普通化学-中国农业大学(0006)课件

氧化还原反应的应用？？1燃气燃烧供给热能！2冶炼金属3化学电源（各种电池）4.生物能的获得

5/12/202416氧化还原反应

Oxidation—Reduction本章基本要求：1、理解氧化还原反应的基本概念及反应式的配平2、了解原电池的基本概念，了解电极电势的意义3、掌握Nerst方程的简单应用4.掌握一些重要元素的氧化-还原性质5/12/202426.1.1氧化还原定义：2H2+O2=2H2OCuO+H2=Cu+H2OZn+Cu2+=Cu+Zn2+

氧化—失电子的过程还原—得电子的过程氧化还反应的本质——电子得失。特点：在同一反应中，有失电子的物质——还原剂，同时有得电子的物质——氧化剂，且氧化剂得电子总数等于还原剂失电子的总数6.1基本概念5/12/202436.1.2元素的氧化数氧化数：元素在物质中所带的形式电荷。计算：是将成键电子指定给电负性较大的原子5/12/20244标出硫元素的氧化数S2O32-S4O62-S2O82-标出铬的氧化数Cr2O3CrO42-Cr2O72-

CrO5＋2+2.5+6+3+6+6+65/12/20245自身氧化还原反应：电子转移发生在同一物质内的两个元素之间。KClO3→KCl+O2↑KClO3是氧化剂，也是还原剂歧化反应电子得失发生在同一物质内同一元素的不同的原子之间2H2O2→H2O+O2Cu+(ag)→Cu2+(ag)+Cu(处于中间价态)能发生歧化的物质稳定性比较差6.1.3氧化还原反应的类型根据电子转移物质之间的关系分为三类一般氧化还原反应：电子转移发生在两个或多个物质之间Zn+Cu2+=Cu+Zn2+

5/12/20246电对表示法：①高氧化态物质在上，低氧化态在下面②高氧化态对应物质称氧化型，做氧化剂，低氧化态对应物质称还原型，做还原剂。③根据氧化还原反应电对可判断反应的产物电对物质6.1.4氧化还原电对5/12/202476.1.5氧化还原半反应任何一个电对物质之间的关系，可用氧化—还原半反应表示。注意：物质的氧化还原性质不是固定不变的。5/12/20248离子电子法（1）用离子反应式写出主要反应物，产物。（2）将总反应分为两个半反应，一个氧化反应一个还原反应。（3）首先对两个半反应进行原子数配平，再用电子进行电荷数的配平。（4）根据得失电子数相等的原则，将两个半反应乘以适当的系数，相合并，就得到配平的方程式。注：如果在配平时有多氧和少氧的情况，根据介质的酸、碱性，分别用H2O，OH-或H+,H2O等来补充。（5）检查：6.2氧化还原反应的配平5/12/20249配平练习-11、酸性介质MnO4-+Cl-Cl2+Mn2+2、近中性介质中，MnO4-+SO32-MnO2+SO42-3、碱性介质Cr(OH)4-+H2O2CrO42-4、Br2+OH-BrO3-+Br-5/12/202410配平练习-21、酸性介质MnO4－+H2C2O4Mn2++CO22、碱性介质Co(NH3)62++O2Co(NH3)63++OH－

3.MnO42－MnO4－+MnO25/12/2024118.3.1原电池Zn+Cu2+=Cu+Zn2+Zn2+SO42-Cu2+SO42-盐桥铜极：Cu2++2e=Cu锌极：Zn=Zn2++2e合并：Zn+Cu2+=Zn2++Cu原电池将化学能转化为电能原电池——化学电源6.3原电池和电极电势5/12/202412（1）原电池的组成原电池负极正极电极反应——氧化还原半反应电极通常用电对表示为了统一：电极反应通常写还原式（+）Cu2++2e=Cu（-）Zn2++2e=Zn总反应（+）-（-）Cu2++Zn=Cu+Zn2+—电子进入的极—发生还原反应(氧化剂）—电子输出的极—发生氧化反应(还原剂)5/12/202413（2）原电池的表示法5/12/202414氢电极：H+（c）|H2（p）|Pt氧电极：OH-（c）|O2（p）|PtFe2+-Fe3+电极：：Fe2（c1）+，Fe3+（c2`）|Pt饱和甘汞电极：Cl-（饱和溶液）|Hg2Cl2（s）|Hg（

）|Pt5/12/2024156.3.2电池电动势（）和电极电势（）

=+--

=(Cu2+/Cu)-(Zn2+/Zn)如果电池中各物质均处于标准态：

=+

--

=

(Cu2+/Cu)-

(Zn2+/Zn)5/12/202416（1）标准电极电势（

）标准氢电极{

(H+/H2)}度铂黑的铂片H2(100kPa)H2c(H+)=1.0mol.L-1标准氢电极电极反应2H++2e

=H2电极电势

(H+/H2）=0.0000V.c(H+)=1.0mol.L-1H2(100kPa)条件5/12/202417电极电势的测定测定某电极的标准电极电势，由标准氢电极（作负极）与标准状态下的某电极组成原电池，测定此原电池的电池电动势，根据

=

正极-

负极求出待测标准电极相对于标准氢电极的电极电势

，称其为该待测电极的标准电极电势。5/12/202418例：（-）Pt|H2（100kPa）|H+（1.0mol·L-1）||Cu2+（1.0mol·L-1）|Cu（+）测得

=+0.3417v，

=

正极-

负极=

（Cu2+/Cu）-

（H+/H2）

(H+/H2）=0.0000V，

(Cu2+/Cu）=+0.3417V，即铜电极的标准电极电势为+0.3417V。5/12/202419（-）|PtH2（100kPa)|H+（1.0mol·L-1)||Zn2+（1.0mol·L-1)|Zn(+）测得

=-0.7600v

=

正极-

负极=

（Zn2+/Zn）-

（H+/H2）

(Zn2+/Zn）=-0.7600V，锌电极的标准电极电势为-0.7600V。5/12/202420将任意二个电极组成原电池，原电池的电动势计算：（-）Zn|Zn2+（1.0mol·L-1）||Cu2+(1.0mol.L-1)|Cu(+)

(Zn2+/Zn）=-0.76V

(Cu2+/Cu）=0.34V

=

正极-

负极=

(Cu2+/Cu)-

(Zn2+/Zn)=0.34V-(-0.76V)=1.10V5/12/202421使用标准电极电势表注意：

标准电极电势的值与电极反应书写方式无关如标准铅电极：做正极时，电极反应为Pb2++2e=Pb；

(Pb2+/Pb）=-0.1264V做负极时，电极反应为Pb=Pb2++2e，

(Pb2+/Pb）=-0.1264V也可以是，2Pb=2Pb2++4e

(Pb2+/Pb）=-0.1264V5/12/202422

.同一电对在不同介质（酸、碱）中，其电极反应和标准电极电势不同。如ClO3-/Cl-电极：在酸性溶液中电极反应为：ClO3-+6H++6e-=Cl-+3H2O

(ClO3-/Cl-）=1.451V在碱性溶液中电极反应为：ClO3-+3H2O+6e-=Cl-+6OH-

（ClO3-/Cl-）=0.62V5/12/202423（2）标准电极电势的应用

大小反映物质在水溶液中氧一还能力的相对强弱

(Zn2+/Zn）=-0.76V

(Cu2+/Cu）=0.34VCu2+的氧化能力大于Zn2+Zn的还原能力大于Cu

大，氧化型的氧化能力强，是强氧化剂，还原型是弱还原剂

小，还原型的还原能力强，是强还原剂，氧化是弱氧化剂。标准电极电势的大小反应了金属在水溶液中金属活泼性5/12/202424强氧化剂对应弱还原剂。强还原剂对应弱氧化剂（共轭关系）氧化型物质的氧化能力：还原型物质的还原能力：5/12/202425断判标准准态时，反应自发进行的方向氧化还原反应自发进行的趋势：强氧化剂与强还原剂反应，生成弱氧化剂，弱还原剂即：

大的电对中氧化型与

小电对中还原型物质的反应是自发进行的例：判断标准态时，Br2,I2能否将Fe2+氧化成Fe3+

5/12/2024265/12/2024278.4.1ΔG和

的关系由热力学原理可知，吉布斯自由的变化等于系统对外做的最大非体积功,即：

ΔG=`Wmax=-nF

电池电动势，n总反应中电子转移的数目，F法拉弟常数F=96.5kJ·V-1·mol-16.4电池电动势与吉布斯自由能的关系5/12/202428反应的自发方向性5/12/202429标准态下进行的1mol反应：

ΔrGm

=-nF

已知：

ΔrGm

=-RTlnK

6.4.2

与K

的关系5/12/2024306.4.3化学反应进行的程度（趋势）通常以

>0.3v或

<-0.3v作为反应完全程度（或趋势大小）的估计值。5/12/202431例：是否可以用已知浓度的H2C2O4标定KMnO4溶液浓度，写出电极反应及电池反应。5/12/202432解：已知：

(Pb2+/Pb)=-0.1264V，

(Sn2+/Sn)=-0.1377V

=

(Pb2+/Pb)-

(Sn2+/Sn)=-0.1264V-（-0.1377V）=0.0113VlgK

=n

/0.0592V=2×0.0113V/0.0592V=0.3820

K

=2.41该反应不能进行完全。例:试计算下列反应的标准平衡常数，分析其进行的程度：Sn+Pb2+==Sn2++Pb5/12/2024336.5Nernst公式—非标准态电极电势Ox氧化型——广义Red还原型——广义5/12/2024345/12/202435注意事项-平衡常数表达式练习：写出下列电极的nerst表达式1.

(H+/H2）=2.

(Br2/Br-）=3.

(Cr2O72-/Cr3+）=4.

{Fe(OH)3/Fe(OH)2}=5/12/202436结论：（1）氧化型浓度增大，

增大,氧化型物质的氧化能力升高，还原型的还原能力降低。（2）还原型浓度增大，

降低，还原型的还原能力升高，氧化型的氧化降低。6.6影响氧化还原反应的因素A（氧化型）+ne=B（还原型）5/12/202437例：判断反应Ag++Fe2+=Ag+Fe3+自发进行的方向。（1）标准态下（2）c(Fe3+)=c(Fe3+)=c(Ag+)=0.10mol.L-1解：反应正向自发。6.6.1电对物质浓度对氧化还原反应的影响5/12/202438

->+反应逆向进行5/12/202439练习：计算下列原电池的电动势。写出自发的电池反应：

(-)Ag|Ag+(0.010mol·L-1)||Ag+(0.10mol·L-1)Ag(+)解：两极的电势表达式均为：

＝

＋－

－＝0.0592Vlg(0.10/0.010)=0.0592V5/12/2024406.6.2酸度对氧化还原反应的影响例：分析O2的氧化能力随溶液酸度变化的情况5/12/202441计算pH=3.0,其它物质都处于标准态时，（Cr2O72-/Cr3+)一般情况下，氧化物，含氧酸及其盐均需在酸性溶液中表现出氧化性。酸性越强、氧化能力强。如KNO3<HNO3特殊地：MnO42-+e=MnO4-5/12/202442例：计算说明标准态下Cr2O72-能否氧化HCl？如将HCl改为6.00mol.L-1情况如何？5/12/202443当c(HCl)=6.0mol.L-1

+>-反应正向进行，即能氧化。5/12/202444实验测得用0.10mol

L-1HX的氢电极和饱和甘汞电极所组成的电池的电动势为0.48V，求HX的酸常数。

(饱和甘汞)=0.24V.5/12/202445

5/12/2024466.6.3沉淀对氧化还原反应的影响由于氧化型(Ag+)浓度大大减小，降低。氧化能力降低5/12/202447比较下列电极电势的高低（1）

（AgCl/Ag），

（AgBr/Ag）

（AgI/Ag）(2)

（Cu2+/CuI),

（Cu2+/CuBr),

（Cu2+/CuCl)当还原型被沉淀时，电极电势升高，Ksp

越小，电极电势升高的越多5/12/202448锌－汞电池是最早使用的微型电池，只从1940年问世以来由于其高容量、质量低、寿命长等被广泛的应用于助听器、起博器、闪光灯、电子表和光度计等电子仪器。电极反应是在碱性溶液中进行。主要电极物质为HgO/Hg和ZnO/Zn。（1）写出电极反应和电池反应。（2）解释为什么在电池放电的过程中，电池的电动势基本保持稳定？（3）当电极中锌完全消耗掉后，电池停止工作。试计算1g锌最大放出多少电量。5/12/202449解:(1）正极：HgO+H2O＋2e＝Hg＋2OH-

负极：ZnO+H2O＋2e＝Zn＋2OH-

电池反应：HgO+Zn=ZnO+Hg(3)q=nF=2

(1g/65gmol-1)9.65104

Cmol-1=2969C5/12/2024506.6.4配位的影响Cu(NH3)42++2e=Cu+4NH3

{Cu(NH3)42+/Cu}<

(Cu2+/Cu)5/12/202451

{Fe(CN)63-/Fe(CN)64-}与

{Fe3+/Fe2+}比较，其大小由什么决定？配合物的相对稳定性5/12/202452已知：

{Co(NH3)63+/Co(NH3)62+}<

{Co3+/Co2+},试比较Co(NH3)63+与Co(NH3)62+的稳定性大小思考？？5/12/2024538.7.1元素电势图

A/v

Fe3+Fe2+Fe0.77-0.44-0.0370.1850.340.522Cu2+Cu+Cu

B/vIO3-IO-I2

I-0.150.260.5380.450.496.7元素电势图及其简单应用5/12/2024546.7.2应用（1）判断物质在水溶液中能否发生歧化反应分析Cu2+,Cu+在水溶液中的稳定性0.1850.340.522Cu2+Cu+Cu三种物质组成二个电对

(Cu2+/Cu+)=0.185v

(Cu+/Cu)=0.522v能够自发进行的反应是：Cu++Cu+=Cu2++Cu5/12/202455对于任意元素的电势图：ABC

(A/B)

(B/C)若：(1)

(B/C)>

(A/B)

物质B发生歧化反应,歧化产物为A,C.(2)

(B/C)<

(A/B)物质A与C能发生反歧化反应，产物为B.5/12/2024560.77-0.44-0.037

B/vIO3-IO-I2

I-0.150.260.5380.450.49Fe3+Fe2+Fe

A/v根据下列元素电势图，分析（1）配制Fe2+盐溶液中，应采取什么措施防止氧化？写出有关的反应式（2）I2在碱性溶液中是否稳定？写出反应式5/12/202457（2）间接计算未知的电极电势5/12/202458

A

O2

H2O2H2O

1.2290.682？MnO4-MnO2Mn2+1.691.23？

(MnO4-/Mn2+)=(1.69V3+1.23V2)/5=1.50v32?5/12/202459重点离子电子法配平氧化还原反应原电池的组成氧化还原反应自发方向的判断

的应用、元素电势图的简单应用

（非标准态计算——Nernst公式）影响

的因素（酸碱、沉淀、配位）5/12/202460练习题1、根据

(Pb2

Pb)=

0.13V,

(Fe3

Fe2

)=0.77V,标准态下能将Pb氧化，但不能将Fe2

氧化的氧化剂，与其对应还原态组成电极的

值范围是：A.<

0.13V; B.

0.13V

0.77V;C.>

0.13V; D.>0.77V,<

0.13V。2.标准态下，反应Cr2O72

+6Fe2

+14H

=2Cr3

+6Fe3

+7H2O正向进行，则最强氧化剂及最强还原剂分别为： A.Fe3

、Cr3

; B.Cr2O72

、Fe2

;C.Fe3

、Fe; D.Cr2O72