普通化学氧化还原反应.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十章 氧化还原反应,*,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:H,Na,+,Cl,-,H :Cl,0 0,+1 -1,+1 -1,H :O:O:H,+1 -1-1 +1,Fe,3,O,4,-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）,10/10/,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Cu,2,S与HNO,3,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：,Cu,2,S +,HNO,3,Cu(NO,3,),2,+,H,2,SO,4,+,NO,+1-2,+5,+2,+6,+2,2.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)=+2,S (+6)-(-2)=+8,+10,氧化数减少,N (+2)-(+5)=-3,3=+30,10=-30,10/10/,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：,Cu,2,S +,HNO,3,Cu(NO,3,),2,+,H,2,SO,4,+,NO,3,10,6,3,10,4.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(H,2,O)。上式右边有12个未被还原NO,3-,，因此左边要增长12个HNO,3,。再检查氧和氢原子个数，显然应在反应式右边配上8个H,2,O。两边各元素原子数目相等后，把箭头改为等号。,Cu,2,S +,HNO,3,Cu(NO,3,),2,+,H,2,SO,4,+,NO,3,22,6,3,10,+8H,2,O,10/10/,10,第十章 氧化还原反应,第10页,第10页,例-1,As,2,S,3,+HNO,3,H,3,AsO,4,+H,2,SO,4,+NO,氧化数升高元素：,2As,3+,2As,5+,升高 4,3S,2,3S,6+,升高24,N,5+,N,2+,减少3,氧化数减少元素：,3As,2,S,3,+28HNO,3,6H,3,AsO,4,+9 H,2,SO,4,+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O,3As,2,S,3,+28HNO,3,+4 H,2,O,6H,3,AsO,4,+9 H,2,SO,4,+28NO,10/10/,11,第十章 氧化还原反应,第11页,第11页,例-2,HClO,3,+P,4,HCl +H,3,PO,4,Cl,5+,Cl,-,氧化数减少,6,P,4,4,PO,4,3-,氧化数升高20,10 HClO,3,+3P,4,10HCl +12H,3,PO,4,10 HClO,3,+3P,4,+,18H,2,O,10HCl +12H,3,PO,4,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,H,2,O,10/10/,12,第十章 氧化还原反应,第12页,第12页,（二）离子-电子法,现以KMnO,4,和Na,2,SO,3,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：,MnO,4,-,+SO,3,2-,Mn,2+,+SO,4,2-,2.将该反应分解为两个半反应：,MnO,4,-,Mn,2+,SO,3,2-,SO,4,2-,（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。,MnO,4,-,Mn,2+,+8 H,+,+5e,+4H,2,O,SO,3,2-,SO,4,2-,+H,2,O,+2H,+,+2e,4.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。,MnO,4,-,Mn,2+,+8 H,+,+5e,+4H,2,O,SO,3,2-,SO,4,2-,+H,2,O,+2H,+,+2e,2,5,+）,2 MnO,4,-,+5 SO,3,2-,+6 H,+,2 Mn,2+,+5 SO,4,2-,+3 H,2,O,10/10/,14,第十章 氧化还原反应,第14页,第14页,配平下列方程式,Cr,2,O,7,2-,+,H,2,S,Cr,3+,+,S,Cr,2,O,7,2-,+6e+,14,H,+,2Cr,3+,+7,H,2,O,H,2,S 2e,S,+2,H,+,1,3,+）,Cr,2,O,7,2-,+,H,2,S,Cr,3+,+,S,3,+,8,H,+,2,3,+,7,H,2,O,10/10/,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,SO,3,2-,-2e ,SO,4,2-,MnO,4,-,+5e,Mn,2+,配平半反应：,SO,3,2-,+H,2,O,SO,4,2-,+2e+2H,+,MnO,4,-,+5e+8H,+,Mn,2+,+4,H,2,O,2,MnO,4,-,+5SO,3,2-,+6 H,+,=,2Mn,2+,+,3,H,2,O+5,SO,4,2-,+,）,MnO,-,4,+SO,2-,3,+H,+,Mn,2+,+SO,2-,4,5,2,10/10/,16,第十章 氧化还原反应,第16页,第16页,2.,SiO,2,(s)+,Al(s),Si(s),+,Al,2,O,3,3,4,3,2,10/10/,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，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)=Zn,2+,(aq)+2e,正极：Cu,2+,(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,|,ZnSO,4,c(ZnSO,4,),|,CuSO,4,c(CuSO,4,),|,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20页,第20页,2.电极电势,M,M,n+,+,+,M,M,n+,+,+,M(s),溶解,沉淀,电池电动势：,=(+)-(-),M,n+,(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,A,10/10/,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,+,/H,2,）=0v,要求 298.15K时，,（H,+,/H,2,）=0 v,（氧化型/还原型）,2H,+,（1molL,-1,）+2e H,2,（101.3KPa）,10/10/,22,第十章 氧化还原反应,第22页,第22页,(-)Zn,|,Zn,2+,(1.0 molL,-1,),|,H,+,(1.0 molL,-1,),|,H,2,(101325Pa)，Pt(+),试验测得（298K）：,=0.763 V,因,=,（H,+,/H,2,）-,（Zn,2+,/Zn）,因此 0.763=0-,（Zn,2+,/Zn）,（Zn,2+,/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，H,2,(101325Pa),|,H,+,(1.0 molL,-1,),|,Cu,2+,(1.0 molL,-1,),|,Cu（+）,试验测得（298K）：,=0.337 V,因,=,（Cu,2+,/Cu）-,（H,+,/H,2,）,因此 0.337=,（Cu,2+,/Cu）-0,（Cu,2+,/Cu)=0.337 V,10/10/,24,第十章 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,（M,n+,/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，,（M,n+,/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,（F,2,/F,-,),=2.87V,，,（MnO,4,-,/Mn,2+-,),=1.5V,。,10/10/,25,第十章 氧化还原反应,第25页,第25页,比如：,（Cu,2+,/Cu)=0.337 V,（Zn,2+,/Zn)=-0.763 V,（Mn,2+,/Mn)=-1.18 V,（Cu,+,/Cu)=0.52 V,最强氧化剂是？最强还原剂是？比,Zn,2+,氧化,能力强氧化剂有？,为何,Cu,2+,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,|,ZnSO,4,(1.0,10,-6,molL,-1,),|,CuSO,4,(0.01,molL,-1,),|,Cu(+),解：,10/10/,29,第十章 氧化还原反应,第29页,第29页,=,（Cu,2+,/Cu）-（Zn,2+,/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,：,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|H,2,(g，100kPa)|H,+,(aq)|H,+,(aq，1mol/L)|H,2,(g，100kPa)|pt,解：,=（+）-（-）,=,（H,+,/H,2,）-（H,+,/H,2,）,0.168=0-,（H,+,/H,2,）,（H,+,/H,2,）=-0.168V,10/10/,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=H,2,10/10/,34,第十章 氧化还原反应,第34页,第34页,例9-4,：,298.15K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MnO,2,与浓盐酸反应制取Cl,2,？,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Fe,2+,和Cu,2+,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,（Cu,2+,/Cu）=0.337 V,（Zn,2+,/Zn）=-0.763 V,（Fe,2+,/Fe）=-0.440 V,由于：,（Cu,2+,/Cu）,（Zn,2+,/Zn）,（Fe,2+,/Fe）,（Zn,2+,/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,Fe,2+,在什么时候被还原呢？,（Cu,2+,/Cu）=,（Fe,2+,/Fe）,当,Fe,2+,开始被还原时，溶液中,Cu,2+,浓度又是多少呢？,解得：c(,Cu,2+,)=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I,2,，而不使Cl,-,、Br,-,氧化，在惯用氧化剂Fe,2,(SO,4,),3,和KMnO,4,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,),/,(,),/,(,),/,(,2,2,3,2,-,+,+,-,I,I,Fe,Fe,Br,Br,q,q,q,j,j,j,因此，,Fe,2,(SO,4,),3,是符合要求氧化剂。,j,q,(,Cl,2,/,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,0,2,3,2,2,4,4,18,.,1,51,.,1,95,.,0,26,.,2,564,.,0,Mn,Mn,Mn,MnO,MnO,MnO,A,-,+,+,-,-,q,j,1.51,1.695,1.23,10/10/,46,第十章 氧化还原反应,第46页,第46页,-,-,-,Br,Br,BrO,BrO,B,065,.,1,45,.,0,54,.,0,2,3,q,j,判断歧化反应,M,M,M,q,q,j,j,右,左,电势图,+,+,2,:,假如，,),/,(,),/,(,2,+,+,+,M,M,M,M,q,q,j,j,左,右,则：,M,M,M,M,+,=,+,+,+,+,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 K,A,K,B,D n,A,A,n,B,B,2.当(NH,4,),2,Cr,2,O,7,分解产生Cr,2,O,3,、N,2,和H,2,O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Zn,2+,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 Cr,2,O,7,2-,/Cr,3+,B Fe,3+,/Fe,2+,C S,4,O,6,2-,/S,2,O,3,2-,a Cr,3+,b Fe,2+,c S,2,O,3,2-,（Cr,2,O,7,2-,/Cr,3+,）,（Fe,3+,/Fe,2+,）,（S,4,O,6,2-,/S,2,O,3,2-,）,10/10/,66,第十章 氧化还原反应,第66页,第66页,5.据公式 判断，能自发进行反,应平衡常数 （）。,A 与浓度无关,B 与浓度相关,C 与温度无关,D与反应式书写相关,6.依据下列电势图判断，能自发进行反应是（）。,A,B,C,D,以上能自发进行反应构成原电池，其原则电动势为（）。,10/10/,67,第十章 氧化还原反应,第67页,第67页,1.50 V,3.09V 0.27V,0.38V,10/10/,68,第十章 氧化还原反应,第68页,第68页,10/10/,69,第十章 氧化还原反应,第69页,第69页,10/10/,70,第十章 氧化还原反应,第70页,第70页,10/10/,71,第十章 氧化还原反应,第71页,第71页,10/10/,72,第十章 氧化还原反应,第72页,第72页,10/10/,73,第十章 氧化还原反应,第73页,第73页,10/10/,74,第十章 氧化还原反应,第74页,第74页,计算CaF,2,在pH=5.00盐酸中溶解度。,解：,CaF,2,(s)=Ca,2+,(aq)+2F,-,(aq)1,2F,-,(aq)+2H,+,(aq)=2HF(aq)2,1+2得：,CaF,2,(s)+2H,+,(aq)=Ca,2+,(aq)+2HF(aq),解得：s=3.110,-5,mol/L,10/10/,75,第十章 氧化还原反应,第75页,第75页,普通化学课程到此结束,希望同窗们认真复习。,祝大家都考出好成绩！,愿同学们珍重！再见！,10/10/,76,第十章 氧化还原反应,第76页,第76页,