氧化还原反应

-氧化还原反应21.掌握氧化还原反应的基本概念并会配平2.理解电极电势的概念并能用能斯特方程作计算3.掌握电极电势在有关方面的应用4.了解原电池电动势与吉布斯自由能的关系5.掌握元素电势图及其应用学习要求3一、氧化数及氧化还原反应方程式的配平1氧化还原反应–(ElectronTransfer)年代氧化反应还原反应18世纪末与氧化合从氧化物夺取氧19世纪中化合价升高化合价降低20世纪初失去电子得到电子认识不断深化FeFe2++2eCu2++2eCu氧化氧化还原氧化、还原半反应Fe+Cu2+=Fe2++Cu氧化还原反应还原态=氧化态+ne,电子转移(酸＝碱+nH+,质子转移)氧化态、还原态的共轭关系历史发展还原42Na＋Cl2＝2NaClH2＋Cl2＝2HCl特征：有化合价改变的反应本质：有电子得失或偏移的化学反应氧化反应：被氧化元素化合价升高，失去电子还原反应：被还原反应化合价降低，得到电子（或电子对偏离）（或电子对偏向）氧化还原反应有关概念氧化剂+还原剂==氧化产物+还原产物00＋1－100＋1－1失去电子电子对偏离得到电子电子对偏向5氧化还原反应的本质：是电子的得失或电子对的偏移，即有电子转移或电子对的偏移的反应是氧化还原反应。Zn+2H+═Zn2++H2↑氧化反应是物质失去电子的反应，还原反应是物质得到电子的反应。氧化反应：Zn–2e→Zn2+还原反应：2H++2e→H2氧化还原反应：Zn+2H+═Zn2++H2↑6在氧化还原反应中，失去电子的物质称为还原剂，得到电子的物质称为氧化剂。Zn+2H+═Zn2++H2↑还原剂氧化剂MnO22KClO3====2KCl+3O2↑∆KClO3既是氧化剂又是还原剂7氧化值氧化值：某元素一个原子的表观电荷数。假设把每一个化学键中的电子指定给电负性更大的原子而求得。CuZnZnCu22得失电子++++2HClClH22电子偏移+8Fe+Cu2+=Fe2++Cu2个“e”的转移H2+0.5O2H2O共价键+1-2“形式电荷”称为“氧化数”（电子偏移情况的反映）9确定氧化值的经验规则①单质中，元素的氧化值为零。②中性分子中，各元素原子的氧化值的代数和为零。③在单原子离子中，元素的氧化值等于该离子所带的电荷数；复杂离子的电荷等于各元素氧化值的代数和。④在共价化合物中，共用电子对偏向于电负性大的元素的原子，原子的“形式电荷数”即为它们的氧化值。⑤化合物中,氧的氧化值一般为-2；在过氧化物（如H2O2、Na2O2等）中为-1；在超氧化合物（如KO2）中为-1/2；在OF2中为+2。⑥化合物中,氢的氧化值一般为+1，仅在与活泼金属生成的离子型氢化物（如NaH、CaH2）中为-1。⑦所有卤化物中卤素的氧化数均为-1；碱金属、碱土金属在化合物中的氧化数分别为+1、+2。10例1：计算重铬酸钾(K2Cr2O7)中铬的氧化数。解：设重铬酸钾中铬的氧化数为x,已知氧的氧化数为-2，钾的氧化数为+1，则：2×1+2x+7×(-2)=0得：x=+6所以重铬酸钾中铬的氧化数为+6。11例2：计算Fe3O4中铁的氧化数。解：设Fe3O4中铁的氧化数为x，已知氧的氧化数为-2，则：3x+4×(-2)=0得：x=+8/3所以Fe3O4中铁的氧化数为+8/3。12思考题：确定氧化数（1）Na2S2O3（硫代硫酸钠）Na2S4O6（连四硫酸钠）+2+2.5（2）K2Cr2O7（重铬酸钾）CrO5+6+10（3）KO2（超氧化钾）KO3（臭氧化钾）-0.5-1/3注意：1）同种元素可有不同的氧化数；2）氧化数可为正、负和分数等；3）氧化数不一定符合实际元素的电子转移情况。S2O32-S的氧化数为＋2，SO--OOS+4,(+6)0,(-2)13在很多化合物中，元素的氧化数与化合价往往数值相同，但在一些共价化合物中，两者并不一致。如在CH4、CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4中，碳的氧化数分别为-4，-2，0，+2，+4，而碳的化合价都为4。化合价总是整数，但氧化数可以是分数，因此，氧化数与化合价虽然有一定的关系，但它们是两个不同的概念。氧化数与化合价化合价的原意是某种元素的原子与其他元素的原子相化合时两种元素的原子数目之间一定的比例关系氧化数=形式电荷14还升失，氧降得，被还原的是氧化剂被氧化的是还原剂根据氧化数的概念，元素氧化数有变化的反应是氧化还原反应。元素氧化数升高的过程叫氧化，元素氧化数降低的过程叫还原。元素氧化数升高的物质叫还原剂，元素氧化数降低的物质叫氧化剂。15小结：氧化反应：Zn–2e→Zn2+还原反应：2H++2e→H2氧化还原反应：Zn+2H+═Zn2++H2↑氧化还原反应是氧化反应和还原反应综合的结果，是两个半反应之和。16e+n还原型氧化型如：Zn2+/Zn，H+/H2，Cu2+/Cu每个半反应中包括同一元素的两种不同氧化态的物种，组成一个氧化还原电对。常用氧化型/还原型表示。氧化型是指电对中氧化数较大的物种；还原型是指电对中氧化数较小的物种。17§5.2氧化还原反应方程式的配平一、氧化数法二、离子−电子法18一、氧化数法基本原则：1、氧化剂氧化数降低的总数与还原剂氧化数升高的总数相等。2、反应式两边各种元素的原子总数相等。19例：配平KMnO4氧化HCl制取Cl2的反应方程式。解：（1）写出反应物和生成物的化学式。KMnO4+HCl→MnCl2+KCl+Cl2（2）找出元素氧化数降低的数值和元素氧化数升高的数值。+7-1+20KMnO4+2HCl→MnCl2+KCl+Cl2（3）根据氧化数升高和降低的总数相等，确定基本系数。20氧化数升高值：2Cl-1→0↑2×1×5=10氧化数降低值：Mn+7→+2↓5×2=10（4）用观察法确定确定氧化数未发生变化的元素的原子数目，必要时可加上适当数目的酸、碱以及水分子。2KMnO4+16HCl→2MnCl2+2KCl+5Cl22KMnO4+10HCl→2MnCl2+2KCl+5Cl2212KMnO4+16HCl→2MnCl2+2KCl+5Cl2+8H2O（5）检查等式两边各原子的个数是否相等，并将箭号改成等号。2KMnO4+16HCl═2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+8H2O22氧化数法配平化学方程式的优点是简便、快速，不仅适用于水溶液中的氧化还原反应，也适用于非水体系的氧化还原反应和有有机化合物参与的氧化还原反应方程式的配平。23书上例5-15-224二、离子−电子法基本原则：1.反应过程中氧化剂得到电子的总数和还原剂失去电子的总数相等。2.方程式两边各元素的原子总数相等。3.方程式两边离子的电荷总数相等。25例：写出KMnO4与H2C2O4在酸性介质中反应的离子方程式。解：（1）写出未配平的离子方程式。MnO4-+H2C2O4→Mn2++CO2（2）将离子方程式分写成两个半反应式：氧化反应：H2C2O4→CO2还原反应：MnO4-→Mn2+（3）配平半反应的原子数H2C2O4→2CO2+2H+MnO4-+8H+→Mn2++4H2O26（4）用电子配平半反应的电荷数H2C2O4→2CO2+2H++2e×5MnO4-+8H++5e→Mn2++4H2O×2（5）根据氧化剂和还原剂得失电子的总数相等的原则，将两个半反应合并成一个已配平的离子方程式。2MnO4-+5H2C2O4+6H+═2Mn2++10CO2↑+8H2O27离子−电子法主要适用于配平水溶液中的氧化还原反应，特别是对于有介质参加的复杂的氧化还原反应的配平比较方便。28一般而言，①反应物中O原子多了，应由H+离子结合，如为酸性介质则加H＋；中性、碱性介质H+很少，则加H2O，由H2O提供H＋与O结合。②如反应物中O少了，若为碱性介质则加OH-，以供给O；酸性、中性介质中OH-很少，则由H2O提供O，而释放出H+，故溶液酸性增加，在水溶液中无论什么介质皆有H2O，故可加H2O或生成H2O。③酸性介质中可加H＋，也可生成H+，但不能加OH-和生成OH-；碱性介质中可加OH-也可生成OH-，但不能加H+和生成H+；中性加H2O，可生成H+或OH-。H、O和H2O的参与配平原则29例：在酸性介质中，K2Cr2O7氧化FeSO4,生成Fe2(SO4)3和绿色Cr2(SO4)3,配平此反应方程式。解：1）写出反应物、产物及反应条件Cr2O72-+Fe2++H+=Fe3++Cr3+2）写出各氧化数Cr2O72-+Fe2++H+=Fe3++Cr3++63）配平氧化剂、还原剂前系数Cr2O72-+6Fe2++H+=6Fe3++2Cr3+4）用H2O等进行总配平Cr2O72-+6Fe2++14H+=6Fe3++2Cr3++7H2O30配平注意事项：写出的方程式必须与实验事实相符合•反应介质：酸性介质中，不能出现OH－碱性介质中，不能出现H＋Inacidicsolution,balanceObyaddingH2Otothesideofeachhalf-reactionthatneedsO,andthenbalanceHbyaddingH+tothesidethatneedsH.Inbasicsolution,balanceObyaddingH2OtothesidethatneedsO.ThenbalanceHbyaddingH2OtothesidethatneedsH,andforeachH2Omoleculeadded,addanOH-ionthetheotherside.•难溶或弱电解质应写成分子形式•注明沉淀的生成，气体的产生等31KMO4与K2SO3在不同介质中反应方程式的配平在酸性介质中:KMnO4+K2SO3+H+~MnSO4+K2SO4在中性介质中：KMnO4+K2SO3~MnO2+K2SO4在碱性介质中：KMnO4+K2SO3+OH-~K2MnO4+K2SO4以上例子可见：氧化数配平法的关键是求出氧化、还原剂氧化数的变化并使之相等，难的是其它原子的配平。322KMnO4+5K2SO3+3H2SO4=2MnSO4+6K2SO4+3H2O2KMnO4+3K2SO3+H2O=2MnO2+3K2SO4+2KOH2KMnO4+K2SO3+2KOH=2K2MnO4+K2SO4+H2O答案33§5.3电极电势一、原电池二、电动势与电极电势三、能斯特方程四、影响电极电势的因素34一、原电池Cu-Zn原电池装置负极（阳极）正极（阴极）35Cu-Zn原电池负极（阳极）正极（阴极）36一、原电池原电池：借助于氧化还原反应产生电流的装置。在原电池中，组成原电池的导体称为电极。规定：电子流出的电极称为负极,负极上发生氧化反应；电子进入的电极称为正极,正极上发生还原反应。37书写原电池符号的规则：①负极“-”在左边，正极“+”在右边，盐桥用“‖”表示。原电池符号(电池图示)：③纯液体、固体和气体写在惰性电极一边用“,”分开。②半电池中两相界面用“”分开，同相不同物种用“,”分开，溶液、气体要注明cB，pB。(-)Zn︱Zn2+(1.0mol/L)‖Cu2+(1.0mol/L)︱Cu(+)38小结1原电池（Galvaniccells）化学能转化成电能的装置1）组成：①半电池（电极）②检流计③盐桥（琼脂＋强电解质（KCl,KNO3等）补充电荷、维持电荷平衡2）电极反应：正极（Cu）:Cu2＋+2e=Cu负极（Zn）:Zn=Zn2++2e3）电池反应及电池符号：Zn+Cu2＋=Zn2++Cu(－)Zn|Zn2+(c1)||Cu2＋(c2)|Cu(＋)写电池符号应注意事项：•正、负极：(－)左，(＋)右•界面“|”:单质与“极棒”写在一起，写在“|”外面。•注明离子浓度（c),气态时用分压（p).物质状态：固态（s),液态（l)等•盐桥:“||”(电解池electrolyticcells)39原电池和电解池的区别原电池电解池电极习惯名称负极正极阳极(与外电源正极相连)阴极(与外电源负极相连)电子流向电子流出电子流入电子流出电子流入电极反应氧化反应还原反应氧化反应还原反应反应自发性可自发进行在外电压作用下才能