无机化学第9章氧化还原反应及电化学课件

第第9章章 氧化还原氧化还原.电化学电化学一、教学要求一、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。10/1/2022 8:38 AM91 氧化还原反应氧化还原反应一定义一定义 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。有氧化必有还原。10/1/2022 8:38 AM二、氧化值二、氧化值 1970年国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)确定：氧化值（或叫氧化数）是某氧化值（或叫氧化数）是某一元素一个原子的荷电数（形式电荷），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。10/1/2022 8:38 AM1 1、确定氧化值的一般规则、确定氧化值的一般规则：(1)单质单质中，元素的氧化值为中，元素的氧化值为 0。(2)H原子的氧化值：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与电负性比它大的原子相结合时的氧化值为+1，如，如，H2O；H与电负性比它小的原子相结合时的氧化值为与电负性比它小的原子相结合时的氧化值为-1，如，如，NaH。(3)O原子的氧化值：原子的氧化值：一般为一般为-2，如：如：H2O、K2O等；等；但也可为但也可为-1，如：如：H2O2、Na2O2、K2O2等等；-1/2，如：如：KO2等；等；+1，如：如：O2F2等；等；+2，如：如：OF2 等等。10/1/2022 8:38 AM(4)碱金属碱金属的氧化值一般为的氧化值一般为+1，如：如：K2O、Na2O等。等。碱土金属碱土金属的氧化值一般为的氧化值一般为+2，如：如：MgO、CaO等。等。(5)多原子分子，多原子分子，各元素的氧化值的代数和为各元素的氧化值的代数和为 0。(6)多原子离子，多原子离子，各元素的氧化值代数和各元素的氧化值代数和=离子电荷数。离子电荷数。关于共价数：关于共价数：某元素的共价数某元素的共价数(该元素形成共价键该元素形成共价键 的数目的数目)与与其氧化值不一定相等。其氧化值不一定相等。如：如：CH4、C2H4、C2H2 中中 C的共价数都是的共价数都是 4，但它们的氧化数分别为但它们的氧化数分别为 -4、-2、-1。例：例：H2O H2O2 Fe3O4 FeO 各元素的氧化值：各元素的氧化值：+1 2 +1 1 +8/3 -2 +2-210/1/2022 8:38 AM 氧化还原反应元素的原子或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。10/1/2022 8:38 AM三、氧化还原方程式的配平三、氧化还原方程式的配平1、配平方法：、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电子子数数必须等于还原剂失去的电子数电子数。（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）。10/1/2022 8:38 AM第一步第一步 写出反应物和产物的离子方程式写出反应物和产物的离子方程式：(问题问题1：何种物质可写成离子形式？：何种物质可写成离子形式？)MnO4-+SO32-+H+Mn2+SO42-+H2O第二步第二步 拆成氧化和还原的两个半反应式，拆成氧化和还原的两个半反应式，并平原子数并平原子数：即；还原剂被氧化：SO32-SO42-氧化剂被还原；MnO4-Mn2+第三步第三步 补齐配平两个半反应式（原子个数、电荷数均须配补齐配平两个半反应式（原子个数、电荷数均须配平）平）（问题（问题2：如何正确配平溶液中氧原子、氢原子？）：如何正确配平溶液中氧原子、氢原子？）1.1.用用H H2 20 0平平O O，缺缺O O加加H H2 20 0。A式；SO32-+H20=SO42-B式：MnO4-=Mn2+4H2010/1/2022 8:38 AM2.2.用用H H+平平H H。A式；SO32-+H20=SO42-+2H+B式：MnO4-+8 H+=Mn2+4H20 第四步第四步 加加 e e 平电荷。平电荷。A式；SO32-+H20-2e=SO42-+2H+B式：MnO4-+8 H+5e=Mn2+4H20 第五步第五步两式各乘以适当系数，加合，消两式各乘以适当系数，加合，消e,e,整理整理。(5(25SO32-+5H2O+2MnO4-+16H+=5SO42-+10H+2Mn2+8H2O 5 5SOSO3 32-2-+2MnO+2MnO4 4-+6H+6H+=5SO=5SO4 42-2-+2Mn+2Mn2+2+3H+3H2 2O O 第六步第六步如果要加上其余离子即可如下：5 5NaNa2 2SOSO3 3+2KMnO+2KMnO4 4+3H+3H2 2SOSO4 4=2MnSO=2MnSO4 4+5Na+5Na2 2SOSO4 4+K+K2 2SOSO4 4+3H+3H2 2O O10/1/2022 8:38 AM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。解：1 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 HPO32-443、加H2O平O,多O边加H2O，另一边加2OH-P4 4PH3P4+24OH-4HPO32-+12H2O10/1/2022 8:38 AM4、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 e，整理 2P4+12H2O+20OH-4PH3+4HPO32-+12OH-+8H2O5、加e，平电荷P4+12H2O+12e 4PH3+12OH-P4+20OH-12e 4HPO32-+8H2OP4+2H2O+4OH-2PH3+2HPO32-10/1/2022 8:38 AM 2、配平步骤：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。10/1/2022 8:38 AM解：MnO4-Mn2+H2O2 O21例3：配平下列氧化还原反应式 2+4H2O3+8H+2H+4+5e-2e5(2(52MnO4-+16H+5H2O2 2Mn2+8H2O+5O2+10H+2 MnO4-+5H2O2+6H+2Mn2+5O2+8H2O10/1/2022 8:38 AM 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 1、写出反应物和产物的离子式：HO2-+CrO2-CrO42-+OH-2 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-10/1/2022 8:38 AM 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不同介质条件下配平氧原子数的经验规则10/1/2022 8:38 AM 对非典型缺氧、多氧问题的处理：例3：Al+NO3-+OH-Al(OH)4-+NH3+H2O A:Al+4OH-3e Al(OH)4-B:NO3-NH3 不仅左边确氧，右边还多氢。怎么办？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NO3-+3H2O+5e N+6OH-究竟该怎么配？10/1/2022 8:38 AM92 原电池和电极电位原电池和电极电位一原电池一原电池1定义定义 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。10/1/2022 8:38 AM2装置及符号表示法装置及符号表示法 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：（-）导电材料其他离子离子其他导电材料（+）10/1/2022 8:38 AM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）导电材料 其他其他 离子离子离子离子 其他其他 导电材料（导电材料（+）（-）Pt H2 H+Ag+Ag（+）（-）Pt Cl2 Cl-H+,Mn2+MnO2 Pt（+）10/1/2022 8:38 AM3.氧化还原电对氧化还原电对：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。我们把同同一一物物质质两两种种不不同同的的氧氧化化值值组组成成的的一一对对物物质质称称作作一一个个氧氧化化还还原原电电对对,用用符符号号表表示示时时氧氧化化态态写写在在左左边边还原态写在右边，中间用斜线分开还原态写在右边，中间用斜线分开。记作：氧化态记作：氧化态/还原态还原态如：Cu2+/Cu、Zn2+/Zn10/1/2022 8:38 AM 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。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，有的还需附加惰性电极电对不一定就能组成一个电极，有的还需附加惰性电极做导电材料。如：做导电材料。如：Pt,Fe3+/Fe2+、10/1/2022 8:38 AM二、电极电势二、电极电势1基本概念基本概念 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反应方向的判据10/1/2022 8:38 AM对角线规则对角线规则 E-0.763V0.345V电极电势代数值增大电极电势代数值减小10/1/2022 8:38 AM练习练习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。10/1/2022 8:38 AMb、求未知电极电势。求未知电极电势。n