第三章 氧化還原反應.ppt

1、第三章 氧化還原反應,3.1 氧化還原反應的基本概念 3.2 電極電勢, 3.1 氧化還原反應的基本概念,3.1.1 氧化值（數(shù)） 3.1.2 氧化還原反應方程式的配平 3.1.3 氧化還原電對,得失氧定義,CuO + H2 = Cu + H2O,失氧物質稱氧化劑,得氧物質稱還原劑,失氧過程稱還原(半)反應,得氧過程稱氧化(半)反應,化合價升降定義,CuO + H2 = Cu + H2O,化合價降低物質稱氧化劑,化合價升高物質稱還原劑,此定義擴大了氧化還原反應的范圍,氧化還原反應,得失電子定義,CuO + H2 = Cu + H2O,得電子物質稱氧化劑,失電子物質稱還原劑,氧化數(shù)升降定義,Cu

2、O + H2 = Cu + H2O,氧化數(shù)降低物質稱氧化劑,氧化數(shù)升高物質稱還原劑,氧化數(shù)降低過程稱還原(半)反應,氧化數(shù)升高過程稱氧化(半)反應,此定義反映了氧化還原反應的本質,此定義更容易判別氧化還原反應,CuO + H2 = Cu + H2O,氧化數(shù)：是指某元素的一個原子的電荷數(shù)，該荷電數(shù)是假定把每一化學鍵中的電子指定給電負性更大的原子而求得的。,3.1.1 氧化值（數(shù)）,=,=,確定氧化數(shù)的規(guī)則, 離子型化合物中，元素的氧化數(shù)等于該離子所帶的電荷數(shù) 。 共價型化合物中，共用電子對偏向于電負性大的原子 ，兩原子的形式電荷數(shù)即為它們的氧化數(shù)。,單質中，元素的氧化數(shù)為零。 中性分子中，各元素

3、原子的氧化數(shù)的代數(shù)和為零 ，復雜離子的電荷等于各元素氧化數(shù)的代數(shù)和。, 氫的氧化數(shù)一般為+1，在金屬氫化物中為 -1，如 。, 氧的氧化數(shù)一般為-2，在過氧化物中為-1，如在超氧化物中為-0.5，如 在氧的氟化物中為+1或+2，如,例：,化合價定義：元素一個原子與一定數(shù)目的其它元素的原子相結合的個數(shù)比稱為化合價。,化合價的一些定義與氧化數(shù)是相同的：,可見，元素的化合價在許多化合物中與氧化數(shù)的數(shù)值是相同的。但是化合價的數(shù)值只限于整數(shù)，而氧化數(shù)可以是任意有理數(shù)。,化學鍵數(shù)是指某原子與其他原子結合時所共用的電子對數(shù)。它的數(shù)值是正整數(shù)。,“氧化值” 與“化合價” 區(qū)別？,3.1.2 離子 電子法配平氧

4、化還原方程式 配平原則： (1) 電荷守恒：得失電子數(shù)相等。 (2) 質量守恒：反應前后各元素原子總數(shù)相等。,配平步驟： （1）用離子式寫出主要反應物和產(chǎn)物（氣體、純液體、固體和弱電解質則寫分子式）。 （2）將反應分解為兩個半反應式，并配平兩個半反應的原子數(shù)及電荷數(shù)。 （3）根據(jù)電荷守恒，以適當系數(shù)分別乘以兩個半反應式，然后合并，整理，即得配平的離子方程式；有時根據(jù)需要可將其改為分子方程式。,經(jīng)驗規(guī)則：,用離子 電子法配平下列反應方程式,Example,例：配平,5+得,Solution,配平方程式 Cr(OH)3 (s) + Br2 (l) + KOH K2CrO4 + KBr,Cr(OH)

5、3 (s) + Br2 (l) CrO42- + Br- Br2 (l) + 2e- = 2Br- 即: Cr(OH)3 (s) + 5OH- = CrO42- + 4H2O + 3e- 3+2得 2Cr(OH)3 (s) + 3Br2 (l) + 10OH- = 2CrO42- + 6Br- + 8H2O 2Cr(OH)3 (s) + 3Br2 (l) + 10KOH= 2K2CrO4 + 6KBr + 8H2O,Example,酸性介質： 多n個O+2n個H+，另一邊 +n個H2O,堿性介質： 多n個O+n個H2O，另一邊 +2n個OH-,中性介質： 左邊多n個O+n個H2O，右邊+2n個

6、OH- 右邊多n個O+2n個H+，左邊n個H2O,小結：,3.1.3 氧化還原電對,如前所述，任何一個氧化還原反應均可拆分成兩個半反應；氧化反應和還原反應。每個半反應均是表示某一種元素高低不同氧化態(tài)之間的轉化。若將其中高氧化態(tài)物種稱為氧化型，低氧化態(tài)物種稱為還原型，則它們之間的關系為: 氧化型+ne 還原型 這種同一元素的氧化型與還原型彼此依存相互轉化的關系,稱為共軛關系.,處于共軛的氧化還原系統(tǒng)稱為氧化還原電對,簡稱電對. 電對的常用符號為:氧化型/還原型 因此一個氧化還原反應至少有兩個電對:氧化劑電對和還原劑電對。如下述反應： 氧化劑電對：MnO4-/Mn2+(氧化型1/還原型1) 還原劑

7、電對：SO42-/ SO32-(氧化型2/還原型2) 整個氧化還原反應可表示為： 氧化型1+還原型2 還原型1+氧化型2, 3.2 電極電勢,3.2.1 原電池 3.2.2 電極電勢 3.2.3 影響電極電勢的因素 3.2.4 電極電勢的應用 3.2.5 元素電勢圖及其應用,3.2.1 原電池 (primary cell),銅鋅原電池，亦叫 Daniell 電池,工作狀態(tài)的化學電池同時發(fā)生三個過程：, 兩個電極表面分別發(fā)生氧化反應和還原反應 電子流過外電路 離子流過電解質溶液,、原電池的組成(如右圖所示),兩個半電池由鹽橋接通內電路，外電路由導線和安培計連通。,鋅半電池由鋅電極和鋅鹽溶液（Zn

8、SO4）組成。,銅半電池由銅電極和銅鹽溶液（CuSO4）組成。,鹽橋,導線,2、現(xiàn)象,3、原電池反應,鋅半電池反應：ZnZn2+2e (還原劑的氧化反應),原電池反應： Cu2+ZnZn2+Cu,銅半電池反應：Cu2+2e Cu (氧化劑的還原反應),a、檢流計指針向右偏轉，說明有電流通過，根據(jù)指針偏轉方向可 判斷為Zn負極，u為正極. b、Zn片逐漸溶解，u片上有沉積,原電池符號表示方法： a負左正右 b“|”固液間存在一個界面 c溶液后面標出他對應濃度（如果是氣體，標出對應壓力） d“|”表示鹽鹽橋 e當電對中，沒有固體電子導體時（無支持電極）要用惰性電極，即不參與電池反應的固體電子導體常

9、鉑（pt）、石墨（c） f同一相中的兩物種離子式或分子式以“，”隔開。,4、原電池的表示符號,(-) ZnZnSO4(1moll-1)CuSO4(1moll-1)Cu (+),作用： 讓溶液始終 保持電中性 使電極反應 得以繼續(xù)進 行 消除原電池 中的液接電 勢（或擴散 電勢）,通常內盛飽和 KCl 溶液或 NH4NO3 溶液(以瓊膠作成凍膠).,(2) 鹽橋,(1) 原電池通過化學反應產(chǎn)生電流的裝置。,1,M活潑,M不活潑,溶解 沉積 沉積 溶解,-,+,+,-,-,+,+,-,-,溶解,沉淀,雙電層理論,3.2.2 電極電勢 一、 電極電勢的產(chǎn)生,二、 標準氫電極和甘汞電極 1. 標準氫電

10、極,標準氫電極裝置圖,表示為: H+ H2(g) Pt,2. 甘汞電極,裝置圖,三、電極電勢的測定,標準電極電勢和標準電動勢 金屬電極電勢的高低主要取決于金屬的本性、金屬離子的濃度和溶液的溫度。在指定溫度（298.15K）下，金屬銅金屬離子濃度為1mol.L-1的溶液所產(chǎn)生的電勢，稱為該金屬的標準電極電勢，用或E表示。,或,2 電極電勢的測定, 采用還原電勢 小的電對對應的還原型物質還原性強 大的電對對應的氧化型物質氧化性強 無加和性 一些電對的與介質的酸堿性有關 酸性介質 ： A 堿性介質： B,3 標準電極電勢表,4、電極電勢的理論計算 電功(J)=電量(C)電勢差(V) 電池反應： EM

11、F 電動勢（V） F 法拉第常數(shù) 96485（Cmol-1） Z 電池反應中轉移的電子的物質的量,3.2.3 影響電極電勢的因素Nernst方程式 一、 Nernst方程式,二、 影響電極電勢的因素 1. 氧化型或還原型的濃度或分壓,2. 介質的酸堿性,Ag,3. 沉淀的生成對電極電勢的影響,氧化型形成沉淀 ，E， 還原型形成沉淀 ，E， 氧化型和還原型都形成沉淀，看二者 的相對大小。,小結：,Cu,氨水,4. 配合物的生成對電極電勢的影響,氧化型形成配合物，E ， 還原型形成配合物， E ， 氧化型和還原型都形成配合物，看 的相對大小。,小結：,5. 弱電解質的生成對電極電勢的影響,E小的電

12、對對應的還原型物質還原性強 E大的電對對應的氧化型物質氧化性強,3.2.4 電極電勢的應用 一、判斷氧化劑、還原劑的相對強弱,二、 判斷氧化還原反應進行的方向 反應自發(fā)進行的條件為rGm0 rGm = nFEMF 即 EMF 0 反應正向自發(fā)進行 EMF 0 反應逆向自發(fā)進行,例：判斷在酸性溶液中H2O2與Fe2+混合時，能否發(fā)生氧化還原反應？若能反應，寫出反應方程式。,例：現(xiàn)有含Cl-、Br-、I-的混合溶液，欲將I-氧化成I2 ，而Br-、Cl-不被氧化，在常用的氧化劑Fe2(SO4)3和KMnO4中選擇哪一個能符合上述要求？,Fe 3+只能把I-氧化為I2，而 能把Cl-、Br-、I-氧化為相應的單質， 應選擇Fe2(SO4)3。,所以，該反應在標準態(tài)下不能向右進行。,