无机化学氧化还原反应及电化学

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1、第9章 氧化还原.电化学一、教学要求 1氧化还原反应定义、氧化还原反应方程式的 配平（离子电子法）。 2原电池的定义及原电池符号、电极电势的意义、标准氢电极、离子浓度、酸度对电极电位 的影响（能斯特方程）、条件电极电势、电极 电势的应用（方向、强度、程度） 3. 元素电位图及其用途 。Date91 氧化还原反应一定义氧化还原反应是指有电子转移（或偏移）的一类化学反应，如： Zn + CuSO4 Zn SO4 + CuZn + Cu2+ Zn2+ + Cu氧化还原反应是同时发生和结束的，因电子转移时便有反应，且是一得一失，电子转移一停反应即停。 有氧化必有还原。Date二、氧化值1970年国际纯

2、粹和应用化学联合会(IUPAC)确定：氧化值（或叫氧化数）是某一元素一个原子的荷电数（形式电荷） ，这个荷电数可由假设把每个键中的电子 指定给电负性更大的原子而求得。例： NaCl中，Cl Na Na为正，Cl为负。NH3中， NH H为正，N为负。Date1、确定氧化值的一般规则：(1) 单质中，元素的氧化值为 0 。(2) H原子的氧化值：H与电负性比它大的原子相结合时的氧化值为+1，如，H2O；H与电负性比它小的原子相结合时的氧化值为-1，如，NaH。(3) O原子的氧化值：一般为-2， 如：H2O、K2O等；但也可为-1， 如：H2O2、Na2O2、K2O2等；-1/2， 如：KO2等

3、； +1， 如：O2F2等；+2， 如：OF2 等。Date(4) 碱金属的氧化值一般为+1， 如： K2O、Na2O等。碱土金属的氧化值一般为+2，如： MgO、CaO等。(5)多原子分子，各元素的氧化值的代数和为 0 。(6) 多原子离子，各元素的氧化值代数和 = 离子电荷数。关于共价数：某元素的共价数(该元素形成共价键 的数目) 与 其氧化值不一定相等。如：CH4、C2H4、C2H2 中 C的共价数都是 4，但它们的氧化数分别为 - 4、-2、-1。例： H2O H2O2 Fe3O4 FeO各元素的氧化值： +1 2 +1 1 +8/3 -2 +2 -2Date 氧化还原反应元素的原子或

4、离子在反应前后的 氧化数发生改变的一类化学反应。 歧化反应氧化数的升高和降低均发生在同一 个元素中。 如：2、氧化还原概念 氧化 元素氧化数升高的过程。还原 元素氧化数降低的过程。 氧化剂反应中氧化数降低的物质。得到电 子被还原。还原剂反应中氧化数升高的物质。失去电 子被氧化。Date三、氧化还原方程式的配平1、配平方法： （离子电子法）。配平原则；（1）反应过程中氧化剂所夺得的电子数必须等于还原剂失去的电子数。（2）反应前后各元素的原子总数相等。例1：高锰酸钾在酸性介质中与亚硫钠作用生成硫酸锰和硫酸钠，试配平反应方程式（离子电子法）。Date第一步 写出反应物和产物的离子方程式：(问题1：何

5、种物质可写成离子形式？)MnO4- + SO32- +H+ Mn2+ + SO42- + H2O第二步 拆成氧化和还原的两个半反应式，并平原子数： 即；还原剂被氧化：SO32- SO42-氧化剂被还原；MnO4- Mn2+第三步 补齐配平两个半反应式（原子个数、电荷数均须配平） （问题2：如何正确配平溶液中氧原子、氢原子？） 1. 用H20平O，缺O加H20。 A式； SO32- + H20 = SO42- B式： MnO4- = Mn2+ + 4H20Date2. 用H+平H。 A式； SO32- + H20 = SO42- + 2H+ B式： MnO4- + 8 H+ = Mn2+ + 4

6、H20 第四步 加 e 平电荷。 A式； SO32- + H20 - 2e = SO42- + 2H+ B式： MnO4- + 8 H+ + 5e = Mn2+ + 4H20第五步两式各乘以适当系数，加合，消e,整理。(5 (25SO32-+5H2O+2MnO4-+16H+=5SO42-+10H+2Mn2+8H2O 5SO32-+2MnO4-+6H+ =5SO42- +2Mn2+ +3H2O 第六步如果要加上其余离子即可如下： 5Na2SO3+2KMnO4+3H2SO4=2MnSO4+5Na2SO4+K2SO4+3H2ODate例2：磷在碱性介质中歧化成膦和亚磷酸一氢 盐，试配平反应方程式。

7、解：1、写出反应物和产物的离子式：P4 PH3 + HPO32- 2、写出两个半反应式，并平原子数P4 PH3P4 HPO32-4 43、加H2O平O, 多O边加H2O，另一边加2OH- P4 4PH3P4 + 24OH- 4HPO32- + 12H2ODate4、加OH- 平H，多H边加OH- ，另一边加H2OP4 + 12H2O 4PH3 + 12OH- P4 + 24OH- + 4H2O 4HPO32- + 12H2O + 4OH-P4 + 20OH- 4HPO32- + 8H2O6、加和，消 e，整理2P4+12H2O +20OH- 4PH3+4HPO32-+12OH-+ 8H2O5、

8、加e，平电荷P4 + 12H2O +12e 4PH3 + 12OH-P4 + 20OH- - 12e 4HPO32- + 8H2OP4+2H2O +4OH- 2PH3+2HPO32-Date2、 配平步骤： 写出离子反应方程式 写出二个氧化还原半反应式（一个为氧化反应； 一个还原反应） 分别配平两个半反应式 根据配平原则，两式分别乘以适当系数并相加。即得配平了的离子反应方程式。 加上其它离子即得配平的分子反应方程式。 Date解： MnO4- Mn2+H2O2 O21例3：配平下列氧化还原反应式 2+ 4H2O 3+ 8H+ 2H+4+ 5e- 2e5(2(52MnO4- +16H+ +5H2

9、O2 2Mn2+ +8H2O+5O2 +10H+ 2 MnO4- + 5H2O2 +6H+ 2Mn2+ +5O2 + 8H2ODate例4：在碱性介质中过氧化氢氧化三价铬为 铬酸盐，试配平反应的离子方程式。解：1、写出反应物和产物的离子式：HO2- + CrO2- CrO42- + OH- 2、 HO2- OH-CrO2- CrO42-+ H2O+ 2OH- + 2H2O+ 4OH-3 、4 、5 、+ 2e- 3e(3(26 、3HO2- +2CrO2- +3H2O+8OH- = 9OH- +2CrO42- +4H2O 3HO2- + 2CrO2- = 2CrO42- + H2O + OH-

10、 Date介 质缺 氧 方多 氧 方酸性介质加n份H2O加2n份H+碱性介质加2n份OH-加n份H2O中性介质 (反应物加水)生成物 加2n份OH-生成物 加2n份H+不同介质条件下配平氧原子数的经验规则Date对非典型缺氧、多氧问题的处理：例3：Al + NO3- + OH- Al(OH)4- + NH3 + H2OA: Al + 4OH- - 3e Al(OH)4-B: NO3- NH3不仅左边确氧，右边还多氢。怎么办？有同学这样配：NO3- + 3H2O + 5e NH3 + 6OH- 也有同学这样配：NO3- + 3H2O + 3 H+ + 8e NH3 + 6OH-还有同学这样配NO

11、3- + 3H2O +5e N+ 6OH-究竟该怎么配？Date92 原电池和电极电位一原电池1定义借助于氧化还原反应将化学能直接转变为电能的装置叫做原电池。Date2装置及符号表示法原电池中有两个极：流出电子的一个叫负极，流入电子的极叫正极。在铜锌原电池中：负极反应为（氧化）： Zn 2e = Zn2+ 锌极正极反应为（还原）：Cu2+ + 2e = Cu 铜极整个原电池的反应为：Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+原电池用符号表示如下；负极写左边，正极写在右边，“”表示相界面，“”表示盐桥，。如铜锌电池可如下表示：()ZnZnSO4CuSO4Cu(+)一般，原电池符号可以这样表示：（

12、-）导电材料其他离子离子其他导电材料（+） Date例：写出由下列反应组成的原电池符号1、H2 + 2Ag+ = 2H+ + 2Ag2、MnO2 + 2Cl- + 4H+ = Mn2+ + Cl2 + 2H2O（-）导电材料其他离子离子其他导电材料（+）（-）PtH2H+Ag+Ag（+）（-）PtCl2Cl-H+,Mn2+MnO2Pt（+）Date3.氧化还原电对：原电池是由2个半电池组成，铜锌电池中锌和硫酸 锌溶液为锌半电池，铜和硫酸铜溶液为铜半电池，中 间用盐桥相连组成电池。我们把同一物质两种不同的氧化值组成的一对物质 称作一个氧化还原电对,用符号表示时氧化态写在左边 还原态写在右边，中间

13、用斜线分开 。记作：氧化态 / 还原态如：Cu2+/Cu、Zn2+/ ZnDate根据电对的概念，只要是同一元素两种不同的氧 化值就可以构成一个氧化还原电对，因此Cu2+/Cu、 Zn2+/ Zn只是一种电对，一般称作金属电对。金属电对： 例：Cu2+/Cu、Zn2+/ Zn、Ag+/Ag 等气体电对： 例：H+/H2、O2/OH-、Cl2/Cl- 等离子电对： 例：Fe3+/Fe2+、MnO4-/Mn2+、 等难溶盐电对：例： AgCl/Ag 、CuS/Cu、PbCrO4/Pb 等配离子电对：例： Ag(NH3)2+/Ag 、Cu(NH3)42+ /Cu等电对不一定就能组成一个电极，有的还需

14、附加惰性电极 做导电材料。如： Pt,Fe3+/Fe2+、Date二、电极电势1基本概念能斯特认为：如将金属M放在它的盐溶液Mn+中,有下面可逆反应：M ne Mn+ 若金属离子的逃逸趋势进入金属表面趋势构成的双电层如(a)若金属离子的逃逸趋势0 所以，反应向右进行反应方向的判据Date对角线规则E -0.763V0.345V电极电势代数值增大电极电势代数值减小Date练习1：2Fe2+ + I2 2Fe3+ + 2I- 问反应向何方进行？氧化剂： I2 +2e I- E E左 ，就会发生歧化。因为 E 0 ，所以反应可进行。Dateb、求未知电极电势。nx为电极反应时转移电子数。如有则：Date例2：求下列各未知标准电极电位解：Date例1：EB/V BrO3- 0.54 BrO- 0.45 Br2 1.065 Br-通过计算来判断以上那些物质可以发生歧化反应，并写 出歧化反应方程式。解：你同意吗？Date正确的解法应该是：EB/V BrO3- 0.54 BrO- 0.45 Br2 1.065 Br-xy算出x和y，再来讨论哪些离子能发生歧化，歧化 产物又是什么？Date歧化方程式为：Br2 + 2OH- = BrO- + Br- + H2O3Br2 + 6OH