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1、 Oxidation - reduction reaction第 10 章氧化还原反应1. 理解氧化还原反应的基本概念 2. 掌握氧化还原方程式的两种配平方法 3. 了解电极电势的概念 4. 熟悉能斯特方程、影响电极电势的因素及其应用 5. 简单了解电化学的应用。本章教学要求:1 基本概念 The primary concept of redox reaction我们所学过的化学反应，从反应过程中是否有氧化数变化的角度来看，可分为两类： 1.有电子转移和氧化数的改变，这就是氧化还原应。 2.无电子转移及氧化数的改变，叫非氧化还原反应。氧化与还原 Oxidization and reductio
2、n氧化还原概念的发展最初 2Mg(s)+ O2(g) = 2MgO(s) 与氧结合后来 Mg Mg2+ 2e 电子转移现在 2P(s)+2Cl2(g) = 2PCl3(l) 电子偏移氧化还原反应的特征和类型 （1）氧化还原过程中，某元素的原子或离子 在反应前后氧化数发生改变氧化还原反应。 （2）氧化数升高的过程称为氧化，氧化数降低的过程称为还原。反应中氧化和还原同时进行 。 （3）假如氧化数升高和降低都发生在同一个化合物中自身氧化还原反应。 （4）反应过程中，同一元素氧化数即有升高又有降低歧化反应。2KClO3 = 2KCl + 3O2+5 -10-2KClO3 = KCl + KClO4+5
3、-1+7氧化剂和还原剂氧化数升高的物质叫还原剂，还原剂被氧化；氧化数降低的物质叫氧化剂，氧化剂被还原。NaClO + 2FeSO4 + H2SO4 = NaCl + Fe2(SO4)3 + H2O氧化剂 还原剂 还原 氧化 +1-1 +2+3 产物 产物Cl2 + H2O = HClO + HCl 0-1+1歧化反应是自身氧化还原反应的特殊型。氧化还原电对氧化剂得电子氧化数降低、被还原，产物具 有弱还原性，是弱还原剂。氧化剂与被还原产物组成氧化还原电对。还原剂失电子氧化数升高、被氧化，产物 具有弱的氧化性是弱的氧化剂。还原剂与被氧化的产物组成氧化还原电对。例 Cu2+ + Zn = Zn2+
4、+ Cu氧化剂 还原剂 被氧化物 被还原物Cu2+/Cu 氧化型 还原型Zn2+/Zn氧化型 还原型氧化型氧化能力越强则还原型还原能力就越弱。 例：MnO4-/ Mn2+ MnO4- 氧化能力很强； Mn2+ 还原能力弱。还原型还原能力越强，则氧化型氧化能力越弱 例：Sn4+/Sn2+ Sn2+ 强还原剂； Sn4+弱氧化剂。氧化型与它的还原型之间的关系可用氧化还 原 半反应式（电极反应）表示。例： Cu2+/Cu Cu2+ + 2e CuZn2+/Zn Zn2+ + 2e ZnMnO4-/Mn2+ MnO4- + 8H+ + 5e Mn2+ + 4H2OSO42-/SO32- SO42- +
5、 2H+ +2e SO32- + H2O原子价和氧化数 （1）原子价又称化合价：元素中能够化合或置换一价原子（H）或一 价基团（OH）的数目。共价化合物中表示某原子形成单键的数目，在离子化合物中表示离子电荷。例 : HCl : Cl为1价； H2O：O为2价；NH3 ：N为3价； PCl5 : P为5价。例: MgCl2：Mg：+2价, Cl为-1价。局限性：不能反映化合物结合的真实情况。例: NH4+从结构上看N为-3价，但它确同4个H结合。为了解决这一问题，提出了氧化数的概念。（2）氧化数：由于化合物中组成元素的电负性不同，原子结合 时电子对总是移向电负性大的一方，从而化合物中 组 成元素
6、原子必须带有正或负电荷。这种所带形式电 荷 的多少就是该原子的氧化数。简单的说：氧化数是化合物中某元素所带形式电 荷的数值。例如 : NaCl：Cl电负性大，Cl 氧化数为-1、Na为+1。氧化数可以是正、 负、 0 或分数。确定分子中某原子氧化数是有规则的。(3) 确定氧化数的规则 离子型化合物中，元素的氧化数等于该离子所带的电荷数 。共价型化合物中，共用电子对偏向于电负性大的原子 ，两原子的形式电荷数即为它们 的氧化数。单质中，元素的氧化数为零。中性分子中，各元素原子的氧化数的代数和为零 ，复杂离子的电荷等于各元素氧化 数的代数和。 氢的氧化数一般为+1，在金属氢化物中为 -1，如 。氧的
7、氧化数一般为-2，在过氧化物中为-1，如 在超氧化物中为-0.5，如在氧的氟化物中为+1或+2,如 原子价和氧化数的区别：CH4 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 化合价 4 4 4 4 4 氧化数 -4 -2 0 +2 +42 氧化还原反应方程式的配平Balancing of oxidation- reduction reaction equation 氧化数法 The oxidation number method半反应法(离子电子法) The half-reaction method: ion-electron method 1. 用氧化数法配平氯酸与磷作用生成氯化 氢和磷
8、酸的反应：HClO3 + P4 HCl + H3PO4+ 5 0 -1 +5HClO3 + P4 HCl + H3PO4( - 1 ) ( + 5 ) = - 6 最小公倍10( + 5 ) 04 = + 20 最小公倍310HClO3 + 3P4 10 HCl + 12H3PO4两侧的O、H数目不同，加水补充，至反应前后原 子的数目相同。若相同将改写成即可。 10HClO3 + 3P4 + 18 H2O 10 HCl + 12H3PO4 10HClO3 + 3P4 + 18 H2O 10 HCl + 12H3PO4配平铜与稀硝酸反应的方程式Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO +
9、H2O掌握氧化数法配平的原则后，就可以将电子转移（得失）数直接写成反应物或生成物的计量系数：Cu + HNO3 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + H2O3 Cu + 8HNO3 3Cu(NO3)2 + 2 NO + H2O反应式左边多出8个H原子，右边应添加4个H2O 分子, 而且检查O原子也平衡的，最后改写成“” 3 Cu + 8 HNO3 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4H2O 3 Cu + 8 HNO3 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4H2OAs+32S-23HN+5O3H3As+5O4H2S+6O4N+2O As2S3 : 2As 从3 到5 升高 2; 22
10、 = 4 3S 从2 到6 升高 8; 83=24 As2S3 : 共升高4+2428HNO3: N 从5到2 下降3； 13 = 3最小公倍 As2S3 : 283 N: 3283As2S3 28HNO3 6H3AsO4 9H2SO4 28NO 检查H：左边加4个H2O，再核对O，配平后改写成 3As2S328HNO34H2O 6H3AsO49H2SO4 28NO在酸性介质中铋酸钠可将MnSO4氧化为NaMnO4 ， 写出配平的离子方程式 ：+ 2 Mn2+ 2 + 5 Bi3+-35BiO- 4MnO检查: 左右O原子数目不同，左边比右边多出7个O原 子，通过添加14个H+离子，右端再添加
11、H2O分子：5BiO3- + 2Mn2+ + 14 H+ 2MnO4- + 5Bi3+ + 7H2O 2.半反应法(离子电子法)配 平 步 骤 用离子式写出主要反应物和产物(气体、纯液体、固体和弱电解质则写分子式) 将反应分解为两个半反应式，配平两个半反应的原子 数及电荷数。 根据电荷守恒，以适当系数分别乘以两个 半反应式，然后合并、整理，即得配平的离子方程式。用半反应法配平下列反应方程式+ + 6H+ = 2Mn2+ + + 3H2O可以看出离子电子法同样也可以将电子转移 （得失）数直接写成反应物或生成物的计量系数。(1) + = + Mn2+ (2) + 8H+ + 5e- = Mn2+
12、+ 4H2O (1) + H2O = + 2H+ + 2e- (2)(3) 2 + 5得 (3) + 16H+ + 10e- = 2Mn2+ + 8H2O (4) +) + 5H2O = + 10H+ + 10e-2 3SO-4MnO-2 4SO - 4MnO -2 4SO-2 3SO- 42MnO -2 45SO- 42MnO-2 35SO-245SO-2 35SO3 水溶液中氧化还原反应的自发性电极电势Spontaneityof redox reactionin aqueous solutionelectrode potential .1 原电池和电极电势1. 原电池(galvanic c
13、ell or voltaic cell )将自发氧化还原反应的化学能转化为电能的装置。 铜锌原电池(A copper-zinc cell)工作状态的化学电池同时 发生三个过程： 两个电极表面分别发生氧化反应和还原反应 电子流过外电路 离子流过电解质溶液上述发生的氧化还原反应为 ： CuSO4 + Zn = Cu + ZnSO4 +2e-2e根据电流的方向可以判断电子从锌极流向铜极它 表明，氧化还原反应的实质是电子从还原剂转移向氧 化剂。在一般化学反应中，还原剂和氧化剂间的电子转移是通过热运动时的有效碰撞来实现的。原电池可以用符号表示(-) ZnZnSO4(1moll-1)CuSO4(1moll-1)Cu (+)“”表示连接两半电池的盐桥，正负号表示原电 池的正负极。盐桥的作用：让溶液始终保持电中性 ,使电极反应得以继续进行消除原电池中的液接电势（或扩散电势）通常内盛饱和 KCl 溶液或 NH4NO3 溶液(以琼胶 做成胶冻)盐桥(Salt bridge) 氧化还原电对（Redox couple）对氧化还原反应 Cu2+ + Zn = Zn2+ + Cu对同一元素的不同氧化态，将高氧化态写在斜线的 上方，低氧化态写在斜线的下方，即 Cu2+ /Cu ； Zn2+ /Zn
