普通化学氧化还原反应省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第十章第十章 氧化还原反应氧化还原反应主讲：李琼芳主讲：李琼芳10/10/1第十章 氧化还原反应第1页第十章第十章 氧化还原反应氧化还原反应教学目标教学目标原电池和电极原电池和电极1.掌握相关原电池基本概念。掌握相关原电池基本概念。2.掌握电极电势概念，了解其物理意义。掌握电极电势概念，了解其物理意义。10/10/2第十章 氧化还原反应第2页1.了解原电池电动势与反应摩尔吉布斯自由了解原电池电动势与反应摩尔吉布斯自由能关系，掌握判断氧化能关系，掌握判断氧化-还原反应自发方向还原反应自发方向方法。方法。2.掌握能斯特方程简单应用。掌握能斯特方程简单应用。3.掌握氧化掌握氧化-还原反应标准平衡常数与标准电极还原反应标准平衡常数与标准电极电势关系。电势关系。氧化氧化-还原反应方向和完成程度还原反应方向和完成程度10/10/3第十章 氧化还原反应第3页主要内容：主要内容：4.氧化还原反应自发方向氧化还原反应自发方向1.基本概念基本概念2.原电池、电极原电池、电极3.原电池电动势和电极电势原电池电动势和电极电势5.氧化还原反应标准平衡常数氧化还原反应标准平衡常数6.元素标准电极电势图和电极电势间接计算元素标准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页第一节第一节 基本概念基本概念一、一、氧化数氧化数(1970年、年、IUPAC）氧化数是某元素一个原子电荷数，这个电荷数可由假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。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。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页二、氧化还原反应、氧化剂、还原剂二、氧化还原反应、氧化剂、还原剂凡是元素原子或离子氧化数发生改变反应，叫做凡是元素原子或离子氧化数发生改变反应，叫做氧化还原反应。氧化还原反应。还原剂还原剂氧化（反应）氧化（反应）氧化剂氧化剂还原（反应）还原（反应）10/10/6第十章 氧化还原反应第6页以上氧化（反应）或还原（反应）各是氧化还原反应以上氧化（反应）或还原（反应）各是氧化还原反应二分之一，称为二分之一，称为半反应半反应。所以一个氧化还原反应是由。所以一个氧化还原反应是由两个半反应组成。两个半反应组成。氧化反应（半反应）：氧化反应（半反应）：还原反应（半反应）：还原反应（半反应）：氧化还原电对：氧化还原电对：（氧化态氧化态/还原态还原态）10/10/7第十章 氧化还原反应第7页三、氧化还原反应方程式配平三、氧化还原反应方程式配平n n（一）氧化数法（一）氧化数法n n（二）离子（二）离子-电子法电子法10/10/8第十章 氧化还原反应第8页以配平Cu2S与HNO3反应为例，其配平方法以下：（一）氧化数法（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对应元素符号上：Cu2S +HNO3Cu(NO3)2+H2SO4+NO+1-2+5+2+6+22.按照最小公倍数标准，对氧化数升高和氧化数降低物质各乘以适当系数，使二者绝对值相等。氧化数升高Cu 2(+2)-(+1)=+2S (+6)-(-2)=+8+10氧化数降低N (+2)-(+5)=-33=+3010=-3010/10/9第十章 氧化还原反应第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标酸碱以及水分子(H2O)。上式右边有12个未被还原NO3-，所以左边要增加12个HNO3。再检验氧和氢原子个数，显然应在反应式右边配上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页例例-1As2S3 +HNO3 H3AsO4+H2SO4+NO氧化数升高元素：氧化数升高元素：2As3+2As5+升高升高 43S2 3S6+升高升高24N5+N2+降低降低3氧化数降低元素：氧化数降低元素：3As2S3+28HNO3 6H3AsO4+9 H2SO4 +28NO左边左边28个个H，84个个O；右边；右边36个个H，88个个 O左边比右边少左边比右边少8个个H，少，少4个个O3As2S3+28HNO3+4 H2O 6H3AsO4+9 H2SO4 +28NO10/10/11第十章 氧化还原反应第11页例例-2 HClO3 +P4 HCl +H3PO4 Cl5+Cl-氧化数降低氧化数降低 6 P4 4PO4 3-氧化数升高氧化数升高20 10 HClO 3+3P4 10HCl +12H3 PO4 10 HClO3 +3P4+18H2O 10HCl +12H3 PO4方程式左边比右边少方程式左边比右边少36个个H原子，少原子，少18个个O原子，应在原子，应在左边加左边加18个个H2O10/10/12第十章 氧化还原反应第12页（二）离子（二）离子-电子法电子法现以KMnO4和Na2SO3在酸性介质中反应为例，说明配平步骤：1.依据试验事实，将反应物和生成物以离子形式写出：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标准，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 H+2 Mn2+5 SO42-+3 H2O10/10/14第十章 氧化还原反应第14页配平以下方程式配平以下方程式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页例例1：配平以下：配平以下氧化还原反应氧化还原反应半反应半反应SO3 2-2e SO42-MnO4-+5e Mn2+配平半反应：配平半反应：SO32-+H2O SO42-+2e+2H+MnO4-+5e+8H+Mn2+4 H2O2MnO4-+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2.SiO2(s)+Al(s)Si(s)+Al2O3343210/10/17第十章 氧化还原反应第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+n加对应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-n加对应H2O酸性介质中配平半反应方程式里不应出现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，最终配平电子数10/10/18第十章 氧化还原反应第18页第二节第二节 原电池原电池2e负极：负极：Zn(s)=Zn2+(aq)+2e正极：正极：Cu2+(aq)+2e=Cu(s)这种把化学能转变为电这种把化学能转变为电能装置叫做能装置叫做原电池原电池。第二节原电池10/10/19第十章 氧化还原反应第19页原电池装置可用符号表示：原电池装置可用符号表示：(-)Zn|ZnSO4c(ZnSO4)|CuSO4c(CuSO4)|Cu(+)第三节第三节 原电池电动势和电极电势原电池电动势和电极电势1.电极电极 每个半电池中，氧化态物质和还原态物质组成每个半电池中，氧化态物质和还原态物质组成氧化还原电对，又叫做电极。氧化还原电对，又叫做电极。两相接界两相接界盐桥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2.电极电势MMn+MMn+M(s)溶解沉淀电池电动势：=(+)-(-)Mn+(aq)+ne因为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3.标准电极电势标准电极电势 标准氢电极标准氢电极1953年瑞典会议选定标准氢电极电势年瑞典会议选定标准氢电极电势 （H+/H2）=0v要求要求 298.15K时，时，（H+/H2）=0 v （氧化型（氧化型/还原型）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(-)Zn|Zn2+(1.0 molL-1)|H+(1.0 molL-1)|H2(101325Pa)，Pt(+)试验测得（试验测得（298K）：）：=0.763 V因因 =（H+/H2）-（Zn2+/Zn）所以所以 0.763=0-（Zn2+/Zn）（Zn2+/Zn)=-0.763 V 标准电极电势标准电极电势10/10/23第十章 氧化还原反应第23页（-）Pt，H2(101325Pa)|H+(1.0 molL-1)|Cu2+(1.0 molL-1)|Cu（+）试验测得（试验测得（298K）：）：=0.337 V因因 =（Cu2+/Cu）-（H+/H2）所以所以 0.337=（Cu2+/Cu）-0 （Cu2+/Cu)=0.337 V10/10/24第十章 氧化还原反应第24页使用电极电势应注意以下几点：使用电极电势应注意以下几点：电极电势值与电极反应方向和计量系数无关。习惯上：电极电势值与电极反应方向和计量系数无关。习惯上：氧化态氧化态+ne=还原态还原态 （Mn+/M)数值越数值越小小，表示该电正确还原态失去电子能，表示该电正确还原态失去电子能力（还原能力）越力（还原能力）越强强，是，是强还原剂强还原剂。而与其共轭氧化态是。而与其共轭氧化态是弱氧化剂，弱氧化剂，（Mn+/M)数值越数值越大大，表示该电正确氧化态得电子能力，表示该电正确氧化态得电子能力（氧化（氧化 能力）越能力）越强强，是，是强氧化剂强氧化剂。而与其共轭还原态是弱。而与其共轭还原态是弱还原剂，还原剂，如如 （Na+/Na)=-2.71V。如如 （F2/F-)=2.87V，（MnO4-/Mn2+-)=1.5V。10/10/25第十章 氧化还原反应第25页比如：比如：（Cu2+/Cu)=0.337 V （Zn2+/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？比最强氧化剂是？最强还原剂是？比Zn2+氧化氧化能力强氧化剂有？能力强氧化剂有？为何为何Cu2+比比Cu+稳定？稳定？标准电极电势表分酸表和碱表两种。标准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页一、能斯特（一、能斯特（W.Nernst)方程式方程式a 氧化态氧化态+ne=b 还原态还原态能斯特方程式能斯特方程式:第四节第四节 影响电极电势原因影响电极电势原因10/10/27第十章 氧化还原反应第27页 其中：其中：n 为电极反应中电子转移数；为电极反应中电子转移数；F为法拉第常数（为法拉第常数（96485Cmol-1）；）；T为热力学温度（为热力学温度（K）；）；c为相对浓度（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。为电极反应中氧化态、还原态物质计量系数。在在298K时，能斯特方程又常写为：时，能斯特方程又常写为：10/10/28第十章 氧化还原反应第28页二、浓度对电极电势影响二、浓度对电极电势影响例例9-1：计算以下电池电动势。：计算以下电池电动势。(-)Zn|ZnSO4(1.0 10-6 molL-1)|CuSO4(0.01 molL-1)|Cu(+)解：解：10/10/29第十章 氧化还原反应第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页例例9-2 已知在已知在298.15K时，电极反应：时，电极反应：求：求：时时值。值。10/10/31第十章 氧化还原反应第31页解解：铬酸洗液组成是什么？铬酸洗液组成是什么？为何要用浓硫酸？为何要用浓硫酸？10/10/32第十章 氧化还原反应第32页例例9-3：298K时，以下原电池电动势时，以下原电池电动势=0.168V。计算负极溶液计算负极溶液pH值：值：pt|H2(g，100kPa)|H+(aq)|H+(aq，1mol/L)|H2(g，100kPa)|pt解：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页依据能斯特方程：依据能斯特方程：解得：解得：pH=2.84氢电极电极反应为：氢电极电极反应为：2H+2e=H210/10/34第十章 氧化还原反应第34页例例9-4：298.15K时在标准银电极中加入时在标准银电极中加入KBr，使，使c(Br-)=1.0 molL-1，求，求 。解解：标准银电极是由银片浸入标准银电极是由银片浸入1.0molL-1硝酸银溶液中组成。硝酸银溶液中组成。电极反应：电极反应：Ag+(aq)+e =Ag(s)电极电势：电极电势：依据题意加入依据题意加入KBr，使，使c(Br-)=1.0 molL-1，则银电极中，则银电极中Ag+浓度将发生改变。浓度将发生改变。10/10/35第十章 氧化还原反应第35页此时：此时：10/10/36第十章 氧化还原反应第36页此时银电极与难溶盐电极此时银电极与难溶盐电极 是相同。是相同。电极反应：电极反应：AgBr(s)+e =Ag(s)+Br-所以：所以：10/10/37第十章 氧化还原反应第37页第五节第五节 电极电势应用电极电势应用一、判断氧化还原进行方向一、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）。弱氧化剂（自发方向）。即：即：正向反应自发。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页例例9-5：试判断以下反应：试判断以下反应：298.15K时，标准状态下反应能否向右进行？时，标准状态下反应能否向右进行？试验室中能否用试验室中能否用MnO2与浓盐酸反应制取与浓盐酸反应制取Cl2？解解：查表得：查表得：10/10/39第十章 氧化还原反应第39页或：或：0 ，反应能够自发进行。，反应能够自发进行。二、判断氧化还原反应进行次序二、判断氧化还原反应进行次序在在Fe2+和和Cu2+混合液中加入混合液中加入Zn，会发生什么反应呢？，会发生什么反应呢？10/10/41第十章 氧化还原反应第41页 （Cu2+/Cu）=0.337 V （Zn2+/Zn）=-0.763 V （Fe2+/Fe）=-0.440 V因为：因为：（Cu2+/Cu）（Zn2+/Zn）（Fe2+/Fe）（Zn2+/Zn）所以：所以：10/10/42第十章 氧化还原反应第42页实际上，实际上，越大，反应越优先进行。越大，反应越优先进行。那么那么Fe2+在什么时候被还原呢？在什么时候被还原呢？（Cu2+/Cu）=（Fe2+/Fe）当当Fe2+开始被还原时，溶液中开始被还原时，溶液中Cu2+浓度又是多少呢？浓度又是多少呢？解得：解得：c(Cu2+)=5.62 10-27 molL-1 10/10/43第十章 氧化还原反应第43页三、选择氧化剂和还原剂三、选择氧化剂和还原剂例例9-6：在含有：在含有Cl-、Br-、I-三种离子标准态混合溶液中，欲三种离子标准态混合溶液中，欲使使I-氧化为氧化为I2，而不使，而不使Cl-、Br-氧化，在惯用氧化剂氧化，在惯用氧化剂Fe2(SO 4)3和和KMnO4中应选哪一个适当？中应选哪一个适当？解解：查表得：查表得：10/10/44第十章 氧化还原反应第44页)/()/()/(2232-+-IIFeFeBrBrq qq qq qj jj jj j所以，所以，Fe2(SO 4)3是符合要求氧化剂。是符合要求氧化剂。j jq q(Cl2/Cl)-10/10/45第十章 氧化还原反应第45页四、元素标准电极电势图和电极电势间接应用四、元素标准电极电势图和电极电势间接应用023224418.151.195.026.2564.0MnMnMnMnOMnOMnOA-+-q qj j1.511.6951.2310/10/46第十章 氧化还原反应第46页-BrBrBrOBrOB065.145.054.023q qj j 判断歧化反应判断歧化反应MMMq qq qj jj j右右左左电势图电势图+2:假如，假如，)/()/(2+MMMMq qq qj jj j左左右右则：则：MMMM+=+2歧化反应歧化反应10/10/47第十章 氧化还原反应第47页假如，假如，)/()/(2+B B A B C KA KB D nA A nB B 2.当当(NH4)2Cr2O7分解产生分解产生Cr2O3、N2和和H2O时，（时，（）元素被氧化？（元素被氧化？（）元素被还原？）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3.对于由以下反应组成原电池来说，欲使其电动对于由以下反应组成原电池来说，欲使其电动势增加，可采取办法有（势增加，可采取办法有（）。）。A 降低降低Zn2+浓度浓度 B 增加增加Ag+浓度浓度C 加大锌电极加大锌电极 D 降低降低Ag+浓度浓度 10/10/65第十章 氧化还原反应第65页4.依据在标准态时以下反应皆正向进行，判断依据在标准态时以下反应皆正向进行，判断 最最小电对是（小电对是（）。其中最强还原剂是（）。其中最强还原剂是（）。）。A Cr2O7 2-/Cr3+B Fe3+/Fe2+C S4O6 2-/S2O32-a Cr3+b Fe2+c S2O32-（Cr2O7 2-/Cr3+）（Fe3+/Fe2+）（S4O6 2-/S2O32-）10/10/66第十章 氧化还原反应第66页5.据公式据公式 判断，能自发进行反判断，能自发进行反应平衡常数应平衡常数 （）。）。A 与浓度无关与浓度无关 B 与浓度相关与浓度相关 C 与温度无关与温度无关 D与反应式书写相关与反应式书写相关6.依据以下电势图判断，能自发进行反应是（依据以下电势图判断，能自发进行反应是（）。）。A B C D 以上能自发进行反应组成原电池，其标准电动势为（以上能自发进行反应组成原电池，其标准电动势为（）。）。10/10/67第十章 氧化还原反应第67页 1.50 V 3.09V 0.27V 0.38V10/10/68第十章 氧化还原反应第68页10/10/69第十章 氧化还原反应第69页10/10/70第十章 氧化还原反应第70页10/10/71第十章 氧化还原反应第71页10/10/72第十章 氧化还原反应第72页10/10/73第十章 氧化还原反应第73页10/10/74第十章 氧化还原反应第74页 计算CaF2在pH=5.00盐酸中溶解度。解：CaF2(s)=Ca2+(aq)+2F-(aq)12F-(aq)+2H+(aq)=2HF(aq)21+2得：CaF2(s)+2H+(aq)=Ca2+(aq)+2HF(aq)解得：s=3.110-5 mol/L10/10/75第十章 氧化还原反应第75页普通化学课程到此结束普通化学课程到此结束 n希望同学们认真复习。希望同学们认真复习。n祝大家都考出好成绩！祝大家都考出好成绩！10/10/76第十章 氧化还原反应第76页