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1、第八章 氧化还原与电极电位第八章 氧化还原与电极电位中山大学药学院医学化学教研中心曾飒第八章基本要求第八章基本要求1.熟悉熟悉氧化值与氧化还原反应的意义氧化值与氧化还原反应的意义, 能能熟练熟练计算元素的氧化值。计算元素的氧化值。2.熟悉熟悉原电池的结构及正、负电极反应的 特点，能原电池的结构及正、负电极反应的 特点，能正确正确将氧化还原反应进行拆分 并组成原电池，将氧化还原反应进行拆分 并组成原电池，正确正确书写电池组成式。书写电池组成式。3.了解了解电极电位产生的原因、标准电极电 位的概念和应用。电极电位产生的原因、标准电极电 位的概念和应用。掌握掌握电极电位的电极电位的 Nernst方程
2、式及影响因素。方程式及影响因素。4.掌握掌握用电极电位或电池电动势判断氧化还原反应进行的方向，利用标准电动势用电极电位或电池电动势判断氧化还原反应进行的方向，利用标准电动势正确正确计算氧化还原反应的平衡常数、溶度积常数等。计算氧化还原反应的平衡常数、溶度积常数等。5.熟悉熟悉电位法测定溶液电位法测定溶液pH的原理和方法。的原理和方法。6.熟悉熟悉高锰酸钾法、碘量法的基本原理，并高锰酸钾法、碘量法的基本原理，并掌握掌握其测定结果的计算。其测定结果的计算。Ag+ Cl-? AgClZn + CuSO4 ? ZnSO4+ Cu0+2+20C + O2? CO2第一节氧化值与氧化还原反应第一节氧化值与
3、氧化还原反应一氧化值（oxidation number）一氧化值（oxidation number）定义(IUPAC):假设把化合物中成键的电子都 归电负性更大的原子，从而求得原子所带的电荷 数，此电荷数即为该原子在该化合物中的氧化 值。（如：NaCl、NH3、C6H12O6）H + H = H . HH + Cl : = H . Cl :.计算规则计算规则(人为规定）：2 2一般一般 过氧化物过氧化物 超氧化物超氧化物 氧氧( (O)O) - -2 2 - -1 1 - -0.5 +20.5 +2H H2 2O HO H2 2O O2 2KOKO2 2OFOF2 21 1单质分子：元素氧化值
4、单质分子：元素氧化值=0=0 如：如： F F2 2、O O2 2、ClCl2 2 3一般金属氢化物 氢(H)+1 -1 H2O NaH、CaH24 4电中性化合物所有元素氧化值之和电中性化合物所有元素氧化值之和=0=0如：如：KMnOKMnO4 45 5离子：离子：ClCl- -、POPO4 43 3- -、MnOMnO4 4- -所有元素的氧化值所有元素的氧化值= =离子电荷数离子电荷数例例8 8- -1 1 求求CrCr2 2O O7 72 2- -中中CrCr的氧化值和的氧化值和FeFe3 3O O4 4中中 FeFe的氧化值。的氧化值。 CrCr2 2O O7 72 2- -2x +
5、 7(-2) = -2x = +6 x= +8/3FeFe3 3O O4 43x + 4(-2) = 0O O 2-SO O O O 2-SO S+6+6-2氧化值氧化值+62x+3(-2)=-2例例8 8- -1 1 求求SO42-与S2O32-中中S S的氧化值和化合价的氧化值和化合价氧化值化合价与物质结构无关有关 整数或分数整数人为性、经验性严格的科学定义x=2二 氧化还原反应(oxidation-reduction reaction)定义: 反应前后元素的氧化值发生了变化 的化学反应。2Fe3+ + Sn2+ ? 2Fe2+ + Sn4+氧化值还原反应氧化值氧化反应00+1-1例：H2
6、+ Cl2? 2HCl小结： （1）本质：电子转移 （2）电子转移，既可以表示某一原子得到 或失去电子，也可以表示电子云密度远离 或趋向某一原子。本章重点：有电子得失的氧化反应（二） 半反应和氧化还原电对 (redox couple)2Fe3+ + Sn2+ ? 2Fe2+ + Sn4+氧化值还原反应氧化值氧化反应氧化半反应: Sn2+ - 2e ? Sn4+还原半反应: Fe3+ + e ? Fe2+半反应通式：Ox + ne-?Red氧化态及 相关介质还原态及 相关介质Ox/RedSn4+/Sn2+Fe3+/Fe2+egeg: : MnOMnO4 4- -+5e+5e- -MnMn2+2+
7、氧化还原电对Ox（电子受体）/Red（电子供体） Ox愈强，Red愈弱 Ox愈弱，Red愈强MnOMnO4 4- -,H,H+ +/MnMn2+2+ +8H8H+ + +4H4H2 2OOOxRedOx/Red(三) 氧化还原反应方程式的配平 1.方法：（1）氧化值法 （2）离子-电子法 （半电子法）（1）写出离子方程式+70 MnO4-+ Cl- Mn2+ Cl2（2 2）拆成两个半反应拆成两个半反应还原半反应还原半反应：MnOMnO4 4- - MnMn2+2+氧化半反应氧化半反应：ClCl- - ClCl2 2例8-2： KMnO4 +HClMnCl2+Cl2（3）根据物料平衡和电荷平衡
8、，配平半反应还原半反应：MnO4-Mn2+ H+8+ H2O4+5e氧化半反应：Cl-Cl2225 （4）根据得失电子数相等的原则，找出最小 公倍数,合并离子方程式- 2e-2 2MnOMnO4 4- -+ 16H+ 16H+ + 10Cl+ 10Cl- -2Mn2Mn2+2+ 5Cl+ 5Cl2 2+ 8H+ 8H2 2OO离子-电子法的特点：（1）不需要计算元素的氧化值 （2）仅适用于在水溶液中进行的反应氧化值法：水溶液、非水溶液及高温反应第二节 原电池与电极电位一一 原电池（electrochemistry cells)（一） 原电池(galvanic cells)的概念Zn+CuSO4
9、Cu+ZnSO4Cu2+ +2e-CuZn Zn - -2e2e- -ZnZn2+2+Zn+CuSO4Cu+ZnSO4anode Reduction Half reactioncathode Oxydation Half reactionAn zinc-copper galvanic cell盐桥(饱和KCl) Cl-K+电池反应：CuCu2+ 2+ + + Zn Zn ?ZnZn2+ 2+ + + CuCu原电池的特点： 1以氧化还原为基础，正、负极得失 电子数相等。2 2氧化剂与还原剂互不接触。氧化剂与还原剂互不接触。原电池：利用氧化还原反应将化学能电能的装置理论上，任何一个理论上，任何一
10、个氧化还原反应氧化还原反应 原电池原电池（二） 原电池的组成式原电池的组成式 1负极左，正极右，中间盐桥 “” 2 写出电极的化学组成 A 溶液注明活度（或浓度） B 气体注明分压 C 纯气体、纯液体及固体直接与极板相连3 “”：电极极板(导体)电极其他部分 4 “，”：同一相中不同物质之间 电极中的其他相界面 5 不能导电的半电池用pt电极。 egeg: Cu: Cu- -ZnZn原电池原电池( (- -) )(+)(+)ZnZnZnZn2 +2 +( (c c1 1) )CuCuCuCu2+2+( (c c2 2) )（三） 电极类型电极类型AgAgNO3银离子电极电极组成式: Ag Ag
11、+(c)电极反应：Ag+e- -? Ag1 金属金属离子电极 将金属板插入到含该金属离子的盐溶液中。2 金属-金属难溶盐-阴离子电极 将金属表面涂以该金属的难溶盐将金属表面涂以该金属的难溶盐(或氧化或氧化 物），然后将它浸入与该盐具有相同阴离子物），然后将它浸入与该盐具有相同阴离子 的溶液中。的溶液中。电极组成式：Ag,AgCl(s) Cl-(c)电极反应：AgCl+e-? Ag+Cl-Ag-AgCl电极AgKClAgCl3“氧化还原”电极 将惰性极板（铂或石墨）浸入到含有同将惰性极板（铂或石墨）浸入到含有同 一元素的两种不同氧化态的离子的溶液中。一元素的两种不同氧化态的离子的溶液中。Fe2+
12、,Fe3+电极示意图电极组成式：PtFeFe2+2+(c(c1 1), ), FeFe3+3+(c(c2 2) )电极反应：Fe3+3+e- -?Fe2+2+4 气体电极（气体-离子电极） 将气体物质通入其相应离子的溶液中，将气体物质通入其相应离子的溶液中， 并用惰性金属铂作导电板构成的电极并用惰性金属铂作导电板构成的电极。The standard hydrogen electrode 电极组成式：Pt， H2(100KPa)H+(1molL-1)电极反应：H2-2e-? 2H+例8-3 例8-3 高锰高锰酸酸钾钾与与浓浓盐酸盐酸作作用用制取氯气的反应制取氯气的反应 如下：2KMnO如下：2K
13、MnO4 4+16HCl +16HCl ? 2KCl+2MnCl2KCl+2MnCl2 2+5Cl+5Cl2 2+8H+8H2 2O O 将此反应设计为原电池，写出正、负极的反应、电将此反应设计为原电池，写出正、负极的反应、电 池反应、电极组成式和电池组成式。池反应、电极组成式和电池组成式。解: 2MnO4-+ 16H+ 10Cl-2Mn2+ 5Cl2 + 8H2O 正极反应 MnO4-+ H+ e-Mn2+ H2O +70氧化剂（+）极还原剂（-）极 584负极反应 2Cl-Cl2-2e- 电池反应 2MnO4-+ 16H+ 10Cl-2Mn2+ 5Cl2 +8H2O正极反应： MnO4-+
14、 8H+ 5e-? Mn2+4H2O 负极反应： 2Cl-? Cl2-2e正极组成式Pt|MnO4-(c1),Mn2+(c2), H+(c3)负极组成式Pt, Cl2(p) | Cl-(c)电池组成式(-) Pt, Cl2(p)| Cl-(c) MnO4-(c1), Mn2+(c2), H+(c3)| Pt (+)二 电极电位二 电极电位(electrode potential)金属溶解过程示意图双电层示意图M(s) Mn+(aq) + ne-溶解析出（一）电极电位的产生电极电位电极电位：金属和它的盐溶液之间相界面上 的电位差。原子失e倾向离子得e倾向原子失e倾向0)(-)(+)(+)(-)(
15、-)pt, H2(100Kpa) H+(1molL-1) Cu(1molL-1) Cu(+) E = 0.3419 =-SHECu2/CuCu2+/Cu= 0.3419VE E= = + - -标准电动势标准电动势 ：标准电极电位标准电极电位V3419. 0Cu/Cu2=+V7618. 0Zn/Zn2=+e- e-（三） 标准电极电位表及其应用注意： 1 标准状态下使用2 2 在水溶液中测定，不适用于非水在水溶液中测定，不适用于非水 体系等其它体系。体系等其它体系。3 3 书写：书写：氧化态氧化态+ +nene ?还原态还原态( (还原电位还原电位) )OxOx：箭头左边箭头左边所有所有的物质的物质 RedRed：箭头右边箭头右边所有所有的物质的物质如：如：MnOMnO4 4- -+ +8H8H+ +5e=Mn+5e=Mn2+2+ +4H4H2 2OO表8-1, p323 附录5（1），Ox，Red例例8 8- -4 4：指出下列电对中哪一种物：指出下列电对
