氧化还原反应课件2

4.1氧化还原反应

氧化还原与电化学

4.1.1基本概念1、氧化还原反应C6H12O6（s）+6O2（g）=6CO2（g）+6H2O（g）Mg（s）+1/2O2（g）=MgO（s）氧化反应（加氧的过程）CuO（s）+H2（g）=Cu（s）+H2O（g）还原反应（去氧的过程）Mg（s）+Cl2（g）=MgCl2（s）无加氧的过程和去氧的过程物质之间有电子转移的过程称氧化还原反应P（s）+3/2Cl2（g）=PCl3（l）H2（g）+Cl2（g）=2HCl（g）氧化值（氧化数）的变化定义氧化还原反应（1）氧化值（氧化数）氧化值某元素一个原子的形成电荷数，该电荷数是假设将成键电子对指定给电负性较大的原子而求得的确定氧化值的规则：a、在单质中元素的氧化值为零；b、氧元素的氧化值在正常氧化物中为－2（如MgO-2、H2O-2），过氧化物的氧化值为－1（如H2O2-2，Na2O2-2），氟化物中氧的氧化值为正值（如O+2F2）；c、氢在一般的化合物中氧化值为+1（如H2+1O，H2+1SO4），在活泼金属氢化物中为－1（如CaH2-1）；d、分子或离子的总电荷数等于各元素氧化值的代数和，分子的总电荷数等于零；例：求下列各种元素在化合物中的氧化值：K2Cr2O7+1+6－2Fe3O4+8/3－22个铁是+3，1个铁是+2氧化值和化合价是不同的两个概念元素在化合物中的形式电荷形成共价化合物时所形成的共价键的数目例：C-4H4、C+4Cl4化合价数为+4据氧化值是否发生变化非氧化还原反应（参加反应的各物质中元素氧化值不发生变化的反应）氧化还原反应（参加反应的各物质中元素氧化值发生变化的反应）如：NaOH+HCl=NaCl+H2O）Zn+Cu+2=Zn+2+CuC+O2=CO2失2e氧化反应——物质中元素氧化值升高的过程还原反应——物质中元素氧化值降低的过程氧化剂——氧化值降低，被还原还原剂——氧化值升高，被氧化例：

在氧化还原反应中，获得电子的物质是___________剂，被__________。失去电子的物质是_____________剂，自身被________________________。氧化还原还原氧化自身氧化还原反应（氧化值的升高和降低都发生在同一个物质中不同元素上）据氧化值的变化情况如：2KCl+5O3-2

=2KCl-1+3O20歧化反应（氧化值的升高和降低都发生在同一个物质中同元素上）如：4KCl+5O3-2

=3KCl+7O4+KCl-1例：所谓歧化反应,就是________

A.

某一元素自身发生的反应.B.

某一化合物内元素发生的氧化还原反应.C.

某一元素的自氧化还原反应.D.

同一元素的同一氧化态氧化还原成不同氧化态的反应.D4.1.2氧化还原反应方程式的配平1.氧化数法a、写出基本反应式如：KMnO4+HCl→MnCl2+Cl2b、求有关元素的氧化数变化值c、求氧化数升高与降低值的最小公倍数

KMn+7O4+HCl－→Mn+2Cl2+Cl20降5升1×25、2的最小公倍数为102KMnO4+16HCl－=2MnCl2+5Cl2+2KCl+8H2O（1）用离子方程式写出反应的主要产物2.离子——电子法如：Fe+2+Cl2→Fe+3

+Cl－（2）改写为半反应（一个是氧化反应，一个是还原反应）并配平，加合起来

2Fe+2=2Fe+3+2e氧化反应

Cl2+2e=2Cl－还原反应氧化还原反应中得失电子数相等+如：2Fe+2+Cl2=2Fe+3

+2Cl－核实：原子数、电荷数（都要相等）例：MnO4－

+SO32-→Mn2+

+SO42-酸性介质Mn7+O4－

+5e+8H+=Mn2++4H2OSO32-+H2O=SO42-+2H++2e2×5×+2MnO4－

+5SO32-+6H+=2Mn2+

+5SO42-+3H2O核实：原子数、电荷数（都要相等）例：ClO－

+Cr（OH）4－

→Cl

－

+CrO42-碱性介质Cl+1O－

+2e+H2O=Cl

－+2OH－Cr+3（OH）4－+

4OH－

=Cr+6O42-+3e+4H2O3×2×+2Cr（OH）4－+

2OH－

+3ClO－

=2CrO42-+3Cl－

+5H2O出现有所谓“多余”或“缺少”氧原子的情况，必定有H2O或OH－参加了反应，配平时可根据反应介质条件，按下列方法进行：介质条件O原子半反应式反应物生成物酸性多H＋H2O少H2OH+碱性多H2OOH-少OH-H2O中性多H2OOH-少H2OH+例：MnO4－

+C3H7OH→Mn2+

+C2H5COOH酸性介质Mn7+O4－

+5e+8H+=Mn2++4H2OC3H7OH

+H2O=C2H5COOH+4H++4e4×5×+4MnO4－

+5C3H7OH

+12H+=4Mn2+

+5C2H5COOH

+11H2O离子电子法将一个复杂的问题一分为二进行处理，且无须计算元素氧化数及其变化，因此，对于水溶液中发生的离子反应式的配平，尤其是复杂有机化合物参加的氧化还原反应式的配平十分简单方便KMnO4与H2O2反应,可写出下列两个反应___________(1）2KMnO4+H2O2+3H2SO4=2MnSO4+K2SO4+3O2+4H2O(2）2KMnO4+5H2O2+3H2SO4=2MnSO4+K2SO4+5O2+4H2O

(1)式对B.(2)式对

C.两式都不对D.两式都对例：电子得失数不同氧、氢原子的原子数不同C4.2原电池和电极电势4.2.1原电池1、组成锌铜原电池Zn+CuSO4=ZnSO4

+Cu失2e原电池通过氧化还原反应而产生电流，把化学能转变为电能的装置。电极原电池发生氧化反应、还原反应的部分正极还原反应负极氧化反应（1）第一类电极电极类型

将某金属或吸附了某种气体的惰性金属放在含有该元素离子的溶液中构成的A、金属—该金属离子电极（金属电极）如：铜电极Cu2+/Cu、Zn2+/ZnB、气体—离子电极（气体电极）如：氢电极H+/H2（g）/Pt电极反应：2H++2e=H2（g）氢电极H+/H2（g）/Pt（B）锌电极Zn2+/Zn（A）电极反应：Zn2++2e=Zn（2）第二类电极A、金属—难溶盐电极[如甘汞电极：Cl-/Hg2Cl2（s）/Hg(l)/Pt]电极反应：Hg2Cl2+2e=2Hg（l）+2Cl-B、金属—难溶氧化物电极[如锑—氧化锑电极：H+，H2O/Sb2O3（s）/Sb]电极反应：Sb2O3（s）+6H++6e=2Sb+3H2O甘汞电极Cl-/Hg2Cl2（s）/Hg(l)/Pt（3）第三类电极由一种惰性金属（Pt）插入含有某种元素两种不同氧化态物质的水溶液构成电极反应：Fe3++e=Fe2+如电极：Fe3+，Fe2+/Pt电极金属电极——由金属与其离子水溶液构成如：Cu2+/Cu、Zn2+/Zn等氧化还原电极——由一种惰性金属（Pt）插入含有某种元素两种不同氧化态物质的水溶液构成如：Fe3+，Fe2+/Pt气体电极——将气体通入含有其离子在的溶液如：H+/H2（g）/Pt2、原电池的符号

Zn+CuSO4=ZnSO4

+CuCu——Zn原电池正极：Cu2++2e=Cu还原反应负极:Zn=Zn2++2e氧化反应电极反应式(半电池反应式)原电池反应式原电池符号：（－）Zn/ZnSO4（C1）//CuSO4（C2）/Cu（+）原电池符号：（1）Zn+2HCl=ZnCl2

+H2（－）Zn/ZnSO4（1mol•L-）//H+（1mol•L-

）/H2（100kPa）/Pt（+）（2）Fe3++H2=Fe2++2H+原电池符号：（－）Pt/H2（100kPa）/H+（1mol•L-

)//Fe3+（1mol•L-），Fe2+（1mol•L-）/Pt（+)例：下列哪一个反应设计出来的电池不需要用到惰性电极_________

A.

Hg2Cl2(s)+H2(g)→H++Hg(l)+Cl-

B.

Fe3++Ce3+→Ce4++Fe2+

C.

H2+Cl2→HCl

D.

Cu2++Ag+Cl-→Cu+AgCl(s)D（－）Pt/H2（100kPa）/H+（1mol•L-

）//Cl-（饱和）/Hg2Cl2（s）/Hg（l）/Pt(+)（－）Pt/Ce3+（1mol•L-）,Ce2+（1mol•L-）//Fe3+（1mol•L-）,Fe2+（1mol•L-）/Pt（+）（－）Pt/H2（100kPa）//H+（1mol•L-

）//Cl2（100kPa）/Cl-（1mol•L-

）/Pt（+）（－）Ag/AgCl（s）/Cl-（1mol•L-

）//Cu2+（1mol•L-

）/Cu（+）例：在Pt|H2(101.325Pa)/H+(1mol.L-1)||Fe3+(1mol.L-1),Fe2+(1mol.L-1)|Pt电池中,电子转移是______

A.Fe2+→Fe3+B.H2→Fe3+C.H2→H+D.Fe2+→H+B例：

根据下列反应Fe+2HCl=FeCl2+H2组成原电池，正极反应式___________________________________

负极反应式__________________________________.2H++2e=H2Fe=Fe2++2e例：用导线把原电池两极连接起来,将有电流产生.电子流动方向是由原电池的__________流向_____________.电流的方向是由原电池的__________流向负极正极正极负极例：已知电池(-)Ag|AgCl|Cl-(1mol.L-1)||I-(1mol.L-1)|I2|Pt(+)，该电池电极反应是_______________________________________,正极反应_____________________________,负极反应_______________________________.2Ag+I2+2Cl-=2AgCl+2I-I2+2e=2I-Ag+Cl-=AgCl+e4.2.2电极电势1、双电子层的概念离子水化作用极性水分子对金属表面M+的作用静电吸引作用金属中自由电子对M+的静电吸引作用2、电极电势标准氢电极

将镀有铂黑的铂片浸入c（H+）=1mol•L-1的水溶液中，并通入标准压力（100kPa）的氢气组成的电极电极反应：2H++2e=H2（g）标准氢电极

选标准氢电极作为参比电极，用之与各个电极组成原电池标准电极电势若组成电极的各物质均处于热力学标准状态，则此时电极的电极电势称为该电极的标准电极电势电极电势实验温度下，任意一电极与标准氢电极组成的原电池的电动势电动势在外电路（导线）未接通时，两极之间的电位差。测量锌电极标准电极电势的装置例：电极Zn/Zn2+标准电极电势（－）Zn/Zn2+（1mol•L-）//H+（1mol•L-

）/H2（100kPa）/Pt（+）该电池电极反应是：（2）Zn+2H+=Zn2++H2298K时，测的“－”号表示与标准氢电极组成原电池时，该电极作为负极例：电极Cu/Cu2+标准电极电势（－）Pt/H2（100kPa）/H+（1mol•L-）//Cu2+（1mol•L-）/Cu（

+）该电池电极反应是：（2）Cu2++H2=Cu+2H+

298K时，测的“+”号表示与标准氢电极组成原电池时，该电极作为正极例：根据下列反应（1）2FeCl3+Cu→2FeCl2+CuCl2（2）2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4=2MnSO4＋5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O

判断电极电势最大的电对是——————

A．Fe3+/Fe2+B.Cu2+/CuC.Mn2+/MnO4-D.MnO4-/Mn2+D例：

下列叙述中正确的是——————

A.

电极电势的大小可以衡量物质得失电子容易的程度.B.

某电极的标准电极电势就是该电极双电层的电势差.C.

原电池中,电子由负极经导线流到正极,再由正极经溶液到负极，从而构成了电回路.D.

在一个实际供电的原电池中，总是电极电势大的电对作正极，电极电势小的作负极。D例：

电对Fe3++e=Fe2+

的标准电极电势为0.771V，此值表示_____

A.Fe3+较H+容易被还原B.Fe2+较H+容易被还原C.Fe3+较Fe2+容易被还原D.Fe较H2容易被氧化A3、原电池的电动势与反应的摩尔吉布斯自由能的关系：N=6.022×1023

，e=1.6022×10-19（库伦）F=Ne=96500（库）=96500J/vF=96500（库伦/摩尔电子）——法拉第常数测△G在的方法和判断氧化还原反应自发方向的理论依据例：已知原电池（－）Cu/Cu2+（1mol•L-）//Ag+（1mol•L-

）/Ag（+）的计算电池反应Cu+2Ag+=Cu2++2Ag解：（1）对于除氧化态、还原态物质外，还有其他物质如H+离子、OH-离子等参加的电极，它们的相对浓度亦要代入浓度项。应用能斯特（Nerust）方程式时应注意：MnO4－

+5e+8H+=Mn2++4H2O（2）固体、纯液体不出现在浓度项中。如锌电极

Zn2++2e=Zn（3）气体以其相对压力代入浓度项。如氢电极2H++2e=H2例1：计算Zn2+浓度为0.001mol/L时锌电极的电极电势解：该电极反应是：Zn2++2e=Zn解：O2（g）+2H2O+4e=4OH-例2：计算P（O2）=100kPa、中性溶液时氧锌电极的电极电势解：Cr2O72-+14H++6e=2Cr3+

+H2O例3：计算Cr2O72-/Cr3+电对中pH=1和PH=6时的电极电势pH=1时：pH=6时：4、影响电极电势的因素电对的本性、浓度、压力、温度aA（氧化态）+bB（还原态）=a′A（还原态）

+b′B（氧化态）化学反应等温方程式：

代入298K时：能斯特（Nerust）方程式电子转移数反应商aA（氧化态）+bB（还原态）=a′A（还原态）

+b′B（氧化态）因电池中两个电极是相互独立的，上式可分为两个独立的部分即对任一电极反应：aA（氧化态）+ne=a′A（还原态）能斯特（Nerust）方程式解：Ag++Cl-=AgCl例4：向银电极Ag+（1mol/L）

/Ag中加NaCl溶液产生沉淀后[Cl-]=1.0mol/L，问此时电极电势是多大？Ksp

=[Ag+][Cl-][Ag+]=Ksp

/[Cl-]Ag++e

=Ag银氯化银电极Cl-/AgCl

（s）/Ag的标准电极电势4.3.1判断原电池的正、负极4.2电极电势的应用4.3.2比较氧化剂和还原剂的相对强弱例：根据下列反应（1）2FeCl3+Cu→2FeCl2+CuCl2

（2）2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4=2MnSO4＋5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O

判断电极电势最大的电对是——————

A．Fe3+/Fe2+B.Cu2+/CuC.Mn2+/MnO4-D.MnO4-/Mn2+D4.3.3判断氧化还原反应进行的方向＜0，正向自发进行=0，反应达到平衡状态>0，正向反应不自发，逆向自发。，正向自发进行，反应达到平衡状态，正向反应不自发，逆向自发。例：在298.15K，判断反应：Pb2++Sn（s）=Sn2++Pb（s）在下列两种情况下反应进行的方向（1）[Pb2+]=[Sn2+]=1mol/L（2）[Pb2+]=0.001mol/L，[Sn2+]=1mol/L解：（1），标态下正向自发进行，正向反应不自发，逆向自发。4.3.4判断氧化还原反应进行的程度（氧化还原反应的标准平衡常数）在298K下进行的反应电子转移的最小公倍数例：计算Cu—Zn原电池的标准平衡常数解：Zn+Cu2+=Zn2++Cu例：设计一个原电池，测定AgCl的解：设计的原电池如下：（－）Ag/AgCl

（s）/Cl-（1mol/L）//Ag+（1mol•L-

）/Ag（+）正极反应：Ag++e

=Ag负极反应：AgCl+e

=Ag+Cl-电池反应：Ag+Ag++Cl-=AgCl+AgK=1/Ksp

元素电势图4.3.5元素的电势图及其运用把不同氧化态间的标准电极电势，按照氧化态依次降低的顺序排成图解方式。Fe3+————Fe2+————Fe0.77V-0.41V-0.036VMnO4-————MnO42-————MnO2————Mn2+————Mn0.56V2.26V1.23V-1.18V1.695V1、判断歧化反应是否能进行A——————B——————CE左E右E右＞E左能发生歧化反应E右＜E左不能发生歧化反应例：Cu2+——————Cu+———————Cu0.158V0.522VE右＞E左能发生歧化反应2Cu1+=Cu2++Cu1、判断歧化反应是否能进行2、求算未知电对的标准电极电势A——————B——————CA———B———C———D``````n1n2n3````````````例：Cu2+——————Cu+———————Cu0.158V0.522V例：有三个电池

(1)

Tl|Tl+||Tl3+,Tl+|Pt(2)

Tl|Tl3+||Tl3+,Tl+|Pt(3)

Tl|Tl+||Tl3+|Tl

已知φΘTl+/Tl=-0.34VφΘTl3+/Tl=0.74V

设这三个电池中各物质浓度都是0.1mol.L-1，则它们的________

A.

电池反应式不同，ε不同

B.

电池反应式不同，ε相同

C.

电池反应式相同，ε相同

D.

电池反应式相同，ε不同2TI+TI3+=3TI+D例：

两个半电池，电极相同，电解后溶液中各物质相同，都可以进行电极反应，但溶液浓度不同，将两个半电池用盐桥和导线联接，这个电池的电动势___________

A.εΘ=0,ε=0B.εΘ=0,ε≠0C.εΘ≠0,ε=0D.εΘ≠0,ε≠0B例：

某溶液中含有Cl-、Br-、I-三种离子。要求只把I-氧化出来而Cl-、Br-们留在溶液中，应选择哪种氧化剂——————

（已知φΘCl2/Cl-=1.36V，φΘBr2/Br-=1.07V,，φΘI2/I-=0.54V）

A.φΘMnO4-/Mn2+=1.491VB.φΘCr2O7-/Cr3+=1.33VC.φΘFe3+/Fe2+=0.770VD.φΘCu2+/Cu+=0.3402VC例：已知φΘMnO2/Mn2+=1.23V,φΘCl2/2Cl-=1.36V,从标准电极电势看，MnO2不能氧化Cl-，但用MnO2加浓盐酸，可以生成Cl2(g)这是因为——————

A.

两个φΘ相差不太大.

B.酸度增加，φMnO2/Mn2+

增加

C.

[Cl-]增加，φCl2/2Cl-

减小.D.上面三个因素都有.D例：φAΘ/VAu3+————Au+————

Au

根据上列电势图可预测能自发进行的反应是_______

A.Au3++2Au→3Au+B.Au+Au+→2Au3+

C.2Au→2Au3++Au+D.3Au+→Au3++2Au1.29V1.68VD例：已知下列数据Cu++e=CuφΘ=+0.522VCu2++e=Cu+φΘ=+0.167V

确定2Cu+→Cu+Cu2+的EΘ为——————————

+0.689VB.–0.689VC.-0.355VD.+0.355VCu2+——————Cu+———————Cu0.522V0.167VD例：

250C时,φΘMnO4-/Mn2+=1.15V,φΘSO4