高考化学二轮专题培优课件——专题五：氧化还原反应 (含解析)

无机部分专题五：氧化还原反应氧化还原反应氧化还原反应 5.1 氧化还原反应的基本概念氧化还原反应的基本概念 5.5 元素电势图及其应用元素电势图及其应用 5.3 电极电势电极电势 5.4 电极电势的应用电极电势的应用 5.2 氧化还原反应方程式配平氧化还原反应方程式配平1.熟悉氧化还原反应的基本概念，熟悉氧化还原反应的基本概念，掌握氧化还原反掌握氧化还原反应方程式的配平。应方程式的配平。2.了解原电池的组成、作用及表示符号了解原电池的组成、作用及表示符号；了解原电；了解原电池电动势与吉布斯自由能变的关系。池电动势与吉布斯自由能变的关系。3.熟悉电极电势的概念熟悉电极电势的概念，能用能斯特公式进行有关能用能斯特公式进行有关的计算。的计算。4.掌握电极电势在有关方面的应用，学会利用电极掌握电极电势在有关方面的应用，学会利用电极电势计算反应的平衡常数和溶度积常数等。电势计算反应的平衡常数和溶度积常数等。5.掌握元素电势图及其用。掌握元素电势图及其用。本章要求本章要求 5.1 氧化还原反应的氧化还原反应的 基本概念基本概念5.1.2 氧化和还原氧化和还原5.1.1 氧化数氧化数 氧化数是某元素氧化数是某元素一个原子的表观电荷数一个原子的表观电荷数，这个，这个荷电数可由假设把每个键中的电子指定给电负性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。（更大的原子而求得。（1970年国际纯粹和应用化年国际纯粹和应用化学联合会学联合会IUPAC）1、定义、定义5.1.1 氧化数氧化数2、确定氧化值的规则确定氧化值的规则：单质中，元素的氧化值为零。单质中，元素的氧化值为零。在单原子离子中，元素的氧化值等于该离子在单原子离子中，元素的氧化值等于该离子所带的电荷数所带的电荷数。在大多数化合物中，氢的氧化值为在大多数化合物中，氢的氧化值为+1；只有；只有在金属氢化物中氢的氧化值为在金属氢化物中氢的氧化值为-1。通常，氧在化合物中的氧化值为通常，氧在化合物中的氧化值为-2；但是在过；但是在过氧化物中，氧的氧化值为氧化物中，氧的氧化值为-1，在氟的氧化物中，在氟的氧化物中，如如OF2 和和O2F2中，氧的氧化值分别为中，氧的氧化值分别为+2和和+1。例：中性分子中，各元素原子的氧化值的代数中性分子中，各元素原子的氧化值的代数和为零和为零，复杂离子的电荷等于各元素氧化值的，复杂离子的电荷等于各元素氧化值的代数和。代数和。5.1.2 氧化和还原氧化和还原 凡是元素的原子或离子的凡是元素的原子或离子的氧化数有变化的反氧化数有变化的反应应，统称为，统称为氧化还原反应氧化还原反应。氧化氧化(反应反应)：物质失去电子，：物质失去电子，氧化数氧化数升高升高的过程。的过程。还原还原(反应反应)：物质得到电子，：物质得到电子，氧化数氧化数降低降低的过程。的过程。氧化还原反应的氧化还原反应的实质：实质：电子转移电子转移（包括电子得失（包括电子得失和电子偏移）和电子偏移）Cu2+Zn Zn2+Cu氧化氧化还原还原+200+2氧化剂：氧化剂：氧化数降低的物质。使其它物质氧化，氧化数降低的物质。使其它物质氧化，反应中自身被还原。反应中自身被还原。还原剂：还原剂：氧化数升高的物质。使其它物质还原，氧化数升高的物质。使其它物质还原，反应中自身被氧化。反应中自身被氧化。2FeCl3 +2KI 2FeCl2 +I2 +2KCl氧化剂氧化剂 还原剂还原剂+3+2-10还原半反应：还原半反应：Cu2+2e-Cu 氧化数降低，还原作用，氧化数降低，还原作用，Cu2+：氧化剂：氧化剂 氧化半反应氧化半反应：Zn Zn2+2e-氧化数升高，氧化作用，氧化数升高，氧化作用，Zn：还原剂：还原剂 一个完整的氧化还原反应是一个完整的氧化还原反应是氧化反应氧化反应和和还原还原反应反应这两个半反应组成的。这两个半反应组成的。Zn +Cu2+Zn2+Cu可分为：可分为：5.2 氧化还原反应氧化还原反应 方程式的配平方程式的配平5.2.2 离子电子法离子电子法 5.2.1 氧化数法氧化数法 配平原则：配平原则：电荷守恒：电荷守恒：氧化剂得电子数等于还原剂失电子氧化剂得电子数等于还原剂失电子数。数。质量守恒：质量守恒：反应前后各元素原子总数相等。反应前后各元素原子总数相等。配平氧化还原方程式使用较多的有配平氧化还原方程式使用较多的有氧化数法氧化数法和离和离子电子法。子电子法。氧化数法较简单，易掌握。氧化数法较简单，易掌握。离子电子法则离子电子法则可以更清楚地反映氧化还原反应可以更清楚地反映氧化还原反应的实质的实质。配平步骤：配平步骤：【例例5-1】采用离子电子法配平下列离子反应方程采用离子电子法配平下列离子反应方程式（酸性介质）：式（酸性介质）：KMnO4 +HCl MnCl2 +Cl2+H2O (1)将反应物和产物以离子形式写出将反应物和产物以离子形式写出，例如：，例如：MnO4-+H+Cl-Mn2+Cl2 +H2O(2)将氧化还原反应分为两个半反应将氧化还原反应分为两个半反应，一个发生氧，一个发生氧 化反应，另一个发生还原反应：化反应，另一个发生还原反应：Cl-Cl2 MnO4-+H+Mn2+H2O(3)分别配平两个半反应分别配平两个半反应：2Cl-Cl2+2e-MnO4-+8H+5e-Mn2+4H2O(4)确定两个半反应得、失电子数的最小公倍数，确定两个半反应得、失电子数的最小公倍数，将两个半反应分别乘以相应系数，使其得、失电子将两个半反应分别乘以相应系数，使其得、失电子数相等，再将两个半反应合并为一个配平的氧化还数相等，再将两个半反应合并为一个配平的氧化还原反应的离子方程式。原反应的离子方程式。2MnO4-+10Cl-+16H+2Mn2+5Cl2+8H2O 10Cl-5Cl2+10e-(5=10)+)2MnO4-+16H+10e-2Mn2+8H2O (2=10)最后，在配平的离子方程式中添加不参与反最后，在配平的离子方程式中添加不参与反应的阳离子和阴离子，写出相应的化学式，就可应的阳离子和阴离子，写出相应的化学式，就可以得到配平的氧化还原反应方程式以得到配平的氧化还原反应方程式。2KMnO4 +16HCl 2MnCl2 +5Cl2+8H2O+2KCl介质介质反应物反应物多多一个一个氧原子氧原子反应物反应物少少一个一个氧原子氧原子酸性酸性+2H+=H2O+H2O2H+碱性碱性+H2O=2OH-+2OH-H2O中性中性+H2O2OH-+H2O2H+注意介质的配平：注意介质的配平：5.3 电极电势电极电势 5.3.1 原电池原电池 5.3.2 电极电势电极电势 5.3.3 Nernst方程式方程式 5.3.4 原电池的电动势与原电池的电动势与 G 的关系的关系5.3.1 原电池原电池Cu-Zn原电池装置锌与锌离子（铜与铜离子）构成的电极，锌与锌离子（铜与铜离子）构成的电极，又叫又叫半电池半电池。电池反应电池反应(氧化还原反应氧化还原反应)：Zn +Cu2+Zn2+Cu原电池原电池：使化学能转变为电能的装置。：使化学能转变为电能的装置。使电子转移由无序变成有序、定向移动。使电子转移由无序变成有序、定向移动。负极（氧化反应）：负极（氧化反应）：Zn-2e Zn2+正极（还原反应）：正极（还原反应）：Cu2+2e Cu电极反应电极反应即半反应：还原态即半反应：还原态-ne 氧化态氧化态 氧化态氧化态+ne 还原态还原态ACuSO4溶液溶液ZnCuZnSO4溶液溶液e(-)(+)KCl+琼脂琼脂检流计检流计任意一个氧化还原反应都可以制作成一个电池。任意一个氧化还原反应都可以制作成一个电池。对于对于由非金属单质及其对应的非金属离子由非金属单质及其对应的非金属离子(如如 H2 和和H+，O2 和和OH-)、同一种金属不同价的离子、同一种金属不同价的离子(如如Fe3+和和Fe2+)等等构成的电对，在组成电极时常需外加导电体材料，如构成的电对，在组成电极时常需外加导电体材料，如Pt、石墨（、石墨（惰性电极惰性电极）等）等。原电池符号的表示原电池符号的表示：(-)Zn|Zn2(cZn2+)Cu2(cCu2+)|Cu(+)（1）负极在左，正极在右，并用负极在左，正极在右，并用“+”、“-”标明正、标明正、负极，把正极与负极用盐桥连接；负极，把正极与负极用盐桥连接；（2）“|”表示两相的界面（表示两相的界面（电极导体与电解质溶液之电极导体与电解质溶液之间间），），“”表示盐桥。不存在相界面的用表示盐桥。不存在相界面的用“，”分分开；开；（3）应注明溶液的浓度，气体的压力，反应的温度。应注明溶液的浓度，气体的压力，反应的温度。如不注明则为标准状态如不注明则为标准状态。规定规定：所有的：所有的离子浓度都为离子浓度都为1molL-1，气体压力气体压力为为100kPa，固体、液体为纯物质固体、液体为纯物质，此时的状态称，此时的状态称为为标准状态标准状态。【例例5-2】将氧化还原反应：将氧化还原反应：2MnO4-+10Cl-+16H+2Mn2+5Cl2+8H2O设计成原电池，并写出该原电池的符号。设计成原电池，并写出该原电池的符号。【解解】先将氧化还原反应分为两个半反应：先将氧化还原反应分为两个半反应：氧化反应：氧化反应：2Cl-Cl2 +2e-还原反应：还原反应：MnO4-+8H+5e-Mn2+4H2O 原电池的正极发生还原反应，负极发生氧化反应。原电池的正极发生还原反应，负极发生氧化反应。因此组成原电池时，电对因此组成原电池时，电对MnO4-/Mn2+为正极，电对为正极，电对Cl2/Cl-为负极。故原电池符号为：为负极。故原电池符号为：(-)Pt|Cl2(p)|Cl-(c1)|H+(c2),Mn2+(c3),MnO4-(c4)|Pt(+)水从高处水从高处（重力势能大）（重力势能大）往低处往低处（重力势能小）（重力势能小）流动，是由于流动，是由于水位差水位差的存在的存在。1、原电池的电动势、原电池的电动势 把原电池的两个电极采用导线、盐桥联接起来后，把原电池的两个电极采用导线、盐桥联接起来后，有有定向电流定向电流产生，说明：产生，说明：两个电极之间有一定的两个电极之间有一定的电势（位）差电势（位）差存在；存在；构成原电池的两个电极各自具有不同的构成原电池的两个电极各自具有不同的电势电势。5.3.2 电极电势电极电势 某电极的某电极的电极电势电极电势用用“氧化型氧化型/还原型还原型”表示，如：表示，如：Fe3+/Fe2+、I2/I-、+、-等。等。组成原电池的两个电极的电极电势之差，称组成原电池的两个电极的电极电势之差，称为该为该原电池的电动势原电池的电动势，以符号，以符号E表示。表示。则有：则有：E=+-标准状态下：标准状态下：标准电极电势标准电极电势用用 表示。表示。标准电动势标准电动势用用E 表示。表示。E =+-2、电极电势产生的原因、电极电势产生的原因双电层理论双电层理论德国化学家德国化学家W.H.Nernst在在1889年提出的年提出的“双电双电层理论层理论”对电极电势给予了解释：因为金属晶体是由对电极电势给予了解释：因为金属晶体是由金属阳离子和自由电子（公共化）组成的。金属阳离子和自由电子（公共化）组成的。当把金属放入含有该金属离子的浓溶液时，有两当把金属放入含有该金属离子的浓溶液时，有两种反应的倾向存在：一方面是金属表面的离子进人溶种反应的倾向存在：一方面是金属表面的离子进人溶液和水分子结合成为水合离子（液和水分子结合成为水合离子（溶解溶解）：）：M Mn+(aq)+ne-金属越活泼，溶液越稀，这种倾向就越大。金属越活泼，溶液越稀，这种倾向就越大。另一方面，溶液中的水合离子又有一种从金属表另一方面，溶液中的水合离子又有一种从金属表面获得电子，面获得电子，沉积沉积到金属表面的倾向：到金属表面的倾向：Mn+(aq)+ne-M 金属越不活泼，溶液越浓，这种倾向就越大。金属越不活泼，溶液越浓，这种倾向就越大。这两种对立的倾向在一定条件下，建立暂时这两种对立的倾向在一定条件下，建立暂时的平衡：的平衡：M M