【无机化学】第11次课第6章 氧化还原反应1

1、第第6章章 氧化还原反应氧化还原反应和电化学和电化学主要内容主要内容6.1氧化还原反应氧化还原反应*6.2原电池原电池6.3电极电势电极电势6.4电极电势的应用电极电势的应用(下一次课下一次课)*6.5有关氧化还原反应的计算示例有关氧化还原反应的计算示例*6.6电解与电镀电解与电镀(略略)6.7化学电源化学电源(略略)6.1氧化还原反应氧化还原反应6.1.1氧化态氧化态6.1.2氧化剂和还原剂氧化剂和还原剂6.1.3氧化还原方程式的配平氧化还原方程式的配平*6.1.1 氧化态氧化态氧化态：元素某一原子所带的氧化态：元素某一原子所带的形式形式电荷。电荷。形式电荷形式电荷：是假设把分子中共价键合的

2、电：是假设把分子中共价键合的电子指定给电负性较大的原子之后所带的电子指定给电负性较大的原子之后所带的电荷。荷。形式电荷的确定形式电荷的确定在单质中，元素的氧化态定为零。例如，在单质中，元素的氧化态定为零。例如，金属铜中金属铜中Cu的氧化态为零。记为的氧化态为零。记为Cu0。在离子化合物中，简单离子的氧化态等在离子化合物中，简单离子的氧化态等于该离子所带的电荷。例如，于该离子所带的电荷。例如，CaCl2中，中，Ca的氧化态为的氧化态为+2，记为，记为Ca+2；Cl的氧化态为的氧化态为-1，记为，记为Cl-1。注意：氧化态注意：氧化态不可不可写为写为Ca2+，2+表示带表示带2个个正电荷。正电荷。

3、形式电荷的确定形式电荷的确定在已知结构的共价化合物中，共用电子在已知结构的共价化合物中，共用电子指定给电负性较大的原子之后，两个原子指定给电负性较大的原子之后，两个原子所带的所带的形式电荷形式电荷就是它们的氧化态就是它们的氧化态例如，例如，H2S中，中，H的电负性为的电负性为2.2，S的电负的电负性为性为2.6，HS键的共用电子对指定给键的共用电子对指定给S之之后，后，S的氧化态为的氧化态为S-2，H的氧化态为的氧化态为H+1。形式电荷的确定形式电荷的确定对于组成复杂或结构未知的化合物，对于组成复杂或结构未知的化合物，按照按照“分子中各元素氧化态的分子中各元素氧化态的代数和代数和等等于零于零；

4、各离子中各元素氧化态各离子中各元素氧化态代数和代数和等等于离子的电荷于离子的电荷”原则计算确定元素氧化原则计算确定元素氧化态。态。氧氧的氧化态主要为的氧化态主要为-2。但是在。但是在过氧化过氧化物物中为中为-1，在，在超氧化物超氧化物中中-0.5，在，在氟化物氟化物中为中为+1，+2。形式电荷的确定形式电荷的确定氢的氧化态一般为氢的氧化态一般为+1，只是在金属氢，只是在金属氢化物为化物为-1。例如。例如CaH2，NaH。举例：求算举例：求算CH4(甲烷甲烷)，H3COH (甲醇甲醇) ，HCOH (甲醛甲醛) ，HCOOH (甲酸甲酸) ，H2CO3 (碳酸碳酸)中中C的氧化态的氧化态。cHH

5、HHCH4甲烷甲烷CH4(甲烷甲烷)中中 H的氧化态的氧化态为为+1，CH4分子中各元素分子中各元素氧化态氧化态代数和为零代数和为零，则，则C的氧化态为的氧化态为-4，记为，记为C- 4。H3COH (甲醇甲醇)中中 H的氧化的氧化态为态为+1，O的氧化态为的氧化态为-2，+4-2+C=0，则，则C- 2。cOHHHHH3COH甲醇甲醇HCOH (甲醛甲醛)中中 H的氧化的氧化态为态为+1，O的氧化态为的氧化态为-2，+2-2+C=0，则，则C0。cHHOHCOH甲醛甲醛cOHHOHCOOH甲酸甲酸HCOOH (甲酸甲酸)中中 H的氧化的氧化态为态为+1，O的氧化态为的氧化态为-2，+2-22

6、+C=0，则，则C+2。6.1.2 氧化剂和还原剂氧化剂和还原剂在在指定指定的氧化还原反应中，元素的氧化还原反应中，元素氧化态氧化态降低的降低的反应物反应物为为氧化剂氧化剂；反之；反之氧化态升氧化态升高的高的反应物反应物为为还原剂还原剂。+70+4+642242KMn O +S =2Mn O +K S O 氧化剂 还原剂 0+2244+20Mg +NaSO =Mg SO +2Na还原剂 氧化剂 w注意注意：指定指定方程式中方程式中正反应正反应方向不一定是方向不一定是真实的真实的。6.1.3 氧化还原方程式的配平氧化还原方程式的配平* * * *氧化态法氧化态法离子离子- -电子法电子法( (在

7、电极电势中讲在电极电势中讲) )氧化态法配平原则氧化态法配平原则写出反应物和生成物的分子式写出反应物和生成物的分子式。42324424KMnO +K SO +H SO ()MnSO +K SO稀标出元素有变化的标出元素有变化的氧化态氧化态，计算出反应前，计算出反应前后氧化态后氧化态变化的数值变化的数值，并使，并使降降、升升值相等。值相等。42324+7+442+642+KMn O +K S O +H SO ()Mn SO +K S O稀Mn的氧化态降低的氧化态降低52 2= =1010S的氧化态升高的氧化态升高25=5=1010配平氧化剂、还原剂以及氧化还原产物配平氧化剂、还原剂以及氧化还原产

8、物。42324424KMnO22+ K SO +H SO ()M55nSO + K SO稀配平氧化态没有变化的元素。（难点！）配平氧化态没有变化的元素。（难点！）4232442422KMnO +5K SO + H SO ()2MnSO + K363H OSO稀经验：想办法配平氧和氢，再考虑其它离子经验：想办法配平氧和氢，再考虑其它离子左边：氧左边：氧过多过多，酸介质加，酸介质加H+；碱介质加；碱介质加H2O左边：氧左边：氧不够不够，酸介质加水；碱介质加，酸介质加水；碱介质加OH6.2原电池原电池6.2.1原电池的概念原电池的概念6.2.2原电池的表示方法原电池的表示方法*6.2.3原电池的电动

9、势原电池的电动势6.2.1 原电池的概念原电池的概念Cu-Zn原电池装置原电池装置原电池原电池: :把化学能转化成电能的装置叫做原电池。把化学能转化成电能的装置叫做原电池。半电池半电池1半电池半电池2盐桥盐桥导线导线负极负极( (电子流出电子流出):):氧化反应氧化反应Zn(s) - 2e- Zn2+(aq)正极正极( (电子流入电子流入):):还原反应还原反应Cu2+(aq) + 2e- Cu(S)电池反应电池反应: :Zn(s) + Cu2+ (aq) Zn2+(aq) + Cu(s)6.2.2原电池的表示方法原电池的表示方法半电池半电池1：由：由Zn和和ZnSO4构成。构成。 Zn2+为

10、氧化型物质；为氧化型物质；Zn为还原型物质为还原型物质半电池半电池2：由：由Cu和和CuSO4构成。构成。 Cu2+为氧化型；为氧化型；Cu为还原型为还原型金属导体如金属导体如 Cu、Zn惰性导体如惰性导体如 Pt、石墨棒、石墨棒电极电极 半电池反应通式为：半电池反应通式为：氧化型氧化型 + ne- 还原型还原型 半电池反应可以用电对表示：氧化型半电池反应可以用电对表示：氧化型/ /还原还原型被称为。例如，型被称为。例如，Zn2+/Zn ；Cu2+/Cu)( Cu )L(1.0molCu )L(1.0mol Zn Zn )( 1212 原电池符号的书写规则原电池符号的书写规则*： 负极负极“-

11、”在左边，正极在左边，正极“+”在右边，盐桥用在右边，盐桥用“”表示。表示。 纯液体、固体和气体写在惰性电极一边纯液体、固体和气体写在惰性电极一边, 并并用用“,”分开。分开。 半电池中两相界面用半电池中两相界面用“ ”分开，同相但不同分开，同相但不同的物种用的物种用“,”分开，溶液溶质、气体要注明分开，溶液溶质、气体要注明cB，pB 原电池的组成为：电对、盐桥和导线。可原电池的组成为：电对、盐桥和导线。可以用电池符号表示原电池以用电池符号表示原电池113212L2.0mol2ClL0.1mol2Fe 101325PaClL1.0mol2Fe 例：例：将下列反应设计成原电池并以原电池符号将下列

12、反应设计成原电池并以原电池符号表示。表示。解解：)(Pt ， 101325PaCl L2.0molCl L0.1molFe , L1.0molFe Pt )( 211312正极：正极：Cl2(g) + 2e- 2Cl-(aq)负极：负极：Fe2+(aq) - e- Fe3+(aq) 纯液体、固体和气体写在惰性电极一边纯液体、固体和气体写在惰性电极一边, 并并用用“,”分开。分开。6.2.3 原原电池电动势的测定电池电动势的测定 E 电动势，电动势， E =E正正-E负负。电动势的大电动势的大小可以由数字电压表或电位差计来测定。小可以由数字电压表或电位差计来测定。)( Cu )L(1.0molC

13、u )L(1.0molZn Zn )( 1212E-标准电动势，例如，铜标准电动势，例如，铜-锌原电池锌原电池 E= 1.10V。6.3电极电势电极电势6.3.1金属电极电势的产生金属电极电势的产生6.3.2电极电势的确定电极电势的确定6.3.3能斯特方程式能斯特方程式* 金属浸入其盐的溶液中，在金属和溶液的界面金属浸入其盐的溶液中，在金属和溶液的界面上会有两种可能的过程：上会有两种可能的过程： (1)受极性溶剂分子的吸引，金属原子把电子留受极性溶剂分子的吸引，金属原子把电子留在金属上，自身以溶剂化离子的形式进入溶液。在金属上，自身以溶剂化离子的形式进入溶液。()(1)nMMaqne6.3.1

14、金属电极电势的产生金属电极电势的产生 (2) 受金属表面自由电子的吸引，溶液中的金属受金属表面自由电子的吸引，溶液中的金属离子沉积到金属板上。离子沉积到金属板上。2)(nMaqneM当两种趋势的速度相等就建立了动态平衡当两种趋势的速度相等就建立了动态平衡： 若过程若过程(1)的趋势大，平衡时金属板带负电荷，的趋势大，平衡时金属板带负电荷，溶液带正电荷。金属和溶液之间的双电层产生电溶液带正电荷。金属和溶液之间的双电层产生电势差。势差。-+ + +Mn+M()nMMaqne 若过程若过程(2)的趋势大，平衡时金属板带正电荷，的趋势大，平衡时金属板带正电荷，溶液带负电荷。金属和溶液之间的双电层也产生

15、溶液带负电荷。金属和溶液之间的双电层也产生电势差。电势差。 金属和溶液之间形成的电势差，就称为金属的金属和溶液之间形成的电势差，就称为金属的电极电势电极电势。+-Mn+M- - -6.3.2电极电势的确定电极电势的确定 电极电势的绝对值无法测量。只能用比较的方法测电极电势的绝对值无法测量。只能用比较的方法测量其量其相对值相对值。 IUPAC建议，采用建议，采用标准氢电极标准氢电极作为标准。作为标准。 标准氢电极：标准氢电极：镀有海绵镀有海绵状铂黑的铂片，浸入氢离子浓状铂黑的铂片，浸入氢离子浓度为度为1.0molL-1的的H2SO4溶液中，溶液中，在温度为在温度为298.15K时，不断通入时，不

16、断通入压力为压力为100kPa的氢气。的氢气。+2E (H /H )=0.000V+-22H (aq)+2eH (g) 为了比较不同电极的电极电势大小，提出了标准电极为了比较不同电极的电极电势大小，提出了标准电极电势电势(Standard Electrode Potential)的概念。的概念。 标准电极电势标准电极电势(符号为符号为E)：指：指电对电对处于标准状态时该处于标准状态时该电对的电极电势。溶液中的物质浓度电对的电极电势。溶液中的物质浓度1.0molL-1,气体分压气体分压为标准压力为标准压力p。 指定标准氢电极作为负极，指定指定标准氢电极作为负极，指定待测电极待测电极为正极，测为正

17、极，测定电池的电动势。定电池的电动势。+2 E EE (H /H )=E电动势待测待测 例如例如,测定锌电极的标准电极电势测定锌电极的标准电极电势,应该组成下列电池。应该组成下列电池。 +-1212(-)Pt, H H (1.0mol L ) Zn (1.0mol L ) Zn(+) +2 E EE (H /H )=E2+2+电动势Zn/ZnZn/Zn E0.762V 电动势 E= - 0.762V2+Zn/Zn 又例如又例如, , 欲测定铜电极的标准电极电势欲测定铜电极的标准电极电势, , 组成的电池组成的电池为为+-1212(-)Pt, H H (1.0mol L ) Cu (1.0mol L ) Cu(+) +2 E EE (H /H )=E2+2+电动势Cu /CuCu /Cu E0.345V电动势 E= 0.345V2+Cu /Cu 如果如果, 待测电极中待测电极中没有可导电的金属没有可导电的金属, 测定时用惰性测定时用惰性(Pt片片)电极插入该电极的溶液中电极插入该电极的溶液中,测其标准电极电势测其标准电极电势.+-121312(-)Pt, H H (1.0mol L ) Fe (1.0mol L ),Fe (1.0mol LP (+)t) +2 E EE (H /