氧化还原反应Oxidation-Reduction Reactions。还原还原：物质获得电子（或电子偏向）的过程物质获得电子（或电子偏向）的过程 氧化剂：氧化剂：得到电子，得到电子，发生还原（半）反应，发生还原（半）反应，氧化数降低，氧化数降低，生成其生成其还原产物还原产物。还原剂：还原剂：失去电子，失去电子，发生氧化（半）反应，发生氧化（半）反应，氧化数升高，氧化数升高，生成其生成其氧化产物氧化产物。一个氧化还原反应可看作由两个半反应一个氧化还原反应可看作由两个半反应偶合而成：偶合而成：氧化半反应氧化半反应和和还原半反应还原半反应。概念判断方法口诀概念判断方法口诀升升失失氧氧（被氧化、发生氧（被氧化、发生氧化反应、生成氧化产物），化反应、生成氧化产物），作作还原剂，表现还原性还原剂，表现还原性 降降得得还还（被还原、发生还（被还原、发生还原反应、生成还原产物），原反应、生成还原产物），作作氧化剂，表现氧化性氧化剂，表现氧化性每一半反应中元素获得电子后每一半反应中元素获得电子后（氧化值较小）（氧化值较小）的存在形式称的存在形式称还原型还原型，失去电子后，失去电子后（氧化值（氧化值较大）较大）的存在形式称的存在形式称氧化型氧化型，)s(Cu)aq(Zn)s(Zn)aq(Cu22+两者合称为一对两者合称为一对氧化还原电对氧化还原电对还原型 e 氧化型-+n常见的氧化剂常见的氧化剂活泼的非金属单质：活泼的非金属单质：O2、Cl2高价态的微粒：浓硫酸、高价态的微粒：浓硫酸、HNO3、KMnO4、FeCl3、H2O2、HClO常见的还原剂常见的还原剂活泼的金属单质活泼的金属单质:Al、Zn、Fe某些非金属单质：某些非金属单质：C、H2低价态的微粒：低价态的微粒：CO、H2S、S2-、HS-、SO2、H2SO3、HSO3-、SO32-、Br-、I-、Fe2+常见氧化剂、还原剂常见氧化剂、还原剂 氧化还原反应方程式的配平氧化还原反应方程式的配平Balancing Oxidation-Reduction Equations 配平方法：配平方法：氧化数法：氧化数法：还原剂的氧化数升高总数等于还原剂的氧化数升高总数等于氧化剂的氧化数降低总数。氧化剂的氧化数降低总数。离子电子法：离子电子法：还原剂失去电子总数等于氧还原剂失去电子总数等于氧化剂得到电子总数。化剂得到电子总数。1 1、氧化数升降法、氧化数升降法0+4+5+441x1x4 4 4 2C+HNO3NO2+CO2+H2O例例:KMnO4+HCl KCl+MnCl2+H2O+Cl2+7+20-152x5 2 5 22 16 8x2FeFe3 3O O4 4+HNO+HNO3 3 Fe(NO Fe(NO3 3)3 3+NO+H+NO+H2 2O O Fe0 Fe0 FeFe2 2O O3 3+HNO+HNO3 3 Fe(NO Fe(NO3 3)3 3 +NO+H+NO+H2 2O O+2+5+3+231x1x3328914 Cu +HNO3(稀)Cu(NO3)2 +NO+H2O0+2+5+223x2x3 33 8Al+H2SO4 Al2(SO4)3+H20+1+303x22x32332 4KMnO4+H2S+H2SO4S+MnSO4+K2SO4+H2O+7-2+2052x2x5225583HCl+KClO3-KCl+Cl2+H2O-1+5015x5x1363（1）若氧化剂和还原剂中）若氧化剂和还原剂中某元素的化合价全部改变某元素的化合价全部改变，配平，配平宜从氧化剂、还原剂开始，即先考虑反应物。（正向配平）宜从氧化剂、还原剂开始，即先考虑反应物。（正向配平）如如：（2）若氧化剂（或还原剂）中）若氧化剂（或还原剂）中某元素化合价只有部分改变某元素化合价只有部分改变，配平宜从氧化产物、还原产物开始，即先考虑生成物。配平宜从氧化产物、还原产物开始，即先考虑生成物。（逆向配平）如：（逆向配平）如：（3）自身氧化还原（歧化）自身氧化还原（歧化）反应方程式，宜从生成物开始反应方程式，宜从生成物开始配平。（逆向配平）配平。（逆向配平）离子电子法配平步骤：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(气气体、纯液体、固体和弱电解质则写分子式体、纯液体、固体和弱电解质则写分子式)。分别分别写出写出氧化剂被还原和还原剂被氧氧化剂被还原和还原剂被氧化的化的半反应半反应。分别分别配平两个半反应配平两个半反应方程式，等号两方程式，等号两边的各种元素的原子总数各自相等且电荷数边的各种元素的原子总数各自相等且电荷数相等。相等。例例1：配平反应方程式：配平反应方程式 确定确定两半反应方程式得、失电子数目两半反应方程式得、失电子数目的的最小公倍数最小公倍数。将两个半反应方程式中各项。将两个半反应方程式中各项分别分别乘以相应的系数乘以相应的系数，使得、失电子数目相，使得、失电子数目相同。然后，将两者同。然后，将两者合并合并，就得到了配平的氧，就得到了配平的氧化还原反应的离子方程式。有时根据需要可化还原反应的离子方程式。有时根据需要可将其改为分子方程式。将其改为分子方程式。+)42-+-+=+10e10H5SO O5H5SO223+-+-+=+O8H2Mn10e16H2MnO224+-+-+=+O4HMn5e8HMnO224-+-+=+2e2HSOOHSO242232+5得O3HSOK6MnSO22424+=O3H5SO2Mn6H5SO2MnO2242234+=+-+-+-+MnSOSOMnO 2242343H SOSO5K2KMnO4324+2例例2：配平配平5+得：化简得：解：O8H6KBrCrO2K242+=O8H6Br2CrO224+=-3+2得：KBrCrOKKOH42+(l)Br(s)Cr(OH)23+BrCrO24+-(l)Br2(s)Cr(OH)3+2Br2e=+-(l)Br23eO4H3OHCrO8OH224+=+-(s)Cr(OH)33eO4HCrO5OH即：224+=+-(s)Cr(OH)310OH+-(s)Cr(OH)32(l)Br23+10KOH+(s)Cr(OH)32(l)Br23+例例3：配平方程式配平方程式酸性介质：酸性介质：氧化数较高的一边增加氧化数较高的一边增加n个个H+，另一边，另一边 增加增加H2O碱性介质：碱性介质：氧化数较低的一边增加氧化数较低的一边增加n个个OH-，另一边，另一边增加增加H2O小结：小结：配平氢、氧原子时配平氢、氧原子时 第二节第二节 原电池和电极电势原电池和电极电势1.Cu-Zn原电池装置一、原电池 Galvanic Cells anode cathode 原电池：原电池：利用氧化还原反应把化学能转变利用氧化还原反应把化学能转变为电能的装置。为电能的装置。原电池原电池由两个由两个半电池半电池(电极电极)组成，组成，每个半电池包括每个半电池包括导电材料导电材料和和电解质溶液电解质溶液。盐桥盐桥内充满饱和了内充满饱和了KCl的琼脂，可以消除两的琼脂，可以消除两溶液间的电势差溶液间的电势差,并使溶液保持电中性，电子并使溶液保持电中性，电子继续流动。继续流动。(aq)Zn 2eZn(s)：)(极2-+-氧化反应氧化反应电子流出负 Cu(s)2e(aq)Cu：)(极2+-+还原反应还原反应电子流入正Cu(s)(aq)Zn(aq)Cu Zn(s)电池反应电池反应：22+半电池反应半电池反应(电极反应电极反应)两电极间存在电势差，称为电池的电动势E 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，在右边，盐桥用盐桥用“”表示。表示。两电极参与电池反应的电对物质按所两电极参与电池反应的电对物质按所在相和各相接触顺序依次写出。在相和各相接触顺序依次写出。半电池中两相界面用半电池中两相界面用“”分开，同相分开，同相不同物种用不同物种用“,”分开，溶液、气体要注明分开，溶液、气体要注明cB，pB 。2.电极与电池符号电极与电池符号负极在左正在右负极在左正在右,电极导体放两头电极导体放两头,缺少导体用铂碳缺少导体用铂碳,纯的固、液、气体把极板亲纯的固、液、气体把极板亲非标态莫忘把浓度压力标非标态莫忘把浓度压力标,同异相之间将逗号要同异相之间将逗号要,盐桥来将两极联盐桥来将两极联,反应物种除水以外都写到。反应物种除水以外都写到。1.金属金属-金属离子电极金属离子电极 电极符号电极符号 Zn|Zn2+(c)电极反应电极反应:Zn2+(aq)+2e Zn(s)3.电极的类型电极的类型2.金属金属-金属难溶盐金属难溶盐-阴离子电极阴离子电极 电极符号电极符号 Ag|AgCl|Cl(c)电极反应电极反应:AgCl(s)+e Ag(s)+Cl(aq)4.气体气体-离子电极离子电极 电极符号电极符号 Pt|H2(p)|H+(c)电极反应电极反应:2H+(aq)+2e H2(g)3.氧化还原电极氧化还原电极 电极符号电极符号 Fe3+(c1)|Fe2+(c2)电极反应电极反应:Fe3+(aq)+e Fe2+(aq)例：将下列反应设计成原电池并以原电池符号表示。解：)(aq2Cl 2e)g(Cl 极 正2-+)(aqFe e)(aqFe 极 负 32+-+-例：例：写出下列反应的电极反应和电池组成式写出下列反应的电极反应和电池组成式 MnO4-+Fe2+H+Mn2+Fe3+H2O Fe2+Fe3+e-MnO4-+8 H+5e-Mn2+4 H2O()Pt|Fe3+，Fe2+|MnO4-，Mn2+，H+|Pt(+)/HH 电对：2+电极反应：表示为：H+H2(g)Pt1.标准氢电极标准氢电极(SHE)2.standard hydrogen electrode()V000.0/HH2=+E()gH 2eaq)(H22+-+标准氢电极装置图二、标准电极电势)(Cu )L(1.0molCu 12+-+2.标准电极电势标准电极电势 )L(1.0molH )(H ,Pt )(12-+pV337.0)/HH()/CuCu(22池=-=+EEEV337.0)/CuCu(2=+则 EH2Cu H Cu22+把各种电极做成把各种电极做成标准电极标准电极，与标准氢电极组成，与标准氢电极组成原电池，再测出这些标准电池的电动势，即可原电池，再测出这些标准电池的电动势，即可得得标准电极电势标准电极电势：EOx/Red。电极电势的大小符号与电极反应方向无关电极电势的大小符号与电极反应方向无关3.标准电极电势表标准电极电势表 E 小小的电对对应的还原型物质的电对对应的还原型物质还原性强还原性强；E 大大的电对对应的氧化型物质的电对对应的氧化型物质氧化性强氧化性强。E 与半反应的与半反应的计量系数计量系数无关无关 一些电对的一些电对的 E 与介质的酸碱性有关与介质的酸碱性有关酸性介质：；碱性介质：V36.1 (aq)Cl e(g)Cl21 2=+-E V36.1 (aq)2Cl 2e)g(Cl2=+-E 标准电极电势是热力学数据，与反应速率标准电极电势是热力学数据，与反应速率无关。无关。本书给出的标准电极电势数据只适用于本书给出的标准电极电势数据只适用于水溶液体系水溶液体系,298K。1.对于反应：一、Nernst方程式JRTlg2.303+=JRTnFEFElg2.303n池池+-=-,298.15K=T时 e -+na还原型b氧化型对于电极反应 Nernst方程式方程式=()/MnMnO24+-EO4HMn 5e8HMnO224+-+-+例：4)Mn()H()MnO(lg5V0592.0)/MnMnO(2824+-+-+cccE使用使用Nernst方程时须注意几点：方程时须注意几点：1.Nernst方程可用于任意温度、浓度和压力条件下E池和E的求算，但是所查表得到的E值通常是298K时的值。2.电极反应中有其他介质等参与反应时，也要一并写入方程式。3.有气体参加反应，应以其相对分压(p/p)代入方程式。)()(cc，氧化型还原型)(c，还原型)(c，氧化型 e 还原型氧化型电极反应：n+-)()(lg3032氧化型还原型ccnFRT.EE-=)()(lg3032还原型氧化型ccnFRT.EE+=或E则：1.氧化型或还原型的浓度或分压氧化型或还原型的浓度或分压影响电极电势的因素影响电极电势的因素 把两个不同Ag+浓度的Ag+/Ag电极连接起来，是否有电流产生？：例 浓差电池这种由于浓度差异造成的电池称为浓差电池。)/ClClO(3A-E?)/ClClO(时 L10.0mol)H(31=-+Ec，L1.0mol)Cl()ClO(13=-cc，求：当2.介质的酸碱性介质的酸碱性V45.1)/ClClO(3A=-E已知例：3)Cl()H()ClO(lg60.0592V)/ClClO(63A+=-+-cccE)l(O3H)aq(Cl 6e)aq(6H)aq(ClO 解：23+-+-V51.10.10lg6V0592.06=+=1.45V 0.400V=)100.1lg(4V0592.01.229V414+=-O)/H(O 22ELmol100.1)H(即 14pH114=-+，cV229.1O)/H(O 298K 22A=，已知例：E?O)/H(O 14pH )O(222=时，若：求Epp?)/OH(O 2B=-E/)H(/)O(lg4V0592.0O)/H(O 4222A+=+ccppE)l(O2H 4e)aq(4H)g(O 解：22+-+V 400.0)O/HO(22=ELmol0.1)OH(即 14,pH 1=-当c0.400V)/OH(O 2B=-E)aq(4OH 4e)l(O2H)g(O22+-，Ag3.沉淀的生成对电极电势的影响沉淀的生成对电极电势的影响()108.1)AgCl(?Ag)/(AgCl?Ag)/(Ag Lmol0.1)Cl(s AgClNaCl AgAgV799.0Ag)/(Ag 10sp1-+-+=KEEcE并求时，当会产生加入电池中组成的半和，若在已知例：0.222V=108.1lgV0592.00.799V10+=-)Ag/Ag(+E)aq(Cl)aq(Ag(s)AgCl+-+解：Ag(s)e)aq(Ag+-+(AgCl)Cl()Ag(sp=-+Kcc(AgCl)Ag(,Lmol0.1)Cl(sp1=+-时若Kcc)Ag(lgV0592.0)Ag/Ag(+=+cEAgCl)(lgV0592.0)Ag/Ag(sp+=+KEV222.0=+)/AgAg(=E)aq(ClAg(s)eAgCl(s)+-1=-+AgCl)()Ag(,Lmol0.1)Cl(sp时当Kcc)/AgAgCl(E+AgCl)(lgV0592.0)/AgAg(sp+=KEAgI AgBr AgCl减小 spK(AgI/Ag)(AgBr/Ag)(AgCl/Ag)EEE小结：小结：氧化型形成沉淀氧化型形成沉淀，E;还原型形成沉淀还原型形成沉淀，E。)Ag/Ag(/Ag)S(Ag2+EE 氧化型和还原型都形成沉淀，还要看二者氧化型和还原型都形成沉淀，还要看二者 的相对大小的相对大小。小结：氧化型形成配合物，氧化型形成配合物，E，还原型形成配合物，还原型形成配合物，E，4.4.配位平衡与氧化还原平衡之间的相互影响：配位平衡与氧化还原平衡之间的相互影响：电极电势的应用氧化剂（1）+还原剂（2）还原剂（1）+氧化剂（2）判断：判断：（1）氧化剂和还原剂的）氧化剂和还原剂的相对强弱相对强弱（2）氧化还原反应进行的）氧化还原反应进行的方向方向（3）氧化还原反应进行的）氧化还原反应进行的程度程度 例：试比较例：试比较 KMnO4、Cl2、FeCl3 在酸性介质中的氧化能力在酸性介质中的氧化能力氧化能力：氧化能力：KMnO4 Cl2 FeCl3 判断氧化剂、还原剂的相对强弱判断氧化剂、还原剂的相对强弱 越大越大,电对中氧化型物质的氧化能力越强电对中氧化型物质的氧化能力越强 还原型物质的还原能力越弱还原型物质的还原能力越弱 越小越小,电对中还原型物质的还原能力越强电对中还原型物质的还原能力越强 氧化型物质的氧化能力越弱氧化型物质的氧化能力越弱 E EE E解解:0.7711.35831.51E /VFeFe3+3+/Fe2+ClCl2 2/Cl-MnO4-/Mn2+电对电对 对于某一给定反应，先区分该反应的氧化剂对于某一给定反应，先区分该反应的氧化剂和还原剂，以氧化剂及其还原型的电对为正极，和还原剂，以氧化剂及其还原型的电对为正极，还原剂及其氧化型的电对为负极，还原剂及其氧化型的电对为负极，注意注意：用标准电极电势值只能判断各物质处：用标准电极电势值只能判断各物质处于标准态时的情况。于标准态时的情况。判断氧化还原反应进行的方向和程度判断氧化还原反应进行的方向和程度进行？时的标准态下能否向右25 在 试判断反应：例0 0.131V1.360V1.2293V=-=Fe OH222+发生的反应：与解：)aq(OH 2e)aq(2H)g(O222+-+V6945.0=E)l(O2H 2e)aq(2H)aq(OH222+-+V763.1=E)aq(Fe e)aq(Fe23+-+=E 0.769V+)s(Fe 2e)aq(Fe2+-0.4089V-=E )l(O2H)aq(Fe2)aq(2H)aq(Fe2)aq(OH23222+)Fe/Fe()OH/OH(23222MF-=+EEE 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 。422224池)OCH/CO()Mn/MnO(-=+-EEE池563 0.059V2.107V10 0.059V lg=nEK35610=K 元素电势图元素电势图元素电势图的表示方法元素电势图的表示方法表示方法：表示方法：OH 1.763V 0.6945V2OH22n=1n=1O21.229V n=2/VA E各物种按氧化数从高到低向右排列；各物种按氧化数从高到低向右排列；各物种间用直线相连接，直线上方标明各物种间用直线相连接，直线上方标明相应电对的相应电对的E ，（线下方为转移电子数）1.1.判断歧化反应能否发生判断歧化反应能否发生0 V 0.3573=0.1607V0.5180V-=Cu 0.5180V Cu 0.1607V +Cu2+0.3394VV/E发生歧化反应；左右 E E发生歧化逆反应。左右 E ECu/(Cu Cu)/Cu(2EEE-=+)aq(Cu )s(Cu )aq(2Cu2+元素电势图的应用元素电势图的应用结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！59