第6章 氧化还原

1、森林大火森林大火火箭发射火箭发射炼钢炼钢钢铁生锈钢铁生锈燃料电池手机燃料电池手机1. Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2 炼铁炼铁 2. C+O2=CO2 燃料的利用燃料的利用 3. 2KClO3=KCl+3O2 实验室制实验室制O2 4. CH4+2O2=CO2+2H2O 也是燃料的利用也是燃料的利用5. CuO+H2=Cu+H2O 氢气还原氧化铜氢气还原氧化铜 高温高温点燃点燃加热加热点燃点燃加热加热氧化还原方程式的配平（氧化态法）氧化还原方程式的配平（氧化态法）As2S3 + HNO3 + H2O H3AsO4 + H2SO4 + NO氧化还原方程式的配平（氧化态法）氧化还原方程式的配

2、平（氧化态法）u第一步第一步 确定分子中各个元素的氧化态确定分子中各个元素的氧化态l氧化态（数）氧化态（数）某元素平均的形式电荷数，这种形式电荷是假设把分子中键某元素平均的形式电荷数，这种形式电荷是假设把分子中键合的电子，人为的指定给电负性较大的原子之后所带的电合的电子，人为的指定给电负性较大的原子之后所带的电荷。荷。l化合价（中学）化合价（中学）元素在相互化合时，反应物原子的个数比总是一定的。化合元素在相互化合时，反应物原子的个数比总是一定的。化合价的概念就由此而来，那么元素的核外电子相互化合的数价的概念就由此而来，那么元素的核外电子相互化合的数目，就决定了这种元素的化合价，化合价就是为了方

3、便表目，就决定了这种元素的化合价，化合价就是为了方便表示原子相互化合的数目而设置的。示原子相互化合的数目而设置的。As2S3H3AsO4化合价化合价化合价要记准，一价钾钠氯氢银，二价氧化合价要记准，一价钾钠氯氢银，二价氧钙钡镁锌，三硅四铝五价磷；钙钡镁锌，三硅四铝五价磷； 谈变价也不难，二三铁二四碳，二四六硫谈变价也不难，二三铁二四碳，二四六硫都齐全，铜汞二价最常见；都齐全，铜汞二价最常见； 原子团不要分，一价铵根氢氧根，二价硫原子团不要分，一价铵根氢氧根，二价硫酸碳酸根，三价就是磷酸根。酸碳酸根，三价就是磷酸根。 确定原子氧化态的原则确定原子氧化态的原则总原则：总原则：分子中各元素氧化态的代

4、数和等于零；分子中各元素氧化态的代数和等于零；离子中各原子的氧化态的代数和等于离子的电荷。离子中各原子的氧化态的代数和等于离子的电荷。在在单质单质中，元素的氧化态皆定为零中，元素的氧化态皆定为零 氧氧的氧化态：的氧化态：一般含氧化合物中，为一般含氧化合物中，为2；过氧化物中，为过氧化物中，为1（如（如 H2O2）；超氧化物中，为）；超氧化物中，为1/2 (如如 O2-)； 氟化氧氟化氧中，中， O2F2 为为1、OF2为为2。 氢氢的氧化态：的氧化态：一般含氢化合物中，为一般含氢化合物中，为1；金属氢化物中，为金属氢化物中，为1，如，如NaH、CaH2。 碱金属碱金属在化合物中的氧化态在化合物

5、中的氧化态为为1； 碱土金属碱土金属在化合物中的氧化在化合物中的氧化态为态为2。氧化还原方程式的配平（氧化态法）氧化还原方程式的配平（氧化态法）As2S3H3AsO4+5+3氧化还原方程式的配平（氧化态法）氧化还原方程式的配平（氧化态法）As2S3 + HNO3 + H2O H3AsO4 + H2SO4 + NO+3+5-2+6+5+2所有元素所有元素 As、S、N、H、O223822+38=281313=3第二步，确定配平的起始端，计算变价元素所在第二步，确定配平的起始端，计算变价元素所在分子分子氧化数氧化数升降的代数和，按照最小公倍数升降的代数和，按照最小公倍数, ,确定变价元素所在分子的

6、确定变价元素所在分子的系数，并依此配平另一端相关分子的系数。系数，并依此配平另一端相关分子的系数。3286289氧化还原方程式的配平（氧化态法）氧化还原方程式的配平（氧化态法）第三步第三步 核对反应前后氧化数没有变化的元素的核对反应前后氧化数没有变化的元素的原子数目并配平，把原子数目并配平，把 改为改为=3As2S3 + 28HNO3 + H2O = 6H3AsO4 + 9H2SO4 + 28NO检查：检查：O、H原子个数两边是否相等？原子个数两边是否相等？4氧化还原方程式的配平（氧化态法）氧化还原方程式的配平（氧化态法）被氧化被氧化与与氧化剂氧化剂被还原被还原与与还原剂还原剂还原剂还原剂 氧

7、化剂氧化剂氧化还原方程式的配平（氧化态法）氧化还原方程式的配平（氧化态法）从产物一端开始配平从产物一端开始配平口诀口诀: :要配平要配平, ,不可怕不可怕, ,关键就在找变价；关键就在找变价；升总价升总价, ,降总价降总价, ,相加得零就不差；相加得零就不差；没有变价各元素没有变价各元素, ,核对配平效果佳。核对配平效果佳。氧化还原方程式的配平（氧化态法）氧化还原方程式的配平（氧化态法）2方程式两边的电荷必须相等方程式两边的电荷必须相等课堂练习P153-4 、6.2 原电池原电池Qestion 1 请问铜锌原电池将有三个直观现象会是？请问铜锌原电池将有三个直观现象会是？Qestion 2 为什

8、么要有盐桥？为什么要有盐桥？在没有盐桥的情况下，随着反应的进行在没有盐桥的情况下，随着反应的进行ZnZn失去电子失去电子变成变成ZnZn2+2+进入进入ZnSOZnSO4 4溶液，将使溶液，将使ZnSOZnSO4 4溶液因溶液因ZnZn2+2+增增加而带正电荷，将阻碍电子的流出。加而带正电荷，将阻碍电子的流出。 CuSOCuSO4 4溶液中的溶液中的CuCu2+2+从铜片上得到电子，成为金从铜片上得到电子，成为金属铜沉积在铜片上，将使属铜沉积在铜片上，将使CuSOCuSO4 4溶液因溶液因SOSO4 42-2-离子过离子过剩而带负电荷，将阻电子的流入。剩而带负电荷，将阻电子的流入。 这两种情况

9、都会阻碍原电池反应的进行，以致这两种情况都会阻碍原电池反应的进行，以致不能产生电流。而使用盐桥后盐桥中的不能产生电流。而使用盐桥后盐桥中的K K+ + 向向CuSOCuSO4 4溶液移动，溶液移动，ClCl- - 向向ZnSOZnSO4 4液移动，以保持溶液呈中液移动，以保持溶液呈中性，使电流持续产生。性，使电流持续产生。原电池能够产生电流的原因原电池能够产生电流的原因 负极：负极： Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- 氧化反应氧化反应 正极：正极：Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) 还原反应还原反应 2e-Zn(s) + CuSO4(aq) Cu(s) + ZnSO4(aq)氧化

10、型氧化型 + ne- 还原型还原型 式中式中n表示电子的计量系数。表示电子的计量系数。电极反应（半电池反应）电极反应（半电池反应）电池反应电池反应原电池的表示方法原电池的表示方法7.2.2 原电池的表示方法原电池的表示方法（1 1）负极写在左边，用）负极写在左边，用“（）（）”表示；正极写在表示；正极写在右边，用右边，用“（）（）”表示。表示。 （2）半电池中两相之间的界面用半电池中两相之间的界面用“”表示。表示。两半电池之间的盐桥或隔膜用两半电池之间的盐桥或隔膜用“”表示。表示。 锌半电池中锌半电池中 Zn与与ZnSO4之间之间 Zn ZnSO4 或或ZnSO4 Zn 铜半电池中铜半电池中

11、Cu与与CuSO4之间之间 Cu CuSO4 或或CuSO4 Cu 溶液写在靠近中间的位置。即靠近溶液写在靠近中间的位置。即靠近“”。若溶液中有两种离子参与电极。若溶液中有两种离子参与电极反应，可用逗号分开。导体写在电池符号的两侧。反应，可用逗号分开。导体写在电池符号的两侧。 （）（）Zn ZnSO4CuSO4 Cu（）（）（3）注明溶液的浓度或活度，气体要注明分压。）注明溶液的浓度或活度，气体要注明分压。 （）（）Zn ZnSO4(c1) CuSO4(c2) Cu（）（）Fe3+/Fe2+、MnO4-/Mn2+、Cl2/Cl- 如果组成电对的两种物质本身没有导电的电如果组成电对的两种物质本身

12、没有导电的电极，在构成半电池时，可以用极，在构成半电池时，可以用金属铂金属铂(Pt)或其它或其它惰性导体（如石墨惰性导体（如石墨C）作电极。作电极。 这些电极称为这些电极称为惰性电极惰性电极。即不参与原电池的氧化还原反应，但可导电的。即不参与原电池的氧化还原反应，但可导电的物质。物质。 若用惰性电极须注明其材料若用惰性电极须注明其材料。例如，例如， AgClAg电极与标准氢电极组成的原电池符号为：电极与标准氢电极组成的原电池符号为： AgCl + e- Ag + Cl-()Pt H2(100kPa) H+(1moll-1)Cl-(c1)|AgCl(s) Ag()注意：注意：例题例题4由电对由电

13、对Fe3+/Fe2+和和Ag+/Ag构成原电池：构成原电池： 写出该原电池的符号；写出该原电池的符号； 写出电极反应式和电池反应式。写出电极反应式和电池反应式。电势高电势高电势低电势低电电流流方方向向水水流流方方向向飞流直下三千尺飞流直下三千尺疑似银河落九天疑似银河落九天6.2.3 原电池的电动势原电池的电动势地势差地势差 产生产生 水流水流电势差电势差 产生产生 电流电流电动势电动势 E = E正正E负负 式中式中E值都是相对于同一基准电极的电势。值都是相对于同一基准电极的电势。u 原电池的电动势的大小主要取决于组成原电池的电动势的大小主要取决于组成原电池物质的本性原电池物质的本性电动势还与

14、电动势还与浓度、温度浓度、温度有关。有关。u 通常，在通常，在标准状态标准状态下测定得的电动势为标准电动势。下测定得的电动势为标准电动势。u 在在298.15k下的标准电动势以下的标准电动势以E表示。表示。什么叫电动势？什么叫电动势？两电极间的电势差称两电极间的电势差称为原电池的电动势。为原电池的电动势。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 能斯特方程能斯特方程教学重点：电极电势的概念，能斯特方程教学重点：电极电势的概念，能斯特方程教学难点：教学难点：能斯特方程的应用能斯特方程的应用E池池E2(Zn /Zn)

15、= - 0.763VE 22=(H /H ) - (Zn /Zn)=0.763VEEE 池池例如，欲测定例如，欲测定铜电极铜电极的标准电极电势，则应组成的标准电极电势，则应组成下列原电池：下列原电池：()Pt H2(100kPa) H+(1.0molL-1)Cu2+(1.0molL-1) Cu() 298.15K时测得：时测得：E=0.345V解：解： E= E正正 E负负 = E(Cu2+/ Cu) E (H+/H2) = 0.345V E (H+/H2) = 0.000V E (Cu2+/ Cu) = 0.345V/ VE/ VE最强氧化剂最强氧化剂最强还原剂最强还原剂 一般的化学反应通常

16、是在一般的化学反应通常是在非标准态非标准态下进行的。因此，常需计下进行的。因此，常需计算电极在算电极在非标准态时非标准态时的电极电势。的电极电势。 影响电极的电极电势的因素有：影响电极的电极电势的因素有： 电极材料电极材料 溶液中离子的浓度或气体分压溶液中离子的浓度或气体分压 温度温度6.3.3 能斯特方程能斯特方程能斯特方程式能斯特方程式反映电极电势与温度、浓度的关系式。反映电极电势与温度、浓度的关系式。若电极反应为：若电极反应为： a氧化型氧化型 ne- b还原型还原型则则式中：式中：E(氧化型氧化型/还原型还原型)电极的电极电势；电极的电极电势； E(氧化型氧化型/还原型还原型)电极的电

17、极的标准电极电势标准电极电势； R摩尔气体常数；摩尔气体常数；R=8.314JK-1mol-1 F法拉弟常数法拉弟常数；F=96485Cmol-1 T热力学温度；热力学温度； banFRTEEln)/()/(还原型氧化型还原型氧化型还原型氧化型氧化型氧化型a、还原型还原型b分别分别表示电极反应中在氧化型、还表示电极反应中在氧化型、还原型一侧各物质相对浓度幂的原型一侧各物质相对浓度幂的乘积；乘积； n电极反应中电子的电极反应中电子的计量系数。计量系数。当各物理量取如下单位：当各物理量取如下单位： 电极电势电极电势V 浓度浓度molL-1 压力压力Pa（1 1）能斯特方程）能斯特方程5050当当

18、T=298.15K时，自然对数转换为常用对数时，时，自然对数转换为常用对数时，氧氧化化型型还还原原型型0.059Vn应用能斯特方程时，应注意以下几点：应用能斯特方程时，应注意以下几点：J（1）电极反应中的物质若为）电极反应中的物质若为固体或纯液体固体或纯液体，不，不列入方程式中；若为列入方程式中；若为气体气体时，方程式中的时，方程式中的相对浓度相对浓度用用相对分压相对分压代替。代替。J（2）电极反应中，如有）电极反应中，如有H+、OH-等其它离子参等其它离子参与反应，则这些物质也应表示在方程式中。与反应，则这些物质也应表示在方程式中。 +2+84HMnO Mn 0.059V5氧氧化化型型还还原

19、原型型0.059Vn2+4 (O )/1Hpp 0.059V422+(HH/)pp0.059V2E = 0.771 VE = 1.33 V=0+531H 1.8 100.101.34 10 mol L=0.799 V=0.799 V=0.221 V/ /V,6.4.1 判断氧化剂和还原剂的相对强弱判断氧化剂和还原剂的相对强弱 对于电极反应：对于电极反应： 氧化型氧化型 + ne- 还原型还原型 电极电势的电极电势的代数值代数值愈小，表示：愈小，表示： 该电对的还原型物质愈易失去电子，愈是强还原剂；该电对的还原型物质愈易失去电子，愈是强还原剂； 其对应的氧化型物质则难得到电子，弱氧化剂其对应的氧

20、化型物质则难得到电子，弱氧化剂。电极电势的代数值愈大，表示：电极电势的代数值愈大，表示： 该电对的氧化型物质愈易得到电子，愈是强氧化剂；该电对的氧化型物质愈易得到电子，愈是强氧化剂； 其对应的还原型物质则难失电子，弱还原剂。其对应的还原型物质则难失电子，弱还原剂。6.4 电极电势的电极电势的应用应用6161如如, Zn + Cu2+ Zn 2+ + Cu E(Cu2+/Cu) = +0.345V, E(氧化型氧化型/还原型还原型) E(Zn2+/Zn) = 0.762V, E(氧化型氧化型/还原型还原型) Cu2+是较强的氧化剂是较强的氧化剂 Zn是较强的还原剂是较强的还原剂 Cu2+能将能将

21、Zn氧化，上面的反应能够自发地自左向右进行氧化，上面的反应能够自发地自左向右进行。 6.4.2 判断氧化还原反应的方向判断氧化还原反应的方向 当当E(氧化型氧化型/还原型还原型) E(氧化型氧化型/还原型还原型)时，时， 有有E(氧化型氧化型/还原型还原型) - E(氧化型氧化型/还原型还原型)0，则，则，氧化型氧化型作为氧化剂，还原型作为氧化剂，还原型作为还原剂作为还原剂， 两者可以自发地进行氧化还原反应。两者可以自发地进行氧化还原反应。通常，将氧化还原反应设计成原电池，该原电池的电动势为通常，将氧化还原反应设计成原电池，该原电池的电动势为E E = E氧化剂氧化剂E还原剂还原剂 E0 ，反

22、应能够自发进行，反应能够自发进行 E0 ，反应不能够自发进行，反应不能够自发进行 即向原电池电动势即向原电池电动势E0的方向进行。的方向进行。 6.4.2 判断氧化还原反应的方向判断氧化还原反应的方向6363例，试判断下列反应：例，试判断下列反应： Pb2+ + Sn Pb + Sn2+ 在在（1）标准态；（）标准态；（2）非标准态）非标准态，且，且 时反时反应自发进行的方向。应自发进行的方向。解：（解：（1）标准态时：）标准态时： E = E(Pb2+/Pb) - E(Sn2+/Sn) = - 0.126 -（- 0.136）=0.010V0 反应能够自发地向右进行。反应能够自发地向右进行。

23、0 . 10010. 0)()(22SncPbc6464（2）非标准态非标准态时：时： 此时，反应自发地向左进行。此时，反应自发地向左进行。0 . 10010. 0)()(22SncPbc0 . 10010. 022SnPblg20592. 0)/()/(222PbPbPbEPbPbElg20592. 0)/()/(222SnSnSnESnSnE0079. 0lg20592. 0)/()/(2222VSnPbESnSnEPbPbEE6565 例：例：判断在酸性溶液中判断在酸性溶液中H2O2与与Fe2+混合时能否发生氧化还原混合时能否发生氧化还原反应。若能反应，写出反应的产物。反应。若能反应，写

24、出反应的产物。解：解：H2O2中氧元素的氧化态为中氧元素的氧化态为-1, 处于中间氧化态，处于中间氧化态， H2O2作还原剂，氧化产物为作还原剂，氧化产物为O2， 2H+ + O2 + 2e- H2O2 E(O2/H2O2) = 0.682V H2O2作氧化剂，还原产物为作氧化剂，还原产物为H2O ， H2O2 +2H+ + 2e- H2O E(H2O2 /H2O) = 1.77V Fe2+中的中的Fe也是中间氧化态也是中间氧化态+2， Fe2+可以作还原剂，氧化产物为可以作还原剂，氧化产物为Fe3+ Fe3+ + e- Fe2+ E(Fe3+/Fe2+) = 0.771V Fe2+可以作氧化

25、剂，还原产物为可以作氧化剂，还原产物为Fe Fe2+ +2e- Fe E(Fe2+/Fe) = 0.441V E(H2O2 /H2O)值最大，值最大，H2O2是其中最强的氧化剂。是其中最强的氧化剂。当当H2O2与与Fe2+发生反应，发生反应，Fe2+就做还原剂。其反应为：就做还原剂。其反应为： 2 Fe2+ + H2O2 +2H+ 2 Fe3+ +2H2O 反应产物为反应产物为Fe3+和和H2O。66666.4.4 判断氧化还原反应完成的程度判断氧化还原反应完成的程度 若两电对之间存在电势差，就会因若两电对之间存在电势差，就会因电子的转移电子的转移而进行氧而进行氧化还原反应。随着反应的进行，化还原反应。随着反应的进行， 反应物的浓度不断降低，反应物的浓度不