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1、氧化还原反应的应用？1 燃气燃烧供给热能！2 冶炼金属3 化学电源（各种电池）4. 生物能的获得金属腐蚀7/29/202416 氧化还原反应氧化还原反应 OxidationReduction本章基本要求：本章基本要求：1 1、理解氧化还原反应的基本概念及反应式的配平、理解氧化还原反应的基本概念及反应式的配平2 2、了解原电池的基本概念，了解电极电势的意义、了解原电池的基本概念，了解电极电势的意义3 3、掌握、掌握NerstNerst方程的简单应用方程的简单应用4. 4. 掌握一些重要元素的氧化掌握一些重要元素的氧化- -还原性质还原性质7/29/202426.1.1 氧化还原定义：氧化还原定义
2、： 2H2+O2=2H2O CuO+H2=Cu+H2O Zn+Cu2+=Cu+Zn2+ 氧化氧化失电子的过程失电子的过程 还原还原得电子的过程得电子的过程 氧化还反应的本质氧化还反应的本质电子得失。电子得失。特点：特点：在在同同一一反反应应中中，有有失失电电子子的的物物质质还还原原剂剂，同同时时有有得得电电子子的的物物质质氧氧化化剂剂，且且且且氧氧氧氧化化化化剂剂剂剂得得得得电电电电子子子子总总总总数数数数等等等等于于于于还还还还原原原原剂剂剂剂失失失失电子的总数电子的总数电子的总数电子的总数6.1 基本概念基本概念7/29/202436.1.2 元素的氧化数元素的氧化数氧化数：氧化数： 元素
3、在物质中所带的形式电荷。元素在物质中所带的形式电荷。计算：计算： 是将成键电子指定给电负性较大的原子是将成键电子指定给电负性较大的原子7/29/20244标出硫元素的氧化数标出硫元素的氧化数S2O32- S4O62- S2O82- 标出标出铬的氧化数铬的氧化数Cr2O3 CrO42- Cr2O72- CrO52 +2.5 +6+3 +6 +6 +67/29/20245自身氧化还原自身氧化还原反应：电子转移发生在同一物质内反应：电子转移发生在同一物质内 的两个元素之间。的两个元素之间。 KClO3KCl+O2 KClO3是氧化剂，也是还原剂是氧化剂，也是还原剂歧化反应歧化反应电子得失发生在同一物
4、质内同一元素的不同电子得失发生在同一物质内同一元素的不同 的原子之间的原子之间 2H2O2H2O+O2 Cu+(ag) Cu Cu2+2+(ag)+Cu (ag)+Cu ( (处于中间价态处于中间价态) ) 能发生歧化的物质稳定性比较差能发生歧化的物质稳定性比较差 6.1.3 氧化还原反应的类型氧化还原反应的类型根据电子转移物质之间的关系分为三类根据电子转移物质之间的关系分为三类一般一般氧化还原反应：电子转移发生在两个或多个氧化还原反应：电子转移发生在两个或多个 物质之间物质之间 Zn+Cu2+=Cu+Zn2+ 7/29/20246 电对表示法：电对表示法：高氧化态物质在上，低氧化态在下面高氧
5、化态物质在上，低氧化态在下面高氧化态对应物质称氧化型，做氧化剂，高氧化态对应物质称氧化型，做氧化剂， 低氧化态对应物质称还原型，做还原剂。低氧化态对应物质称还原型，做还原剂。根据氧化还原反应电对可判断反应的根据氧化还原反应电对可判断反应的产物产物 电对物质电对物质6.1.4 氧化还原电对氧化还原电对7/29/202476.1.5 氧化还原半反应氧化还原半反应任何一个电对物质之间的关系，可用氧化任何一个电对物质之间的关系，可用氧化还原半反应表示。还原半反应表示。7/29/20248离子电子法离子电子法（1）用离子反应式写出主要反应物，产物。）用离子反应式写出主要反应物，产物。 （2）将总反应分为
6、两个半反应，一个氧化反应一个还原）将总反应分为两个半反应，一个氧化反应一个还原 反应。反应。 （3）首先对两个半反应进行原子数配平，再用电子进行）首先对两个半反应进行原子数配平，再用电子进行 电荷数的配平。电荷数的配平。 （4）根据得失电子数相等的原则，将两个半反应乘以适）根据得失电子数相等的原则，将两个半反应乘以适 当的系数，相合并，就得到配平的方程式。当的系数，相合并，就得到配平的方程式。 注：注： 如果在配平时有如果在配平时有 多氧和少氧的情况，根据介质的酸、多氧和少氧的情况，根据介质的酸、 碱性，分别用碱性，分别用H2O，OH-或或H+,H2O等来补充。等来补充。 （5）检查：）检查：
7、6.2 氧化还原反应的配平氧化还原反应的配平7/29/20249配平练习配平练习-11、酸性介质、酸性介质 MnO4-+Cl- Cl2 + Mn2+ 2 2、近中性介质中，、近中性介质中，、近中性介质中，、近中性介质中， MnOMnO4 4- - + SO+ SO3 32-2- MnO MnO2 2 + SO+ SO4 42-2-3、碱性介质、碱性介质 Cr(OH)4- + H2O2 CrO42- 4、Br2+OH- BrO3- + Br - 7/29/202410配平练习配平练习-21、酸性介质、酸性介质 MnO4 + H2C2O4 Mn2+ +CO22、碱性介质、碱性介质 Co(NH3)6
8、2+ + O2 Co(NH3)63+ + OH 3. MnO42 MnO4 + MnO27/29/2024118.3.1 原电池原电池Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+Zn2+SO42-Cu2+SO42-盐桥铜极：铜极： Cu2+ + 2e = Cu锌锌极：极： Zn = Zn2+ + 2e 合并：合并：Zn+Cu2+=Zn2+Cu原电池将化学能转化原电池将化学能转化为电能为电能原电池原电池化学电源化学电源6.3 原电池和电极电势原电池和电极电势7/29/202412（1 1） 原电池的组成原电池的组成原电池的组成原电池的组成原电池原电池原电池原电池负极负极负极负极正极正极正极正极电极
9、反应电极反应电极反应电极反应氧化还原半反应氧化还原半反应氧化还原半反应氧化还原半反应 电极通常用电对表示电极通常用电对表示电极通常用电对表示电极通常用电对表示为了统一：电极反应通常写还原式为了统一：电极反应通常写还原式为了统一：电极反应通常写还原式为了统一：电极反应通常写还原式 （+ +） CuCu2+ 2+ + 2e = Cu+ 2e = Cu （- -） ZnZn2+2+2e=Zn+2e=Zn总总总总反应反应反应反应 （+ +）- -（- -） CuCu2+ 2+ + Zn = Cu + Zn+ Zn = Cu + Zn2+2+电子进入的极电子进入的极电子进入的极电子进入的极发生还原反应发
10、生还原反应发生还原反应发生还原反应( (氧化剂）氧化剂）氧化剂）氧化剂）电子输出的极电子输出的极电子输出的极电子输出的极发生氧化反应发生氧化反应发生氧化反应发生氧化反应( (还原剂还原剂还原剂还原剂) )7/29/202413（2）原电池的表示法）原电池的表示法7/29/202414氢电极氢电极：H+（c）|H2（p）|Pt氧电极氧电极：OH-（c）|O2（p）|PtFe2+-Fe3+电极电极：Fe2（c1）+，Fe3+（c2）|Pt饱和甘汞电极饱和甘汞电极：Cl-（饱和溶液）饱和溶液）|Hg2Cl2（s）|Hg（ ）|Pt7/29/2024156.3.2 电池电动势（电池电动势（ ）和电极电
11、势（和电极电势（ ） = +- - = (Cu2+ /Cu) - (Zn2+/Zn) 如果电池中各物质均处于标准态：如果电池中各物质均处于标准态： = + - - = (Cu2+ /Cu) - (Zn2+/Zn) 7/29/202416（1）标准电极电势（）标准电极电势（ ）标准氢电极标准氢电极 (H+/H2)度铂黑的铂片度铂黑的铂片H2(100kPa)H2c(H+)=1.0mol.L-1标准氢电极电极反应电极反应 2H2H+ + +2e +2e = H= H2 2电极电势电极电势 (H(H+ +/H/H2 2）=0.0000V.=0.0000V.c(H+)=1.0mol.L-1H2(100k
12、Pa)条件7/29/202417电极电势的测定电极电势的测定测测定定某某电电极极的的标标准准电电极极电电势势，由由标标准准氢氢电电极极（作作负负极极）与与标标准准状状态态下下的的某某电电极极组组成成原原电电池池，测测定定此此原原电电池池的的电电池池电电动势，根据动势，根据 = = 正极正极 - - 负极负极求求出出待待测测标标准准电电极极相相对对于于标标准准氢氢电电极极的的电电极极电电势势 ，称称其为该待测电极的标准电极电势。其为该待测电极的标准电极电势。7/29/202418例：（例：（- -）Pt|HPt|H2 2（100kPa100kPa）|H|H+ +（1.0molL1.0molL-1
13、-1）|Cu|Cu2+2+（ 1.0molL1.0molL-1-1）|Cu|Cu（+ +） 测得测得 = +0.3417v= +0.3417v， = = 正极正极- - 负极负极= = （CuCu2+2+/Cu/Cu）- - （H H+ +/H/H2 2） ( (H H+ +/H/H2 2）=0.0000V=0.0000V， ( (CuCu2+2+/Cu/Cu）=+0.3417V=+0.3417V， 即铜电极的标准电极电势为即铜电极的标准电极电势为+0.3417V+0.3417V。7/29/202419（- -） |Pt H|Pt H2 2（100kPa)|H100kPa)|H+ +（1.0m
14、olL1.0molL-1-1)|Zn)|Zn2+2+（1.0molL1.0molL-1-1)|Zn(+)|Zn(+）测得测得 = -0.7600v= -0.7600v = = 正极正极- - 负极负极= = （ZnZn2+2+/Zn/Zn） - - （H H+ +/H/H2 2） ( (ZnZn2+2+/Zn/Zn）=- 0.7600V=- 0.7600V， 锌电极的标准电极电势为锌电极的标准电极电势为-0.7600V-0.7600V。7/29/202420将任意二个电极组成原电池，原电池的电动将任意二个电极组成原电池，原电池的电动势势 计算：计算：（- -）Zn|ZnZn|Zn2+2+（1.
15、0molL1.0molL-1-1）| | Cu2+(1.0mol.L-1)|Cu(+) ( (ZnZn2+2+/Zn/Zn）=-0.76V =-0.76V ( (CuCu2+2+/Cu/Cu）=0.34V =0.34V = = 正极正极- - 负极负极= = ( (CuCu2+2+/Cu)- /Cu)- ( (ZnZn2+2+/Zn)/Zn) =0.34V-(-0.76V)=1.10V =0.34V-(-0.76V)=1.10V7/29/202421使用标准电极电势表注意：使用标准电极电势表注意： 标准电极电势的值与电极反应书写方式无关标准电极电势的值与电极反应书写方式无关如标准铅电极：如标准
16、铅电极：做正极时，电极反应为做正极时，电极反应为 PbPb2+2+2e=+2e=PbPb； ( (PbPb2+2+/Pb/Pb）=-0.1264V=-0.1264V 做负极时，电极反应为做负极时，电极反应为 PbPb = Pb = Pb2+2+2e+2e， ( (PbPb2+2+/Pb/Pb）=-0.1264V=-0.1264V 也可以是，也可以是，2Pb=2Pb2Pb=2Pb2+2+4e +4e (Pb(Pb2+2+/Pb/Pb）=-0.1264V=-0.1264V7/29/202422 .同同一一电电对对在在不不同同介介质质（酸酸、碱碱）中中，其其电电极极反反应应和和标准电极电势不同。标准
17、电极电势不同。如如ClO3-/Cl-电极：电极：在酸性溶液中电极反应为：在酸性溶液中电极反应为： ClO3- + 6H+ + 6e- = Cl- + 3H2O (ClO3-/Cl-）=1.451V在碱性溶液中电极反应为：在碱性溶液中电极反应为： ClO3- + 3H2O + 6e- = Cl- + 6OH- （ClO3-/Cl-）=0.62V7/29/202423（2） 标准电极电势的应用标准电极电势的应用 大小反映物质在水溶液中氧一还能力的相对强弱大小反映物质在水溶液中氧一还能力的相对强弱 ( (ZnZn2+2+/Zn/Zn）=-0.76 V =-0.76 V ( (CuCu2+2+/Cu/
18、Cu）=0.34V =0.34V Cu2+的氧化能力大于的氧化能力大于Zn2+ Zn的还原能力大于的还原能力大于Cu 大，氧化型的氧化能力强，是强氧化剂，还原型是大，氧化型的氧化能力强，是强氧化剂，还原型是 弱还原剂弱还原剂 小，还原型的还原能力强，是强还原剂，氧化是弱小，还原型的还原能力强，是强还原剂，氧化是弱 氧化剂。氧化剂。7/29/202424强氧化剂对应弱还原剂。强氧化剂对应弱还原剂。强还原剂对应弱氧化剂强还原剂对应弱氧化剂（共轭（共轭 关系）关系）氧化型物质的氧化能力：氧化型物质的氧化能力：还原型物质的还原能力：还原型物质的还原能力：7/29/202425断判标准准态时，反应自发进
19、行的方向断判标准准态时，反应自发进行的方向氧化还原反应自发进行的趋势：氧化还原反应自发进行的趋势：强氧化剂与强还原剂反应，生成弱氧化剂，弱还原剂强氧化剂与强还原剂反应，生成弱氧化剂，弱还原剂强氧化剂与强还原剂反应，生成弱氧化剂，弱还原剂强氧化剂与强还原剂反应，生成弱氧化剂，弱还原剂 即即： 大大大大的的的的电电电电对对对对中中中中氧氧氧氧化化化化型型型型与与与与 小小小小电电电电对对对对中中中中还还还还原原原原型型型型物物物物质质质质的的的的反反反反应是自发进行的应是自发进行的应是自发进行的应是自发进行的例：判断标准态时，例：判断标准态时，Br2,I2能否将能否将Fe2+氧化成氧化成Fe3+
20、7/29/2024267/29/2024278.4.1 G和和 的关系的关系由热力学原理可知，吉布斯自由的变化等于系统对外由热力学原理可知，吉布斯自由的变化等于系统对外做的最大非体积功做的最大非体积功, 即：即：G=Wmax=-nF 电池电动势，电池电动势，n总反应中电子转移的数目，总反应中电子转移的数目，F法拉弟常数法拉弟常数 F=96.5 kJV-1mol-16.4 电池电动势与吉布斯自由能的关系电池电动势与吉布斯自由能的关系7/29/202428反应的自发方向性反应的自发方向性7/29/202429标准态下进行的标准态下进行的1mol反应：反应： rGm=-nF 已知：已知： rGm=-
21、RTlnK6.4.2 与与K K的关系的关系7/29/2024306.4.3 化学反应进行的程度（趋势）化学反应进行的程度（趋势）通常以通常以 0.3v或或 + +反应逆向进行反应逆向进行7/29/202439练习：计算下列原电池的电动势。写出自发的电池反应： (-)Ag|Ag+(0.010molL-1)| Ag+(0.10molL-1)Ag(+)解：两极的电势表达式均为：0.0592Vlg(0.10/0.010)=0.0592V7/29/2024406.6.2 酸度对氧化还原反应的影响酸度对氧化还原反应的影响例：分析例：分析O2的氧化能力随溶液酸度变化的情况的氧化能力随溶液酸度变化的情况7/
22、29/202441计算计算pH=3.0,其它物质都处于标准态时，其它物质都处于标准态时， （Cr2O72-/Cr3+)一一般般情情况况下下，氧氧化化物物，含含氧氧酸酸及及其其盐盐均均需需在在酸酸性性溶溶液液中中表表现现出出氧氧化化性性。酸酸性性越越强强、氧氧化化能能力力强强。如如KNO3 -反应正向进行，即能氧化。反应正向进行，即能氧化。7/29/202444实验测得用0.10molL-1HX的氢电极和饱和甘汞电极所组成的电池的电动势为0.48V，求HX的酸常数。(饱和甘汞)=0.24V.7/29/202445 7/29/2024466.6.3 沉淀对氧化还原反应的影响沉淀对氧化还原反应的影响
23、由于氧化型由于氧化型(Ag+)浓度大大减小，浓度大大减小， 降低。降低。氧化能力降低氧化能力降低7/29/202447比较下列电极电势的高低比较下列电极电势的高低（1） （AgClAgCl/Ag/Ag），）， （AgBrAgBr/Ag/Ag） （AgIAgI/Ag/Ag） (2) (2) （CuCu2+2+/CuI), /CuI), （CuCu2+2+/CuBr), /CuBr), （CuCu2+2+/CuCl)/CuCl)当还原型被沉淀时，电极电势升高，当还原型被沉淀时，电极电势升高， Ksp越小，电极电势升高的越多越小，电极电势升高的越多7/29/202448锌汞电池是最早使用的微型电池，
24、只从1940年问世以来由于其高容量、质量低、寿命长等被广泛的应用于助听器、起博器、闪光灯、电子表和光度计等电子仪器。电极反应是在碱性溶液中进行。主要电极物质为HgO/Hg和ZnO/Zn。（1）写出电极反应和电池反应。（2）解释为什么在电池放电的过程中，电池的电动势基本保持稳定？（3）当电极中锌完全消耗掉后，电池停止工作。试计算1g锌最大放出多少电量。7/29/202449解:(1）正极： HgO+H2O2eHg2OH- 负极：ZnO+H2O2e Zn 2OH- 电池反应：HgO+ Zn=ZnO+Hg(3) q=nF=2 (1g/65gmol-1)9.65 104 Cmol-1 =2969C7/
25、29/2024506.6.4 配位的影响配位的影响Cu(NH3)42+ + 2e = Cu+4NH3 Cu(NH3)42+ / Cu ( (Cu2+ / Cu)7/29/202451 Fe(CN)63-/ Fe(CN)64-与与 Fe3+/ Fe2+比较，比较，其大小由什么决定？其大小由什么决定？配合物的相对稳定性配合物的相对稳定性7/29/202452已知：已知： Co(NH 3)63+/ Co(NH3)62+(B/C) (A/B) (A/B) 物质物质B发生歧化反应发生歧化反应,歧化产物为歧化产物为A,C. (2) (B/C) (B/C) (A/B)(A/B) 物质物质A A与与C C能发
26、生反歧化反应，产物为能发生反歧化反应，产物为B. B. 7/29/2024560.77-0.44-0.037 B B/v/vIO3- IO- I2 I- 0.150.260.5380.450.49Fe3+Fe2+Fe A A/v/v根据下列元素电势图，分析根据下列元素电势图，分析（1）配制）配制Fe2+盐溶液中，应采取什么措施防止氧化？写盐溶液中，应采取什么措施防止氧化？写 出有关的反应式出有关的反应式（2）I2在碱性溶液中是否稳定？写出反应式在碱性溶液中是否稳定？写出反应式7/29/202457（2）间接计算未知的电极电势）间接计算未知的电极电势7/29/202458A O2 H2O2 H2
27、O 1.2290.682 ？MnO4-MnO2Mn2+1.691.23？ (MnO4-/Mn2+)= (1.69V 3+1.23V 2)/5 =1.50v327/29/202459重点离子电子法配平氧化还原反应离子电子法配平氧化还原反应原电池的组成原电池的组成氧化还原反应自发方向的判断氧化还原反应自发方向的判断 的应用、元素电势图的简单应用的应用、元素电势图的简单应用 （非标准态计算非标准态计算Nernst公式）公式） 影响影响 的因素的因素 （酸碱、沉淀、配位）（酸碱、沉淀、配位）7/29/202460练习题1、 根根 据据 ( Pb2 Pb ) = 0.13 V , ( Fe3 Fe2 )
28、 = 0.77 V , 标标 准准 态态 下下 能能 将将 Pb 氧氧 化化， 但但 不不 能能 将将 Fe2 氧氧 化化 的的 氧氧 化化 剂剂， 与与 其其 对对 应应 还还 原原 态态 组组 成成 电电 极极 的的 值值 范范 围围 是：是： A. 0.13 V ; D. 0.77V , 0.13 V 。2. 标标 准准 态态 下下， 反反 应应 Cr2O72 + 6Fe2 + 14H = 2Cr3 + 6Fe3 + 7H2O 正正 向向 进进 行行， 则则 最最 强强 氧氧 化化 剂剂 及及 最最 强强还还 原原 剂剂 分分 别别 为：为：A. Fe3 、Cr3 ; B. Cr2O72
29、 、Fe2 ; C. Fe3 、Fe ; D. Cr2O72 、Cr3 。7/29/2024613. 酸酸 性性 介介 质质 中，中， (Ag Ag)=0.80V， (BrO3 Br2 ) = 1.52 V ， (NO3 NO) = 0.96 V , ( Zn2 Zn ) = 0.76 V 。 下下 列列 各各 组组 物物 质质 在在 标标 准准 态态 下，下， 可可 共共 存存 的的 为：为：A. Ag 、Zn ;B. Zn2 、Br2 ; C. NO3 、Ag ;D. BrO3 、Ag 。4. 根根 据据 (Cu2 Cu) = 0.34 V , (Zn2 Zn) = 0.76 V ， 可可
30、 知知 反反 应应 Cu + Zn2 ( 1 10 5 mol L 1)=Cu2 (0.1mol L 1) + Zn 在在 298 K 时时 平平 衡衡 常常 数数 约约 为：为：A. 1037 ;B. 10 37 ;C. 1042 ;D. 10 42 。7/29/2024625 写出电极反应写出电极反应MnO4- +8H+ + 5e =Mn2+ + 4H2O的能斯特方程的能斯特方程式式_。6根据碘元素在碱性溶液中标准电极电势图根据碘元素在碱性溶液中标准电极电势图 ： (B): IO3- 0.26 I2 0.53 I- 在稀碱溶液中，在稀碱溶液中，I2、I-、IO3-中，最强的氧化剂是中，最强
31、的氧化剂是_;最强最强的还原剂是的还原剂是_;他们之间可自发进行的反应方程式为他们之间可自发进行的反应方程式为_, 该反应是该反应是_的歧化反应。的歧化反应。7、 已已 知知 ( MnO4 Mn2 ) = 1.49 V , ( Br2 Br ) = 1.07 V , ( Cl2 Cl ) = 1.36 V 。欲欲 使使 Cl 、Br 混混 合合 液液 中中 Br 被被 MnO4 氧氧 化，化， 而而 Cl 不不 被被 氧氧 化，化， 溶溶 液液 pH 值值 应应 控控 制制 在在 什什 么么 范范 围围 之之 内内 ？( 假假 定定 其其 他他 各各 物物 质质 均均 处处 于于 标标 准准 态态 ) (1.384.45)7/29/202463
