《无机化学 教学课件 ppt 作者 李瑞祥 曾红梅 周向葛 等编第七章 氧化还原反应》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无机化学 教学课件 ppt 作者 李瑞祥 曾红梅 周向葛 等编第七章 氧化还原反应（77页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第七章 氧化还原反应,化学反应有许多不同种类，但根据反应是否有氧化数的变化或电子转移，可以分为两类： 、有电子转移或氧化数变化的氧化还原反应； 、没有电子转移或氧化数变化的非氧化还原反应。,氧化还原反应涉及化学及化学工业的各个方面。,7-1 基本概念,1-1、 化合价和氧化数,化合价：表示元素原子能够化合或置换一价原子(H) 或一价 基团(OH-) 的数目。如，NH3 (N为三价)，PCl3 (P为三价) 等。 离子型化合物中：离子价数即为离子的电荷数； 共价化合物中：某原子的价数即为该原子形成的共价单键数目，如CO2中的C为4价。,氧化数： 一般认为，由于化合物中组成元素的电负性不同，原子结
2、合时的电子对总要移向电负性大的一方，从而化合物中组成元素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。,(1)、单质的氧化数为零； (2)、在中性分子中，所有元素氧化数的代数和为零，在多原 子离子中等于离子所带的电荷数； (3)、氢在化合物中的氧化数为+1，但在活泼金属的氢化物(NaH, CaH2)中，氢的氧化数为-1； (4)、氧在氧化物中的氧化数为-2，在过氧化物中为-1，在超氧化物中为-1/2 (KO2) (氧化数可以为分数)，在OF2中氧为+2；,化学反应过程中，元素的原子或离子在反应前后氧化数发生了变化的一类反应称为氧化还原反应。根据氧化数的概念，氧化数升高的过程
3、称为氧化，氧化数降低的过程称为还原。反应过程中氧化还原过程同时发生。如： 2KClO3 = 2KCl + 3O2 氧化数的升高和降低发生在同一化合物中，这种氧化还原反应叫做自氧化-还原反应。,1-2、氧化还原反应的特征,氧化数升高的物质叫做还原剂，还原剂是使另一种物质还原，本身被氧化，它的反应产物叫做氧化产物。氧化数降低的物质叫做氧化剂。氧化剂是使另一物质被氧化，本身被还原。它的反应产物叫做还原产物。,1-3、氧化剂和还原剂,歧化反应的概念：同一物质既是氧化剂又是还原剂，这类氧化还原反应就叫歧化反应，是自氧化-还原反应的一种特殊类型。,在氧化还原反应中，氧化剂在反应过程中氧化数降低，其产物具有
4、较低的氧化数，具有弱还原性，是一个弱还原剂；还原剂在反应过程中氧化数升高，其产物具有较高的氧化数，具有弱氧化性，是一个弱氧化剂。,如，Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+,1-4、氧化还原电对,这样就构成了两个共轭的氧化还原体系或称氧化还原电对。在电对中，氧化数高的物质叫氧化型物质，氧化数低的物质叫做还原型物质。 如果氧化剂降低氧化数的趋势越强，它的氧化能力越强，则其共轭还原剂升高氧化数的趋势越弱，还原能力越弱。同理，还原剂.，如MnO4-/Mn2+，Sn4+/Sn2+,Cu2+/Cu ：Cu2+ + 2e = Cu Fe3+/Fe2+： Fe2+ - e = Fe3+ Fe2+ = F
5、e3+ + e,氧化剂和它的共轭还原剂或还原剂和它的共轭氧化剂之间的联系，可用氧化还原半反应来表示：, 7-2 氧化还原反应方程式的配平,基本原则： 是氧化剂元素氧化数降低值等于还原剂元素氧化数升高值，或得失电子的总数相等。,2-1、氧化数法,其步骤如下： 、写出基本反应式：HClO3 + P4 HCl + H3PO4 、找出氧化剂和还原剂氧化数降低值和升高值；,、按照最小公倍数原则对氧化剂和还原剂乘相应的系数；,、将找出的系数分别乘在氧化剂和还原剂的分子式前面 10HClO3 + 3 P4 10HCl + 12H3PO4 、检查两边氢原子数目，找出参加反应的水分子数 (18) 、检查两边氧原
6、子数是否相等。 10HClO3 + 3P4 + 18H2O = 10HCl + 12H3PO4,例：配平,例：配平,离子-电子法配平氧化还原方程式，是将反应式改写为半反应式，先将半反应式配平，然后将半反应式加合起来，消去其中的电子而完成。 此法对以离子形式在水溶液中行的反应较适合，遵守的规则仍为氧化剂和还原剂的电子得失数相等。,2-2、离子-电子法,、写出离子方程：SO32- +MnO4- Mn2+ +SO42- （酸性） 、任何氧化还原反应都可写成两个半反应，调整计量数，并加一定数目的电子使半反应两端的原子数和电荷数相等；,SO32- + H2O SO42- + 2e + 2H+ MnO4-
7、 + 5e + 8H+ Mn2+ + 4H2O,、根据氧化剂获得的电子数和还原剂失去的电子数相等的原则，将半反应式加合为一个配平的离子反应式：,SO32- +H2O SO42- + 2e + 2H+ MnO4- + 5e + 8H+ Mn2+ +4H2O,5SO32- + 2MnO4- + 6H+ = 5SO42- +2Mn2+ +3H2O,例：MnO4- + C3H7OH Mn2+ + C2H5COOH,如果半反应中反应物和产物中的氧原子数不同，可以依照反应是在酸性或碱性介质中的情况，在半反应式中加入H+、OH-或水，使两侧的氧原子数和电荷数相等。,MnO4- + 5e + 8H+ Mn2+
8、 + 4H2O H2O + C3H7OH 4H+ + 4e + C2H5COOH,4MnO4- +5 C3H7OH+12H+ = 4Mn2+ + 5C2H5COOH + 11H2O,7-3 电极电势,检流计,e-,e-,ZnSO4(aq) 1.0molL-1,Zn,CuSO4(aq) 1.0molL-1,Cu,KCl (aq),盐 桥,原电池,3-1、原电池和电极电势 1 原电池,原电池中Zn是还原剂，Cu2+是氧化剂。 Zn失去的电子和Cu2+获得的电子相等。由此可知，氧化剂和还原剂之间发生电子转移是氧化还原反应的本质。,在Cu/Zn原电池中，为什么电子从Zn原子转移给Cu2+，而不是Cu原
9、子转移给Zn2+？这与金属在溶液中的情况有关。 金属以离子进入溶液，和溶液中金属离子获得电子堆积达到平衡时：,2 电极电势,金属越活泼，溶液越稀， 这种倾向越大。,同时,金属越不活泼，溶液越浓， 这种倾向越大。,(a) 若M是活泼金属Zn，溶解的趋势沉积的趋势，溶液带“+”，电极带“-”,形成双电层，产生电势差电极电势(平衡)，用(Zn2+/Zn) 表示。,第八章 氧化还原反应,8.3 电极电势,(b) 若M是不活泼金属Cu，溶解的趋势沉积的趋势，电极带“+”, 溶液带“-”, 形成双电层，产生电势差电极电势（平衡），用(Cu2+/Cu)表示。,这种产生在金属和它的溶液之间的电势差值叫做金属的
10、电极电势。它和金属活泼性、溶液浓度以及温度有关。,在Cu/Zn原电池中，Zn2+/Zn电极与Cu2+/Cu电极，用导线连接，电子流将由Zn电极流向Cu电极，这说明Zn片上留下的电子比Cu片多，或Zn2+/Zn电对的电势比Cu2+/Cu电对要负一些。,3 标准氢电极和标准电极电势,（1）所有的气体分压均为1105Pa(100kPa)。 （2）氧化型离子和还原型离子浓度比为1。 （3）所有的纯液体或固体都是纯净物质。,标准电极的条件,标准态条件没有规定温度，一般指298K 时的数值。,测定标准电极电势,用直流电表测定标准氢电极和其它标准电极组成原电池的电流方向，判断原电池正负极；用电位计测定原电池
11、电动势，根据：,计算标准电极电势。如Zn2+/Zn电极和标准氢电极组成电池，电子从Zn电极流向氢电极，故氢电极为正极，Zn电极为负极：,如Cu/Zn原电池，电子必从Zn极流向Cu极，电池电动势：,同理Cu2+/Cu和标准氢电极组成的原电池，Cu电极为正，,由上述可以看出，电极电势有正有负，为负说明该电极失去电子的能力比H2强，为正说明该电极得电子的倾向大于H+，由此可见，根据电极电势的大小可以断定氧化还原能力的大小。,标准电极电势表(298.15K),氧化能力依次增强,、在电极反应 中，Mn+为物质的氧化型，M为物质的还原型，某些物质在不同的电极反应中有时可以是氧化型，有时可以是还原型，如Fe
12、2+，所以选择电极电势时需要选择相对应的电极电势值，不能混淆；,注意,、标准电极电势反映了物质得失电子的趋势，它与反应速度和物质的数量无关； 、电极电势有的与反应介质有关，即酸性和碱性，即酸表和碱表。,、物质的氧化还原能力可由 值大小判断，比较还原能力时，则必须用与还原型物质所对应的 值；比较氧化能力则必须用与氧化型物质相对应的 值；,4 电极的类型与原电池的表示法,、金属-金属离子电极：金属置于含同一金属离子的盐溶液中构成电极，如，Zn2+/Zn， 电极符号：Zn(s)Zn2+， 表示界面。,、气体-离子电极：H2、Cl2，需固体导体，如Pt、石墨 电极符号：Pt H2(g)H+， Pt C
13、l2(g)Cl-。,、金属-金属难溶盐或氧化物-阴离子电极：它是将金属表面涂以该金属的难溶盐（或氧化物），然后将它浸在与该盐具有相同阴离子的溶液中，如AgCl电极和甘汞电极 电极符号：Ag-AgCl(s)Cl-， AgCl + e- = Ag + Cl- Hg-Hg2Cl2(s)Cl-， 1/2Hg2Cl2 + e- = Hg + Cl-,、氧化还原电极：是将惰性导电材料（Pt、石墨）放在一种溶液中，这种溶液含有同一元素不同氧化数的两种离子： Fe3+ + e = Fe2+ 电极符号： Pt Fe3+，Fe2+,两种不同的电极组合起来，即构成原电池，其中每一个电极叫半电池，Cu/Zn原电池可写
14、为：,Zn(s)|ZnSO4(c1)|CuSO4(c2)|Cu(s),3-2、电池电动势和化学反应吉布斯自由能的关系,电池电功 = 电池电动势电量 =,电池反应中，只有电功,因等温等压下，体系吉布斯自由能的减少，等于体系所做的最大非体积功。,F的单位为C.mol-1，E0为V，这关系式把热力学和电化学联系起来。,F = 9.65104 C.mol-1,若电池中所有物质都处于标准状态，则吉布斯自由能变为：,氧化还原反应中得失电子数,解：反应式：Cu(s) + 2H+ Cu2+ + H2,0，此反应不能自发进行。,例：求下列电池在298K时的电动势 和 ，并写出反应式，回答此反应是否能够进行？ (
15、-) Cu (s)Cu 2+(1mol.dm-3) |H+(1mol.dm-3) H2(标准压强)Pt(+),3-3 影响电极电势的因素,由化学反应等温式：,将标准氢电极与Fe3+/Fe电极组成原电池：,一、奈斯特(Nerst)方程,上式表示了电极电势 和离子浓度和温度的关系。,推广到一般电对：氧化型 + ne- 还原型,、方程式中的氧化型和还原型并非专指氧化数有变化的物质，而是包括了参加电极反应的所有物质； 、如果氧化型和还原型物质的系数不是1，则要加上与系数相应的方次； 、电对中的某一物质是固体或纯液体，则它们的浓度为常数，认为1； 、若电极是气体，则应用气体的分压。,注意,例1：将Cl2通入浓度为12mol.dm-3的盐酸溶液中，计算此时氯的电极电位。 解： 电极反应为：Cl2 + 2e = 2Cl- 还原型 = Cl- = 12mol.dm-3 PCl2 = 100 kPa 氧化型是气体,由此可以看出，当电极反应中还原型浓度增加时，则电极的电位就降低。还原型的还原能力增加，反之亦然。,例2：Ag+ + e Ag 的 ，当溶液中 Cl- = 1mol.dm-3 时，求该电极的电极电位。,可以看出，卤化银的溶度积越小，Ag+浓度越小，电极电势越低，它的氧化能力越弱。,在Cl-溶液中：,解：,由此可见，在有H+
