氧化還原反應(yīng)及電化學(xué)

1、2022-3-19第第9章章 氧化還原氧化還原.電化學(xué)電化學(xué)一、教學(xué)要求一、教學(xué)要求1氧化還原反應(yīng)定義、氧化還原反應(yīng)方程式的配平（離子電子法）。2原電池的定義及原電池符號、電極電勢的意義、標(biāo)準(zhǔn)氫電極、離子濃度、酸度對電極電位的影響（能斯特方程）、條件電極電勢、電極電勢的應(yīng)用（方向、強度、程度）3. 元素電位圖及其用途 。2022-3-1991 氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)一定義一定義 氧化還原反應(yīng)是指有電子轉(zhuǎn)移（或偏移）的一類化學(xué)反應(yīng)，如：Zn + CuSO4 Zn SO4 + CuZn + Cu2+ Zn2+ + Cu 氧化還原反應(yīng)是同時發(fā)生和結(jié)束的，因電子轉(zhuǎn)移時便有反應(yīng)，且是一得一失，電子轉(zhuǎn)移

2、一停反應(yīng)即停。有氧化必有還原。有氧化必有還原。2022-3-19二、氧化值二、氧化值 1970年國際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(IUPAC)確定：氧化值（或叫氧化數(shù)）是氧化值（或叫氧化數(shù)）是某一元素一個原子的荷電數(shù)（形式電荷），某一元素一個原子的荷電數(shù)（形式電荷），這個荷電數(shù)可由假設(shè)把每個鍵中的電子指定給電負(fù)性更大的原子而求得。例： NaCl中，Cl Na Na為正，Cl為負(fù)。 NH3中， NH H為正，N為負(fù)。2022-3-191 1、確定氧化值的一般規(guī)則、確定氧化值的一般規(guī)則：(1) 單質(zhì)單質(zhì)中，元素的氧化值為中，元素的氧化值為 0 。(2) H原子的氧化值：原子的氧化值：H與電負(fù)性比它大的原子

3、相結(jié)合時的氧化值為與電負(fù)性比它大的原子相結(jié)合時的氧化值為+1，如，如，H2O；H與電負(fù)性比它小的原子相結(jié)合時的氧化值為與電負(fù)性比它小的原子相結(jié)合時的氧化值為-1，如，如，NaH。(3) O原子的氧化值：原子的氧化值： 一般為一般為-2， 如：如：H2O、K2O等；等； 但也可為但也可為-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。2022-3-19(4) 堿金屬堿金屬的氧化值一般為的氧化值一般為+1， 如：如： K2O、Na2O等。等。 堿土金屬堿土金屬的氧化值一般為的氧化值一般為+2，

4、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數(shù)和為各元素的氧化值的代數(shù)和為 0 。(6) 多原子離子，多原子離子，各元素的氧化值代數(shù)和各元素的氧化值代數(shù)和 = 離子電荷數(shù)。離子電荷數(shù)。關(guān)于共價數(shù)：關(guān)于共價數(shù)：某元素的共價數(shù)某元素的共價數(shù)(該元素形成共價鍵該元素形成共價鍵 的數(shù)目的數(shù)目) 與與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的共價數(shù)都是的共價數(shù)都是 4， 但它們的氧化數(shù)分別為但它們的氧化數(shù)分別為 - 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

5、+1 1 +8/3 -2 +2 -22022-3-19 氧化還原反應(yīng)元素的原子或離子在反應(yīng)前后的氧化數(shù)發(fā)生改變的一類化學(xué)反應(yīng)。 歧化反應(yīng)氧化數(shù)的升高和降低均發(fā)生在同一個元素中。 如： 2、氧化還原概念、氧化還原概念 氧化 元素氧化數(shù)升高的過程。 還原 元素氧化數(shù)降低的過程。 氧化劑反應(yīng)中氧化數(shù)降低的物質(zhì)。得到電子被還原。 還原劑反應(yīng)中氧化數(shù)升高的物質(zhì)。失去電子被氧化。11202HClOHClOHCl2022-3-19三、氧化還原方程式的配平三、氧化還原方程式的配平1、配平方法：、配平方法： （離子電子法）。配平原則；（1）反應(yīng)過程中氧化劑所奪得的電子數(shù)電子數(shù)必須等于還原劑失去的電子數(shù)電子數(shù)。（

6、2）反應(yīng)前后各元素的原子總數(shù)相等。 例1：高錳酸鉀在酸性介質(zhì)中與亞硫鈉作用生成硫酸錳和硫酸鈉，試配平反應(yīng)方程式（離子電子法）。2022-3-19第一步第一步 寫出反應(yīng)物和產(chǎn)物的離子方程式寫出反應(yīng)物和產(chǎn)物的離子方程式：(問題問題1：何種物質(zhì)可寫成離子形式？：何種物質(zhì)可寫成離子形式？)MnO4- + SO32- +H+ Mn2+ + SO42- + H2O第二步第二步 拆成氧化和還原的兩個半反應(yīng)式，拆成氧化和還原的兩個半反應(yīng)式，并平原子數(shù)并平原子數(shù)：即；還原劑被氧化：SO32- SO42- 氧化劑被還原；MnO4- Mn2+第三步第三步 補齊配平兩個半反應(yīng)式（原子個數(shù)、電荷數(shù)均須配補齊配平兩個半反

7、應(yīng)式（原子個數(shù)、電荷數(shù)均須配平）平）（問題（問題2：如何正確配平溶液中氧原子、氫原子？）：如何正確配平溶液中氧原子、氫原子？）1. 1. 用用H H2 20 0平平O O，缺，缺O(jiān) O加加H H2 20 0。A式； SO32- + H20 = SO42-B式： MnO4- = Mn2+ + 4H202022-3-192. 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 平電荷。平電荷。A式； SO32- + H20 - 2e = SO42- + 2H+B式：

8、MnO4- + 8 H+ + 5e = Mn2+ + 4H20 第五步第五步兩式各乘以適當(dāng)系數(shù)，加合，消兩式各乘以適當(dāng)系數(shù)，加合，消e,e,整理整理。(5(25SO32-+5H2O+2MnO4-+16H+=5SO42-+10H+2Mn2+8H2O 5SO5SO3 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離子即可如下：5Na5Na2 2SOSO3 3+2KMnO+2KMnO4 4+3H+3H2 2SOSO4 4=2MnSO=2MnSO4 4+5Na+5Na2

9、2SOSO4 4+K+K2 2SOSO4 4+3H+3H2 2O O2022-3-19例2：磷在堿性介質(zhì)中歧化成膦和亞磷酸一氫鹽，試配平反應(yīng)方程式。解：1 1、寫出反應(yīng)物和產(chǎn)物的離子式： P4 PH3 + HPO32- 2、寫出兩個半反應(yīng)式，并平原子數(shù)P4 PH3P4 HPO32-443、加H2O平O, 多O邊加H2O，另一邊加2OH- P4 4PH3P4 + 24OH- 4HPO32- + 12H2O2022-3-194、加OH- 平H，多H邊加OH- ，另一邊加H2OP4 + 12H2O 4PH3 + 12OH- P4 + 24OH- + 4H2O 4HPO32- + 12H2O + 4O

10、H-P4 + 20OH- 4HPO32- + 8H2O6、加和，消 e e，整理 2P4+12H2O +20OH- 4PH3+4HPO32-+12OH-+ 8H2O5、加e，平電荷P4 + 12H2O +12e 4PH3 + 12OH-P4 + 20OH- - 12e 4HPO32- + 8H2OP4+2H2O +4OH- 2PH3+2HPO32-2022-3-19 2、 配平步驟：配平步驟： 寫出離子反應(yīng)方程式 寫出二個氧化還原半反應(yīng)式（一個為氧化反應(yīng)；一個還原反應(yīng)） 分別配平兩個半反應(yīng)式 根據(jù)配平原則，兩式分別乘以適當(dāng)系數(shù)并相加。 即得配平了的離子反應(yīng)方程式。 加上其它離子即得配平的分子反

11、應(yīng)方程式。 2022-3-19解： MnO4- Mn2+ H2O2 O21例3：配平下列氧化還原反應(yīng)式 22H22-4O Mn OH MnO2+ 4H2O3+ 8H+ 2H+4+ 5e- 2e5(2(52MnO4- +16H+ +5H2O2 2Mn2+ +8H2O+5O2 +10H+ 2 MnO4- + 5H2O2 +6H+ 2Mn2+ +5O2 + 8H2O2022-3-19 例4：在堿性介質(zhì)中過氧化氫氧化三價鉻為鉻酸鹽，試配平反應(yīng)的離子方程式。解：1 1、寫出反應(yīng)物和產(chǎn)物的離子式： HO2- + CrO2- CrO42- + OH- 2 2、 HO2- OH- CrO2- CrO42-+

12、H2O+ 2OH-+ 2H2O+ 4OH-3、4、5、+ 2e- 3e(3(26、3HO2- +2CrO2- +3H2O+8OH- = 9OH- +2CrO42- +4H2O 3HO2- + 2CrO2- = 2CrO42- + H2O + OH- 2022-3-19 介 質(zhì)缺 氧 方多 氧 方酸性介質(zhì)加n份H2O加2n份H+堿性介質(zhì)加2n份OH-加n份H2O中性介質(zhì)(反應(yīng)物加水)生成物加2n份OH-生成物加2n份H+不同介質(zhì)條件下配平氧原子數(shù)的經(jīng)驗規(guī)不同介質(zhì)條件下配平氧原子數(shù)的經(jīng)驗規(guī)則則2022-3-19 對非典型缺氧、多氧問題的處理： 例3：Al + NO3- + OH- Al(OH)4-

13、 + NH3 + H2O A: Al + 4OH- - 3e Al(OH)4- B: NO3- NH3 不僅左邊確氧，右邊還多氫。怎么辦？不僅左邊確氧，右邊還多氫。怎么辦？ 有同學(xué)這樣配：NO3- + 3H2O + 5e NH3 + 6OH- 也有同學(xué)這樣配：NO3- + 3H2O + 3 H+ + 8e NH3 + 6OH- 還有同學(xué)這樣配NO3- + 3H2O +5e N+ 6OH- 究竟該怎么配？ 2022-3-1992 原電池和電極電位原電池和電極電位一原電池一原電池1定義定義 借助于氧化還原反應(yīng)將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置叫做原電池。2022-3-192裝置及符號表示法裝置及符號表示

14、法 原電池中有兩個極：流出電子的一個叫負(fù)極，流入電子的極叫正極。 在銅鋅原電池中：負(fù)極反應(yīng)為（氧化）： Zn 2e = Zn2+ 鋅極正極反應(yīng)為（還原）：Cu2+ + 2e = Cu 銅極 整個原電池的反應(yīng)為： Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+ 原電池用符號表示如下； 負(fù)極寫左邊，正極寫在右邊，“”表示相界面，“”表示鹽橋，。 如銅鋅電池可如下表示：()ZnZnSO4CuSO4Cu(+) 一般，原電池符號可以這樣表示：（-）導(dǎo)電材料其他離子離子其他導(dǎo)電材料（+） 2022-3-19例：寫出由下列反應(yīng)組成的原電池符號1、H2 + 2Ag+ = 2H+ + 2Ag2、MnO2 + 2Cl

15、- + 4H+ = Mn2+ + Cl2 + 2H2O（-）導(dǎo)電材料）導(dǎo)電材料 其他其他 離子離子離子離子 其他其他 導(dǎo)電材料（導(dǎo)電材料（+）（-）Pt H2 H+Ag+ Ag（+）（-）Pt Cl2 Cl-H+,Mn2+ MnO2 Pt（+）2022-3-193.氧化還原電對氧化還原電對： 原電池是由2個半電池組成，銅鋅電池中鋅和硫酸鋅溶液為鋅半電池，銅和硫酸銅溶液為銅半電池，中間用鹽橋相連組成電池。 我們把同一物質(zhì)兩種不同的氧化值組成的一對物質(zhì)同一物質(zhì)兩種不同的氧化值組成的一對物質(zhì)稱作一個氧化還原電對稱作一個氧化還原電對,用符號表示時氧化態(tài)寫在左邊用符號表示時氧化態(tài)寫在左邊還原態(tài)寫在右邊，

16、中間用斜線分開還原態(tài)寫在右邊，中間用斜線分開 。 記作：氧化態(tài)記作：氧化態(tài) / 還原態(tài)還原態(tài)如：Cu2+/Cu、Zn2+/ Zn2022-3-19 根據(jù)電對的概念，只要是同一元素兩種不同的氧化值就可以構(gòu)成一個氧化還原電對，因此Cu2+/Cu、Zn2+/ Zn只是一種電對，一般稱作金屬電對金屬電對。金屬電對： 例：Cu2+/Cu、Zn2+/ Zn、Ag+/Ag 等氣體電對： 例：H+/H2、O2/OH-、Cl2/Cl- 等離子電對： 例：Fe3+/Fe2+、MnO4-/Mn2+、 等難溶鹽電對：例： AgCl/Ag 、CuS/Cu、PbCrO4/Pb 等配離子電對：例： Ag(NH3)2+/Ag

17、 、Cu(NH3)42+ /Cu等電對不一定就能組成一個電極，有的還需附加惰性電極電對不一定就能組成一個電極，有的還需附加惰性電極做導(dǎo)電材料。如：做導(dǎo)電材料。如： Pt,Fe3+/Fe2+、2022-3-19二、電極電勢二、電極電勢1基本概念基本概念 能斯特認(rèn)為：如將金屬M放在它的鹽溶液Mn+中,有下面可逆反應(yīng)： M ne Mn+ 若金屬離子的逃逸趨勢進入金屬表面趨勢構(gòu)成的雙電層如(a)若金屬離子的逃逸趨勢0 所以，反應(yīng)向右進行反應(yīng)方向的判據(jù)反應(yīng)方向的判據(jù)2022-3-19對角線規(guī)則對角線規(guī)則 E -0.763V0.345V電極電勢代數(shù)值增大電極電勢代數(shù)值減小2+Zn+2eZn2+2CueCu

18、2022-3-19練習(xí)練習(xí)1：2Fe2+ + I2 2Fe3+ + 2I- 問反應(yīng)向何方進行？)(5355.00/2VEII)(771.00/23VEFeFe氧化劑： I2 +2e I- 0771. 05355. 0EEE)()(還氧E E左 ，就會發(fā)生歧化。因為 E 0 ，所以反應(yīng)可進行。2022-3-19b、求未知電極電勢。、求未知電極電勢。xxnEnEnEnE0330220110nx為電極反應(yīng)時轉(zhuǎn)移電子數(shù)。如有則：312123xxEEEABCDnnnn ,E2022-3-19例例2：求下列各未知標(biāo)準(zhǔn)電極電位8n ,E2n ,89. 02034n ,E2340201Cl1n36. 1Cl1

19、nEClO2n66. 0ClO2n33. 0ClO2n36. 0ClOVE495. 04266. 0233. 001VE56. 08289. 0266. 0233. 0236. 0022136. 1189. 003EVE42. 01136. 1289. 003解：解：2022-3-19例1：EB/V BrO3- 0.54 BrO- 0.45 Br2 1.065 Br- 通過計算來判斷以上那些物質(zhì)可以發(fā)生歧化反應(yīng)，并寫出歧化反應(yīng)方程式。解：OHBrBrOOHBrBrEEEEBrBrOBrBr222/222歧化方程式為：可以發(fā)生歧化反應(yīng)。所以，因為：左右你同意嗎？你同意嗎？2022-3-19正確的解法應(yīng)該是：EB/V BrO3- 0.54 BrO- 0.45 Br2 1.065 Br-xy 算出x和y，再來討論哪些離子能發(fā)生歧化，歧化產(chǎn)物又是什么？。和可以歧化為Br