普通化学氧化还原反应市公开课获奖课件

1、第十章 氧化还原反应主讲：李琼芳10/10/1第十章 氧化还原反应第1页第1页第十章 氧化还原反应教学目的原电池和电极1. 掌握相关原电池基本概念。2. 掌握电极电势概念，理解其物理意义。10/10/2第十章 氧化还原反应第2页第2页1. 理解原电池电动势与反应摩尔吉布斯自由能关系，掌握判断氧化-还原反应自发方向办法。2. 掌握能斯特方程简朴应用。3. 掌握氧化-还原反应原则平衡常数与原则电极电势关系。氧化-还原反应方向和完毕程度10/10/3第十章 氧化还原反应第3页第3页主要内容：4. 氧化还原反应自发方向1. 基本概念2. 原电池、电极3. 原电池电动势和电极电势5. 氧化还原反应原则平

2、衡常数6. 元素原则电极电势图和电极电势间接计算7. 常见主要氧化还原反应10/10/4第十章 氧化还原反应第4页第4页第一节 基本概念一、 氧化数(1970年、IUPAC）氧化数是某元素一个原子电荷数，这个电荷数可由假设把每个键中电子指定给电负性更大原子而求得。H : HNa+ Cl-H :Cl0 0+1 -1+1 -1H :O:O: H+1 -1 -1 +1Fe3O4-2元素原子在分子中吸引成键电子能力。第一节基本概念10/10/5第十章 氧化还原反应第5页第5页二、氧化还原反应、氧化剂、还原剂但凡元素原子或离子氧化数发生改变反应，叫做氧化还原反应。还原剂氧化（反应）氧化剂还原（反应）10

3、/10/6第十章 氧化还原反应第6页第6页以上氧化（反应）或还原（反应）各是氧化还原反应二分之一，称为半反应。因此一个氧化还原反应是由两个半反应构成。氧化反应（半反应）： 还原反应（半反应）：氧化还原电对：（氧化态/还原态）10/10/7第十章 氧化还原反应第7页第7页三、氧化还原反应方程式配平（一）氧化数法（二）离子-电子法10/10/8第十章 氧化还原反应第8页第8页以配平Cu2S与HNO3反应为例，其配平办法下列：（一）氧化数法1.依据试验事实写出反应物和生成物化学式，并将有改变氧化数注明在相应元素符号上：Cu2S +HNO3Cu(NO3)2 +H2SO4 +NO+1 -2+5+2+6+

4、22.按照最小公倍数原则，对氧化数升高和氧化数减少物质各乘以适当系数，使两者绝对值相等。氧化数升高Cu 2(+2)-(+1)=+2S (+6)-(-2)=+8+10氧化数减少N (+2)-(+5)=-33=+3010=-3010/10/9第十章 氧化还原反应第9页第9页3.系数分别写在还原剂和氧化剂化学式前面，并配平氧化数有改变元素原子个数：Cu2S +HNO3Cu(NO3)2 +H2SO4 +NO31063104.配平反应两边各元素原子个数，必要时加上适当数目的酸碱以及水分子(H2O)。上式右边有12个未被还原NO3-，因此左边要增长12个HNO3。再检查氧和氢原子个数，显然应在反应式右边配

5、上8个H2O。两边各元素原子数目相等后，把箭头改为等号。Cu2S +HNO3Cu(NO3)2 +H2SO4 +NO3226310+ 8H2O10/10/10第十章 氧化还原反应第10页第10页例-1As2S3 + HNO3 H3AsO4 + H2SO4 + NO氧化数升高元素：2As3+ 2As5+ 升高 43S2 3S6+ 升高24N5+ N2+减少3氧化数减少元素：3As2S3 + 28HNO3 6H3AsO4 + 9 H2SO4 + 28NO左边28个H， 84个O ；右边36个H，88个 O左边比右边少8个H，少4个O3As2S3 +28HNO3 + 4 H2O 6H3AsO4 + 9

6、 H2SO4 + 28NO10/10/11第十章 氧化还原反应第11页第11页例-2 HClO3 + P4 HCl + H3PO4 Cl5+ Cl- 氧化数减少 6 P4 4PO4 3- 氧化数升高20 10 HClO 3 + 3P4 10HCl + 12H3 PO4 10 HClO3 + 3P4 +18H2O 10HCl + 12H3 PO4方程式左边比右边少36个H原子，少18个O原子，应在左边加18个H2O10/10/12第十章 氧化还原反应第12页第12页（二）离子-电子法现以KMnO4和Na2SO3在酸性介质中反应为例，阐明配平环节：1.依据试验事实，将反应物和生成物以离子形式写出：

7、MnO4- + SO32-Mn2+ + SO42-2.将该反应分解为两个半反应： MnO4- Mn2+SO32-SO42-（还原反应）（氧化反应）10/10/13第十章 氧化还原反应第13页第13页3.配平两个半反应，使两端原子数和电荷数相等。 MnO4- Mn2+ 8 H+ +5e+ 4H2OSO32-SO42-+ H2O+ 2H+ + 2e4.依据得失电子数相等原则，将两个半反应式各乘适当系数，然后相加，消去电子，合并成一个配平离子方程式。 MnO4- Mn2+ 8 H+ +5e+ 4H2OSO32-SO42-+ H2O+ 2H+ + 2e25+）2 MnO4- + 5 SO32-+ 6

8、H+ 2 Mn2+ + 5 SO42- +3 H2O10/10/14第十章 氧化还原反应第14页第14页配平下列方程式Cr2O72- +H2S Cr3+ +SCr2O72- + 6e +14 H+2Cr3+ + 7 H2OH2S 2e S+2 H+13+）Cr2O72- +H2S Cr3+ +S3+ 8 H+23+7 H2O10/10/15第十章 氧化还原反应第15页第15页例1：配平下列氧化还原反应半反应SO3 2- - 2e SO42- MnO4- + 5e Mn2+配平半反应：SO32- + H2O SO42- + 2e + 2H+ MnO4- + 5e + 8H+ Mn2+ + 4 H

9、2O2MnO4-+ 5SO32- + 6 H+ = 2Mn2+ + 3 H2O + 5SO42-+ ）MnO-4+ SO 2-3+ H+ Mn2+ + SO2-45210/10/16第十章 氧化还原反应第16页第16页2.SiO2 (s)+Al (s)Si (s) +Al2O3343210/10/17第十章 氧化还原反应第17页第17页左边右边酸性介质多O缺H时，多一个O加2个H+, 缺1个H加1个H+加相应H2O碱性介质多H缺O时，多一个H加1个OH ，缺1个O加2个OH-加相应H2O酸性介质中配平半反应方程式里不应出现OH ,在碱性介质中配平半反应不应出现H+普通先配平 H、O以外原子数，

10、然后配平H、O原子数，最后配平电子数10/10/18第十章 氧化还原反应第18页第18页第二节 原电池2e负极：Zn(s) = Zn2+(aq) + 2e正极：Cu2+(aq) + 2e = Cu(s) 这种把化学能转变为电能装置叫做原电池。第二节原电池10/10/19第十章 氧化还原反应第19页第19页原电池装置可用符号表示：(-) Zn | ZnSO4c(ZnSO4) | | CuSO4c(CuSO4) | Cu (+)第三节 原电池电动势和电极电势1.电极 每个半电池中，氧化态物质和还原态物质构成氧化还原电对，又叫做电极。两相接界盐桥第三节电池电动势10/10/20第十章 氧化还原反应第

11、20页第20页2.电极电势MMn+MMn+M(s)溶解沉淀电池电动势： = (+) - (-)Mn+(aq) + ne由于双电层存在而产生电势差，叫电极电势。双电层示意图A10/10/21第十章 氧化还原反应第21页第21页3.原则电极电势 原则氢电极1953年瑞典会议选定原则氢电极电势 （H+/H2） = 0v要求 298.15K时， （H+/H2）= 0 v （氧化型/还原型）2H+（1molL-1）+ 2e H2（101.3KPa） 10/10/22第十章 氧化还原反应第22页第22页(-) Zn | Zn2+(1.0 molL-1) | | H+(1.0 molL-1 ) | H2 (

12、101325Pa)，Pt(+)试验测得（298K）： = 0.763 V因 = （H+/H2）- （Zn2+/Zn） 因此 0.763 = 0 - （Zn2+/Zn） （Zn2+/Zn) = -0.763 V 原则电极电势10/10/23第十章 氧化还原反应第23页第23页（-）Pt，H2 (101325Pa) | H+(1.0 molL-1 ) | | Cu2+(1.0 molL-1) | Cu（+） 试验测得（298K）： = 0.337 V因 = （Cu2+/Cu）- （H+/H2）因此 0.337 = （Cu2+/Cu）- 0 （Cu2+/Cu) = 0.337 V10/10/24第十

13、章 氧化还原反应第24页第24页使用电极电势应注意下列几点： 电极电势值与电极反应方向和计量系数无关。习惯上：氧化态 + ne = 还原态 （Mn+/M)数值越小，表示该电正确还原态失去电子能力（还原能力）越强，是强还原剂。而与其共轭氧化态是弱氧化剂， （Mn+/M)数值越大，表示该电正确氧化态得电子能力（氧化 能力）越强，是强氧化剂。而与其共轭还原态是弱还原剂，如（Na+/Na ) = -2.71V 。如（F2/F- ) = 2.87V ，（MnO4-/Mn2+- ) = 1.5V 。10/10/25第十章 氧化还原反应第25页第25页比如：（Cu2+/Cu) = 0.337 V（Zn2+/

14、Zn) = -0.763 V（Mn2+/Mn) = -1.18 V（Cu+/Cu) = 0.52 V最强氧化剂是？最强还原剂是？比Zn2+氧化能力强氧化剂有？为何Cu2+比Cu+稳定？ 原则电极电势表分酸表和碱表两种。10/10/26第十章 氧化还原反应第26页第26页一、能斯特（W.Nernst)方程式a 氧化态 + ne = b 还原态能斯特方程式:第四节 影响电极电势原因10/10/27第十章 氧化还原反应第27页第27页 其中： n 为电极反应中电子转移数； F为法拉第常数（96485Cmol-1）； T为热力学温度（K）； c为相对浓度（c/c）； a、b为电极反应中氧化态、还原态物

15、质计量系数。在298K时，能斯特方程又常写为：10/10/28第十章 氧化还原反应第28页第28页二、浓度对电极电势影响例9-1：计算下列电池电动势。(-) Zn | ZnSO4(1.010 -6 molL-1) | | CuSO4(0.01 molL-1) | Cu (+)解：10/10/29第十章 氧化还原反应第29页第29页 = （Cu2+/Cu）- （Zn2+/Zn） = 0.279 - ( -0.931) =1.21 V 10/10/30第十章 氧化还原反应第30页第30页例9-2 已知在298.15K时，电极反应：求： 时值。10/10/31第十章 氧化还原反应第31页第31页解：

16、铬酸洗液构成是什么？为何要用浓硫酸？10/10/32第十章 氧化还原反应第32页第32页例9-3：298K时，下列原电池电动势=0.168V。计算负极溶液pH值：pt | H2(g，100kPa)|H+(aq) | |H+(aq，1mol/L)|H2(g，100kPa)|pt解： =（+）- （-）= （H+/H2）- （H+/H2）0.168=0- （H+/H2）（H+/H2）=-0.168V10/10/33第十章 氧化还原反应第33页第33页依据能斯特方程：解得：pH=2.84氢电极电极反应为：2H+ +2e = H210/10/34第十章 氧化还原反应第34页第34页例9-4 ： 298

17、.15K时在原则银电极中加入KBr，使c(Br-)=1.0 molL-1，求 。解：原则银电极是由银片浸入1.0molL-1硝酸银溶液中构成。电极反应： Ag+ (aq) + e = Ag (s)电极电势：依据题意加入KBr，使c(Br-)=1.0 molL-1，则银电极中Ag+浓度将发生改变。10/10/35第十章 氧化还原反应第35页第35页此时：10/10/36第十章 氧化还原反应第36页第36页此时银电极与难溶盐电极 是相同。电极反应： AgBr (s) + e = Ag (s) + Br-因此：10/10/37第十章 氧化还原反应第37页第37页第五节 电极电势应用一、判断氧化还原进

18、行方向较强氧化剂与较强还原剂反应生成较弱还原剂和较弱氧化剂（自发方向）。即： 正向反应自发。第五节电极电势应用10/10/38第十章 氧化还原反应第38页第38页例9-5 ：试判断下列反应： 298.15K时，原则状态下反应能否向右进行？试验室中能否用MnO2与浓盐酸反应制取Cl2？解： 查表得：10/10/39第十章 氧化还原反应第39页第39页或： 0 ，反应能够自发进行。二、判断氧化还原反应进行顺序在Fe2+和Cu2+混合液中加入Zn，会发生什么反应呢？10/10/41第十章 氧化还原反应第41页第41页（Cu2+/Cu）= 0.337 V（Zn2+/Zn）= -0.763 V（Fe2+

19、/Fe）= -0.440 V由于： （Cu2+/Cu） （Zn2+/Zn） （Fe2+/Fe） （Zn2+/Zn） 因此：10/10/42第十章 氧化还原反应第42页第42页事实上， 越大，反应越优先进行。那么Fe2+在什么时候被还原呢？（Cu2+/Cu）= （Fe2+/Fe）当Fe2+开始被还原时，溶液中Cu2+浓度又是多少呢？解得： c ( Cu2+ ) = 5.62 10-27 molL-1 10/10/43第十章 氧化还原反应第43页第43页三、选择氧化剂和还原剂例9-6：在含有Cl-、Br-、I-三种离子原则态混合溶液中，欲使I-氧化为I2，而不使Cl-、Br-氧化，在惯用氧化剂Fe

20、2(SO 4)3和KMnO4中应选哪一个适当？解：查表得：10/10/44第十章 氧化还原反应第44页第44页)/()/()/(2232-+-IIFeFeBrBrqqqjjj因此， Fe2(SO 4)3是符合要求氧化剂。jq(Cl2/Cl)-10/10/45第十章 氧化还原反应第45页第45页四、元素原则电极电势图和电极电势间接应用023224418.151.195.026.2564.0MnMnMnMnOMnOMnOA-+-qj1.511.6951.2310/10/46第十章 氧化还原反应第46页第46页-BrBrBrOBrOB065.145.054.023qj判断歧化反应MMMqqjj右左电

21、势图+2:假如，)/()/(2+MMMMqqjj左右则：MMMM+=+2歧化反应10/10/47第十章 氧化还原反应第47页第47页假如，)/()/(2+ B B A B C KA KB D nA A nB B 2. 当(NH4)2Cr2O7分解产生Cr2O3、N2和H2O时，（ ）元素被氧化？（ ）元素被还原？A H B N C Cr D O 10/10/64第十章 氧化还原反应第64页第64页3. 对于由下列反应构成原电池来说，欲使其电动势增长，可采用办法有（ ）。A 减少Zn2+浓度 B 增长Ag+浓度C 加大锌电极 D 减少Ag+浓度 10/10/65第十章 氧化还原反应第65页第65页4. 依据在原则态时下列反应皆正向进行，判断最小电对是（ ）。其中最强还原剂是（ ）。A Cr2O7 2- /Cr3+ B