无机化学第6版氧化还原.ppt

5 1基本概念和氧化还原方程式的配平 5 2电极电势和电池的电动势 5 3元素电势图及其应用 内容提要 学习要求 难点 电极电势和电池电动势的Nernst方程及其计算计算 一 基本概念二 氧化剂和还原剂三 氧化还原方程式的配平 5 1基本概念和氧化还原方程式的配平 一 氧化数 oxidationnumber 1 元素的氧化数 氧化值 某元素一个原子的表观电荷数 这种表观电荷数是假设把原子间每个键中的电子指定给电负性较大的原子而求得 2 确定氧化数的规则 如HCl CO2 KMnO4 MnO42 1 单质的氧化数等于零 如Fe O2 2 多原子分子中 所有元素氧化数的代数和等于零 多原子离子中 氧化数的代数和等于该离子所带的电荷数 3 常见元素的氧化数 氢 1氧 2氟 1 例如 试计算Na2S2O3 硫代硫酸钠 和Na2S4O6 连四硫酸钠 中硫的氧化数 解 Na2S2O3中S的氧化数为 1 2 2X 3 2 0 X 2Na2S4O6中S的氧化数为 1 2 4Y 6 2 0 Y 2 5 在Na2S4O6中 S4O62 离子的结构如下 3 氧化数和共价数的区别 氧化数并不是一个元素所带的真实电荷 是对外层电子偏离原子状态的人为规定值 是一种形式电荷数 可以是整数 也可以是小数 可以对单个原子而言 也可以是平均值 共价数是一种元素的一个原子与其他元素的原子构成的化学键的数量 化合价 反应的是原子间形成化学键的能力 只可以为整数 例如 CH4 C2H4 C2H2 二 氧化还原反应和氧化还原电对 Zn Cu2 Cu Zn2 还原剂氧化剂 1 氧化还原反应 Redoxreaction 反应前后元素的氧化值发生了变化的反应 还原剂 reducingagent 氧化数升高的物质 氧化 oxidation 物质失去电子氧化数升高的过程 氧化剂 oxidizingagent 氧化数降低的物质 还原 reduction 物质获得电子氧化数降低的过程 氧化还原反应的实质 在还原剂和氧化剂之间发生了电子的得失或偏移 从而导致元素氧化数发生变化 2 氧化还原半反应 Zn 2e Zn2 氧化半反应Cu2 2e Cu还原半反应 氧化还原反应可以根据电子的转移 可看作由两个半反应构成 如 Zn Cu2 Cu Zn2 氧化反应和还原反应同时存在 在反应过程中得失电子的数目相等 两个半反应偶合 完成整个氧化还原反应 氧化还原电对 redoxcouple 同一元素原子的氧化型物质及对应的还原型物质 通常简写成 氧化型 还原型或Ox Red如 Cu2 Cu Zn2 Zn MnO4 Mn2 每个氧化还原半反应中都含有一个氧化还原电对 例题 写出反应2Fe3 Sn2 2Fe2 Sn4 中的氧化还原半反应及对应的氧化还原电对 还原半反应 Fe3 e Fe2 Fe3 Fe2 氧化半反应 Sn2 2e Sn4 Sn4 Sn2 氧化还原反应通式 aOx1 bRed2 cRed1 dOx2 三 氧化还原反应方程式的配平配平原则 质量守恒定律1 氧化数法 根据氧化剂和还原剂的氧化数变化相等的原则进行配平 8H MnO4 5Fe2 Mn2 5Fe3 4H2O 氧化数降1 氧化数升5 MnO4 Fe2 Mn2 Fe3 2 半反应法 离子 电子法 根据氧化还原反应中的两个半反应电子得失总数必须相等的原则来配平反应方程式的方法 如 KMnO4 HCl MnCl2 Cl2 H2O 1 写出未配平的离子方程式 2 根据氧化还原电对 拆成两个半反应 MnO4 Cl H Mn2 Cl2 H2O 还原半反应 MnO4 Mn2 氧化半反应 Cl Cl2 MnO4 8H 5e Mn2 4H2O 2Cl 2e Cl2 4 得失电子数相等 配平离子反应方程式 2KMnO4 16HCl 2MnCl2 5Cl2 8H2O 2KCl 5 将配平的离子方程式改写为分子方程式 注意反应前后氧化值没有变化的离子的配平 2 2MnO4 16H 10e 2Mn2 8H2O 5 10Cl 10e 5Cl2 3 配平半反应式 注意 在配平过程中 如果半反应式两边的氧原子数不等 可根据反应的介质条件 酸碱性 添加H OH 或H2O 以配平半反应式 即 酸性介质中无OH 碱性介质中无H 离子 电子法配平原则 两个半反应得失电子总数相等 方程式两边各种元素的原子数相等 练习 用离子电子配平法配平下列反应方程式 解 1 写出离子反应式 MnO4 SO32 SO42 Mn2 2 写出两个半反应 MnO4 Mn2 SO32 SO42 4 配平离子反应方程式 MnO4 8H 5e Mn2 4H2O SO32 H2O 2e SO42 2H 2KMnO4 5K2SO3 3H2SO4 2MnSO4 6K2SO4 3H2O 5 完成反应方程式 3 配平两个半反应 3 半反应法的 离子 电子法 优点 1 在给定条件 介质的酸碱性 下 配平复杂反应比较方便 2 在配平过程中更能揭示出电解质溶液发生氧化还原反应的实质 3 大多数氧化还原反应是在水溶液中进行的 学习离子 电子法有助于掌握书写半反应式的方法 而半反应式正是电极反应的基本反应式 缺点 离子 电子法只适用于水溶液中的离子反应 5 2电极电势和电池电动势 一 原电池二 电极电势三 氧化还原反应的方向和限度四 影响电极电势的因素五 电极电势的应用 一 原电池 primarycell 利用氧化还原反应将化学能转化成电能的装置称原电池 一 原电池的组成 无电流产生 反应式为 Zn CuSO4 Cu ZnSO4 原电池的组成 两个半电池 盐桥 导线 1 电极 electrode 组成半电池的金属导体叫电极负极 anode 向外电路中流出电子的电极 正极 cathode 接受外电路中电子的电极 2 电极反应和电池反应电极反应 正极Cu2 2e Cu 氧化剂的还原反应 负极Zn 2e Zn2 还原剂的氧化反应 电池反应 cellreaction 正极和负极反应的加和Zn Cu2 Cu Zn2 二 原电池的表示方法 从负极开始沿内电路写到正极1 负极在左 以 表示 正极在右 以 表示 2 以化学式表示电池中各物质的组成 纯净物质表明其状态 g l s 溶液应注明浓度 气体注明分压 当溶液浓度为1mol L 1或气体分压为100kPa时可不标注 3 表示相界面 表示盐桥 同一相中的不同物质用 分开 4 不能导电的物质做氧 还电对时需加惰性电极做导体 电池组成式 Zn Zn2 c1 Cu2 c2 Cu 原则上 任何一个氧化还原反应都可设计成电池 例如 Cl2 2I 2Cl I2此反应可分解为两个半电池反应 负极 氧化反应 2I 2e I2 正极 还原反应 Cl2 2e 2Cl 该电池表示式为 Pt I2 s I c1 Cl c2 Cl2 p Pt 例题 将高锰酸钾与浓盐酸作用制取氯气的反应2KMnO4 16HCl 2KCl 2MnCl2 5Cl2 8H2O设计为原电池 解 2MnO4 16H 10Cl 2Mn2 5Cl2 8H2O 2Cl 2e Cl2 MnO4 8H 5e Mn2 4H2O电池组成式 Pt Cl2 p Cl c1 MnO4 c2 Mn2 c3 H c4 Pt 三 常用电极类型 将金属插入到其盐溶液中构成的电极 如 银电极 Ag Ag 1 金属 金属离子电极 电极符号 Ag s Ag c 2 金属 金属难溶盐 阴离子电极 银 氯化银电极 Ag s AgCl s Cl c 电极反应 AgCl s e Ag s Cl 甘汞电极 Hg l Hg2Cl2 s Cl c 电极反应 Hg2Cl2 s 2e 2Hg s 2Cl 3 氧化还原电极 如Fe3 Fe2 电极 4 气体 离子电极