氧化還原反應(yīng)配平

1、第第4 4章章 氧化還原反應(yīng)與應(yīng)用電化學(xué)氧化還原反應(yīng)與應(yīng)用電化學(xué) 4.1 氧化還原反應(yīng)方程式的配平氧化還原反應(yīng)方程式的配平 4.2 電極電勢電極電勢 4.3 氧化還原反應(yīng)的方向和限度氧化還原反應(yīng)的方向和限度 4.4 電勢圖及其應(yīng)用電勢圖及其應(yīng)用 4.5 實用電池實用電池 = 氧化還原反應(yīng)的定義：氧化還原反應(yīng)的定義： 反應(yīng)物之間有反應(yīng)物之間有電子轉(zhuǎn)移電子轉(zhuǎn)移(得失或偏移得失或偏移)的化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng) 在反應(yīng)過程中有在反應(yīng)過程中有元素化合價變化元素化合價變化的化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng) 反應(yīng)物與生成物中反應(yīng)物與生成物中元素氧化數(shù)發(fā)生變化元素氧化數(shù)發(fā)生變化的的化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)非氧化還原反應(yīng)非氧化還原反應(yīng)

2、如：酸堿反應(yīng)、沉淀反應(yīng)、配合反應(yīng)、復(fù)分解反應(yīng)如：酸堿反應(yīng)、沉淀反應(yīng)、配合反應(yīng)、復(fù)分解反應(yīng) 4.1.1 氧化數(shù)法氧化數(shù)法 4.1 氧化還原反應(yīng)方程式的配平氧化還原反應(yīng)方程式的配平 4.1.2 離子離子-電子法（或半電池法）電子法（或半電池法） 氧化數(shù)氧化數(shù) (又稱氧化值又稱氧化值) 是指什么？是指什么？ 4.1.1 氧化數(shù)法氧化數(shù)法 氧化數(shù)概念可這樣定義：氧化數(shù)概念可這樣定義：在單質(zhì)或化合物中，假設(shè)把每個化學(xué)鍵中的電子指定給在單質(zhì)或化合物中，假設(shè)把每個化學(xué)鍵中的電子指定給所連接的兩原子中電負性較大的一個原子，這樣所得的所連接的兩原子中電負性較大的一個原子，這樣所得的某元素一個原子的電荷數(shù)就是該元

3、素的氧化數(shù)。某元素一個原子的電荷數(shù)就是該元素的氧化數(shù)。 eg. HCl中中Cl的氧化數(shù)為的氧化數(shù)為-1；H的氧化數(shù)為的氧化數(shù)為+1可見，可見，氧化數(shù)是一個有一定人為性的、經(jīng)驗性的概念氧化數(shù)是一個有一定人為性的、經(jīng)驗性的概念, ,它是按一定規(guī)則指定了的數(shù)字，用來表征元素在化合狀它是按一定規(guī)則指定了的數(shù)字，用來表征元素在化合狀態(tài)時的形式電荷數(shù)（或表觀電荷數(shù)）。這種形式電荷，態(tài)時的形式電荷數(shù)（或表觀電荷數(shù)）。這種形式電荷，正象它的名稱所指出的那樣，只有形式上的意義。正象它的名稱所指出的那樣，只有形式上的意義。 簡而言之，簡而言之，氧化數(shù)氧化數(shù)是指是指元素原子在其化合態(tài)中的形式電荷數(shù)元素原子在其化合態(tài)

4、中的形式電荷數(shù).8 對于離子化合物：對于離子化合物： 簡單陰、陽離子所帶的電荷數(shù)就是該元素原子的氧化數(shù)簡單陰、陽離子所帶的電荷數(shù)就是該元素原子的氧化數(shù) eg. MgBr2中中Mg的氧化數(shù)為的氧化數(shù)為+2，Br的氧化數(shù)為的氧化數(shù)為-1。8 對于共價化合物：對于共價化合物： 共用電子對偏向吸電子能力較大的原子，則該原子的共用電子對偏向吸電子能力較大的原子，則該原子的 氧化數(shù)為氧化數(shù)為 “- -” ，且該原子有幾對共用電子對，則其氧化，且該原子有幾對共用電子對，則其氧化數(shù)就為數(shù)就為“- -幾幾” ；反之吸電子能力較弱的原子的氧化數(shù)為；反之吸電子能力較弱的原子的氧化數(shù)為“+ +幾幾”。 eg. HCl

5、、CO2、H2OF 確定氧化數(shù)的規(guī)則：確定氧化數(shù)的規(guī)則： 在單質(zhì)中，元素原子的氧化數(shù)為在單質(zhì)中，元素原子的氧化數(shù)為0。 在大多數(shù)化合物中，在大多數(shù)化合物中，H的氧化數(shù)為的氧化數(shù)為 +1；只有在金屬；只有在金屬 氫化物氫化物(NaH、CaH2) 中中H的氧化數(shù)為的氧化數(shù)為 -1。 O的氧化數(shù)一般為的氧化數(shù)一般為-2；但是在過氧化物中，；但是在過氧化物中，O的氧化的氧化 數(shù)為數(shù)為-1，而在氟的氧化物中，如，而在氟的氧化物中，如OF2 和和O2F2 中，中，O 的氧化數(shù)分別為的氧化數(shù)分別為+2和和+1。 在單原子離子中，元素原子的氧化數(shù)等于該離子所在單原子離子中，元素原子的氧化數(shù)等于該離子所 帶的電

6、荷數(shù)。帶的電荷數(shù)。 _例如例如Ca2+的氧化數(shù)為的氧化數(shù)為+2 在復(fù)雜離子中，各元素原子氧化數(shù)的代數(shù)和等于離在復(fù)雜離子中，各元素原子氧化數(shù)的代數(shù)和等于離 子的總電荷數(shù)。子的總電荷數(shù)。 _例如例如 在中性分子中，各元素原子的氧化數(shù)的代數(shù)和為在中性分子中，各元素原子的氧化數(shù)的代數(shù)和為0 0。 _例如例如2S O S 232的氧化數(shù)為7I O IH 65 的氧化數(shù)為 氧化數(shù)氧化數(shù) = = 化合價化合價 嗎？嗎？ 氧化數(shù)氧化數(shù) 就是就是 化合價化合價 嗎？嗎？先看看先看看P89的例的例4.1和和4.2 氧化數(shù)氧化數(shù)和和化合價化合價有哪些不一樣呢？有哪些不一樣呢？ 氧化數(shù)氧化數(shù) 化合價化合價 氧化數(shù)可以

7、是負數(shù)氧化數(shù)可以是負數(shù), ,正數(shù)正數(shù), ,也可以是分數(shù)也可以是分數(shù) 氧化數(shù)氧化數(shù)和和化合價化合價的區(qū)別的區(qū)別 氧化數(shù)和化合價是兩個不同的概念。氧化數(shù)和化合價是兩個不同的概念?；蟽r化合價的原意是某種元素的原子與其他元素的原子相的原意是某種元素的原子與其他元素的原子相化合時兩種元素的原子數(shù)目之間一定的比例關(guān)系，所化合時兩種元素的原子數(shù)目之間一定的比例關(guān)系，所以以化合價不應(yīng)為非整數(shù)化合價不應(yīng)為非整數(shù)。 eg. 在在Fe3O4中，中，F(xiàn)e實際上實際上存在兩種價態(tài)：存在兩種價態(tài)：+2和和+3價，其組成為價，其組成為 FeOFe2O3。氧化數(shù)氧化數(shù)是是按一定規(guī)則指定的物質(zhì)分子中元素的形式電按一定規(guī)則指定

8、的物質(zhì)分子中元素的形式電荷的數(shù)值荷的數(shù)值, ,它可以是負數(shù)它可以是負數(shù), ,正數(shù)正數(shù), ,也可以是分數(shù)也可以是分數(shù). . 氧化還原反應(yīng)：某些元素的氧化數(shù)發(fā)生改變的反應(yīng)氧化還原反應(yīng)：某些元素的氧化數(shù)發(fā)生改變的反應(yīng)氧化（氧化（oxidation）：氧化數(shù)升高的過程）：氧化數(shù)升高的過程還原（還原（reduction）：氧化數(shù)降低的過程）：氧化數(shù)降低的過程氧化劑：氧化數(shù)降低、被還原的反應(yīng)物氧化劑：氧化數(shù)降低、被還原的反應(yīng)物還原劑：氧化數(shù)升高、被氧化的反應(yīng)物還原劑：氧化數(shù)升高、被氧化的反應(yīng)物 氧化數(shù)氧化數(shù) 定義的定義的 氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng) 氧化還原反應(yīng)方程式的配平氧化還原反應(yīng)方程式的配平1. 氧化

9、數(shù)法氧化數(shù)法配平原則配平原則： 電荷守恒：元素原子氧化數(shù)升高的總數(shù)等于降低的總數(shù)。電荷守恒：元素原子氧化數(shù)升高的總數(shù)等于降低的總數(shù)。 質(zhì)量守恒：反應(yīng)前后各元素原子總數(shù)相等。質(zhì)量守恒：反應(yīng)前后各元素原子總數(shù)相等。配平步驟配平步驟： 寫出未配平的反應(yīng)方程式；寫出未配平的反應(yīng)方程式； 找出元素原子氧化數(shù)降低值與元素原子氧化數(shù)升高值；找出元素原子氧化數(shù)降低值與元素原子氧化數(shù)升高值； 各元素原子氧化數(shù)的變化值乘以相應(yīng)系數(shù)（找最小公倍數(shù)）各元素原子氧化數(shù)的變化值乘以相應(yīng)系數(shù)（找最小公倍數(shù)）, 使升高與降低的氧化數(shù)相等；使升高與降低的氧化數(shù)相等； 用觀察法配平氧化數(shù)未改變的元素原子數(shù)目。用觀察法配平氧化數(shù)未

10、改變的元素原子數(shù)目。2KMnO4+16HCl(濃濃)2MnCl2+5Cl2+2KCl+8H2O2KMnO4+16HCl(濃濃)2MnCl2+5Cl2+2KCl+8H2O氧化數(shù)法簡單、快速，即適用于水溶液，又適用于氧化數(shù)法簡單、快速，即適用于水溶液，又適用于非水體系（氣相或固相）的氧化還原反應(yīng)。非水體系（氣相或固相）的氧化還原反應(yīng)。2. 離子離子- -電子電子法（或半電池法）法（或半電池法）氧化還原反應(yīng)方程式的配平氧化還原反應(yīng)方程式的配平配平原則：配平原則： 電荷守恒：反應(yīng)中氧化劑得電子數(shù)等于還原劑失電子數(shù)。電荷守恒：反應(yīng)中氧化劑得電子數(shù)等于還原劑失電子數(shù)。 質(zhì)量守恒：反應(yīng)前后各元素原子總數(shù)相等

11、。質(zhì)量守恒：反應(yīng)前后各元素原子總數(shù)相等。適用于溶液中的反應(yīng)適用于溶液中的反應(yīng)特點：特點： 不需要知道元素的氧化數(shù)不需要知道元素的氧化數(shù), ,可直接寫出離子方程式可直接寫出離子方程式 能反映水溶液中氧化還原反應(yīng)的實質(zhì)，但不適用能反映水溶液中氧化還原反應(yīng)的實質(zhì)，但不適用 于氣相和固相反應(yīng)。于氣相和固相反應(yīng)。 寫出未配平的離子方程式；寫出未配平的離子方程式； Cr2O72-+SO32-+H+Cr3+SO42- + H2O 將反應(yīng)分解為兩個將反應(yīng)分解為兩個半反應(yīng)方程式半反應(yīng)方程式, 并使兩邊相同元素的原子數(shù)相等并使兩邊相同元素的原子數(shù)相等氧化反應(yīng)：氧化反應(yīng)： SO32- + H2O SO42- + 2

12、H+ （右邊比左邊多（右邊比左邊多1個個O）還原反應(yīng)：還原反應(yīng)：Cr2O72-+14H+ 2Cr3+ + 7H2O （左邊比右邊多（左邊比右邊多7個個O）配平步驟：配平步驟：例：例：K2Cr2O7+ Na2SO3+ H2SO4Cr2(SO4)3+ Na2SO4+K2SO4+ H2O 用加、減電子數(shù)方法使半反應(yīng)方程式兩邊電荷數(shù)相等；用加、減電子數(shù)方法使半反應(yīng)方程式兩邊電荷數(shù)相等；氧化反應(yīng)：氧化反應(yīng)： SO32- + H2O +2e- SO42- + 2H+ 還原反應(yīng)：還原反應(yīng)：Cr2O72-+14H+ -6e- 2Cr3+ + 7H2O 先看先看P90的例子的例子 根據(jù)得失電子數(shù)相等的原則，用適

13、當(dāng)系數(shù)分別乘以兩個半反應(yīng)式根據(jù)得失電子數(shù)相等的原則，用適當(dāng)系數(shù)分別乘以兩個半反應(yīng)式 （最小公倍數(shù)），然后將兩個半反應(yīng)式相加、整理，即得到配平的（最小公倍數(shù)），然后將兩個半反應(yīng)式相加、整理，即得到配平的 離子反應(yīng)方程式；離子反應(yīng)方程式；配平步驟：配平步驟：SO32- + H2O +2e- SO42- + 2H+ Cr2O72- +14H+ -6e- 2Cr3+ + 7H2O 3+) 13SO32- +3H2O + Cr2O72- +14H+ 3SO42- +6H+ + 2Cr3+7H2O還原為分子方程式：還原為分子方程式：K2Cr2O7+3Na2SO3+4H2SO4 = Cr2(SO4)3+3N

14、a2SO4+K2SO4+4H2O整理得：整理得： 3SO32- + Cr2O72- +8H+ 3SO42- + 2Cr3+4H2OF 配平半反應(yīng)式時，如果反應(yīng)物和生成物所含的配平半反應(yīng)式時，如果反應(yīng)物和生成物所含的O 原子數(shù)目不等，可根據(jù)介質(zhì)酸堿性，分別在半反原子數(shù)目不等，可根據(jù)介質(zhì)酸堿性，分別在半反 應(yīng)式中加應(yīng)式中加H+、OH-或或H2O使半反應(yīng)式兩邊的使半反應(yīng)式兩邊的O原原 子數(shù)相等。子數(shù)相等。 經(jīng)驗規(guī)則如經(jīng)驗規(guī)則如P91_表表4.12. 離子離子- -電子電子法（或半電池法）法（或半電池法）氧化還原反應(yīng)方程式的配平方法氧化還原反應(yīng)方程式的配平方法 不需要知道元素的氧化數(shù)，可直接寫出離子方程式；不需要知道元素的氧化數(shù)，可直接寫出離子方程式； 適用于溶液中的反應(yīng)（離子反應(yīng)），但不適用于氣相和固適用于溶液中的反應(yīng)（離子反應(yīng)），但不適用于氣相和固 相反應(yīng)。相反應(yīng)。1. 氧化數(shù)法氧化數(shù)法簡單、快速，既適用于水溶液，