大学无机化学氧化还原.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,*,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,*,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,*,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,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,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,*,第五章 氧化还原,1/56,氧化还原反应,2/56,第一节 基本概念和氧化还原方程式配平,一、氧化与还原,二、氧化数,三、氧化还原反应方程式配平,3/56,一、,氧化与还原,失去电子,化合价,氧化反应,还原剂,得到电子,化合价,还原反应,氧化剂,还原产物,氧化产物,0,+2,0,+2,-2e,-,+2e,-,4/56,氧化：物质失去电子过程 还原剂,还原：物质得到电子过程 氧化剂,一、,氧化与还原,口诀：失升氧还；得降还氧。,氧化半反应与还原半反应,氧化型和还原型:氧化型,ne,还原型,氧化还原电对:,氧化态/还原态,（Ox/Red)。,如 Cu,2+,/Cu,5/56,二、元素氧化数,1.定义,定义：,氧化数又称为氧化值，是某元素一个原子,表观,荷电数。,（IUPAC）,假设将成键电子指定给电负性较大原子而求得荷电数。,用数字表示正负号均不可省。2，2,罗马数字表示，荷电数负值则在数字前加“”号，正值则不需加记号。,6/56,1)单质中，元素氧化值等于零；,2)电中性化合物中，全部元素氧化值之和等于零;,单原子离子氧化值等于它所带电荷数；多原子离子中全部元素氧化值之和等于该离子所带电荷数;,4),氢在化合物中氧化值普通为,+1,；氧在化合物中氧化值普通为-,2,；,5)氟在化合物中氧化值均为-,1,。,二、元素氧化数,2.规则,7/56,化合价氧化数历史变迁,19世纪中叶提出,化合价,概念:元素原子能够化合或置换一价原子(H)或一价基团(OH,-,)数目。,例：HCl、H,2,O、NH,3,和PCl,5,中，Cl为一价，O为二价，,N为三价和P为五价；CO中，C和O是二价。,(2)伴随化学结构理论发展，出现矛盾。,例：NH,4,+,中，N为,-3,，但试验证实N与,4,个H结合。,SiF,4,中，为,+4,；而K,2,SiF,6,中，Si与,6,个F结合。,(3)1948年，在价键理论和电负性基础上提出氧化数。,电负性：原子在分子中吸引电子能力。,(4)1990年，IUPAC 定义了氧化数概念。,8/56,化合价与氧化数区分与联络,元素化合价只能是,整数,，而元素氧化数能够是,整数、分数,。,2.氧化数概念是在化合价基础上提出，适用范围比化合价概念,广,。,3.氧化数概念还存在,缺点,，有些问题不能解释，有待愈加完善。,9/56,氧化还原反应本质,氧化还原反应本质是反应过程中有电子转移，从而造成元素氧化数发生改变,氧化还原反应中电子转移，既能够表示某一原子得到或失去电子，也能够表示电子云密度远离或趋向某一原子。,10/56,判断以下反应是否是氧化还原反应，假如是，指出反应氧化剂和还原剂,例 1,11/56,例 2,1.求Cr,2,O,7,2-,中 Cr氧化数,。,2.求Na,2,S,4,O,6,中S氧化数。,12/56,方法一 氧化数法,方法二 离子-电子法,二、氧化还原反应方程式配平,总标准：质量守恒、电量守恒。,13/56,方法一 氧化数法,步骤：,(1)写出基本反应式:KMnO,4,+2HCl MnCl,2,+Cl,2,(2)求出元素氧化数改变值：,+7 -1 +2 0,(-5)1,(+1)2,KMnO,4,+2HCl MnCl,2,+Cl,2,(3)调整系数，使氧化数改变值相等,2KMnO,4,+10HCl 2MnCl,2,+5Cl,2,(4)原子数和静电荷数配平,2KMnO,4,+16HCl=2MnCl,2,+5Cl,2,+2KCl+8 H,2,O,14/56,方法二 离子-电子法,配平标准,：氧化剂和还原剂电子得失总数相等。,例：,+6,-,1,+3,0,K,2,Cr,2,O,7,+KI+H,2,SO,4,Cr,2,(SO,4,),3,+I,2,+K,2,SO,4,+H,2,O,(1)写出离子方程式：Cr,2,O,7,2-,+I,-,+H,+,Cr,3+,+I,2,+H,2,O,(2)写出氧化半反应：I,-,e,-,I,2,还原半反应：Cr,2,O,7,2-,+e,-,Cr,3+,(3)分别配平，,使等式两边原子个数和净电荷相等,：,离子电子式,2I,-,2e,-,I,2,Cr,2,O,7,2-,+14H,+,+6e,-,2Cr,3+,+7H,2,O ,(4)3+=Cr,2,O,7,2-,+6I,-,+14H,+,2Cr,3+,+3I,2,+7H,2,O,15/56,MnO,4,-,+H,2,O,2,+H,+,Mn,2+,+O,2,+H,2,O,解,:1.氧化半反应：,还原半反应：,例 题,H,2,O,2,2e O,2,MnO,4,-,+5e Mn,2+,2MnO,4,-,+5H,2,O,2,+6H,+,=2Mn,2+,+5O,2,+8H,2,O,16/56,氧化数法：,简单、快速，既适合用于水溶液中氧化还原反应，也适合用于非水体系氧化还原反应。,离子-电子法：,仅适合用于水溶液中反应，但可防止求氧化数,麻烦，对于水溶液中复杂化合物反应很方便。,17/56,一、原电池,第二节 电极电势和电池电动势,18/56,19/56,原电池,(,primary cell,),将化学能转化成电能装置,20/56,（一）原电池组成,正 极：接收电子一极。,负 极：输出电子一极。,电解液：两份。,盐 桥：在U型管中装满用饱和KCl溶,液和琼胶作成冻胶。,作用：,传导离子，中和两溶液中电荷,21/56,(,二,)电极和电池符号,1.负极在左边，中间用盐桥“”连接，正极在右边,(-)Zn(s)Zn,2+,(C,1,)Cu,2+,(C,2,)Cu(s)(+),2.相与相间用“”隔开，同一相中不一样物质间用“,”,隔开,22/56,3.,当电对中无固体电导体时，加惰性材料作电导体。,4.离子紧靠盐桥写。,电极中各物质物理状态应标注出来，,溶液则标明浓度，气体标明压强。,理论上，任何一个氧化还原反应都能够设计成原电池。,(-)Zn(s)Zn,2+,(C,1,)Cu,2+,(C,2,)Cu(s)(+),23/56,1.写出反应Cl,2,+2Fe,2+,2Fe,3+,+2Cl,-,电池符号。,解：正极：Cl,2,+2e 2Cl,-,（还原）,负极：Fe,2+,Fe,3+,+e （氧化）,电池符号：,(-)Pt Fe,2+,(C,1,),Fe,3+,(C,2,)Cl,-,(C,3,)Cl,2,(p)Pt(+),例 题,1,24/56,将下反应设计为原电池，写出正、负极反应和电池组成式：,2KMnO,4,+16HCl 2MnCl,2,+5Cl,2,+2KCl+8 H,2,O,解：,把此反应改写为离子反应方程式：,2MnO,4,-,+16H,+10,Cl,-,2Mn,2,+5Cl,2,+8H,2,O,依据离子反应式写出电极反应,正极(还原)：,MnO,4,-,+8H,+,+5e Mn,2+,+4H,2,O,负极(氧化)：,2Cl,-,-2e Cl,2,(-)Pt Cl,2,(p)Cl,-,(C,1,)MnO,4,-,(C,2,),Mn,2+,(C,3,),H,+,(C,4,)Pt(+),例 题 2,25/56,(三)电极类型,1.金属电极 Zn,2+,/Zn电极：Zn(s)Zn,2+,(c)Zn,2+,+2e Zn Cu,2+,/Cu电极：Cu(s)Cu,2+,(c)Cu,2+,+2eCu,4.氧化还原电极,铁离子电极：,Pt Fe,3+,(C,1,),Fe,2+,(C,2,)Fe,3+,+e Fe,2+,2.气体电极 氯电极：pt(s)Cl,2,(p)Cl,-,(c)Cl,2,+2e 2Cl,-,氢电极：pt(s)H,2,(p)H,+,(c)2H,+,+2e H,2,3.金属难溶盐电极,银-氯化银电极：Ag(s)AgCl(s)Cl,-,(c),电极反应：AgCl+e Ag+Cl,-,26/56,Zn,2+,/Zn,Cu,2+,/Cu,金属活泼性,大,小,金属溶解趋势,大,小,金属电极积累电子,多少,多,少,电子移动方向,电流方向,电极电势符号,E,Zn2+/Zn,E,Cu2+/Cu,二、电极电势,引言,27/56,（一）电极电势产生,双电层理论,溶解,沉积,沉积,溶解,M(s),溶解,沉积,M,n+,(aq)+ne,在金属板上,在溶液中,在金属板上,28/56,双电层(,Double layer,)理论,双电层,：厚度约10,-10,米数量级,电极电势：,electrode potential,双电层之间形成电位差为绝对电极电位.表示为：,与电极本性、温度、介质、,离子活度等因数相关,E,(M,n+,/M),29/56,影响电极电势原因,影响电极电势原因：电极本性、离子浓度、温度、介质等。,当外界条件一定时，电极电势高低就取决于电极本性。对于金属电极，则取决于金属活泼性大小。,30/56,物质皆为,纯净物,相关物质浓度为,1molL,-1,包括到气体分压为,100kPa,待测电极处于,标准态,所测得电极电势即为标准电极电势,记为,E,(M,+,/M),(二),标准电极电势,31/56,电极电势绝对值现还无法测知,但可用比较方法确定它,相对值,选取,标准氢电极,作为比较标准,要求它电极电势值为零.,即,E,(H,+,/H,2,)=0 V,32/56,1.标准氢电极(简称SHE),(1)2H,+,(aq),+2e H,2,(g),(2)IUPAC要求:T=298.15K,P,H2,=100kPa，c,H+,=1mol,L,-1,时，,E,(,H,+,/H,2,),=0.0000V,(3)电极符号：Pt(s)H,2,(P,)H,+,(c=1),氢电极作为标准电极，使用条件非常严格，制作和纯化复杂故在实际测定时，常采取甘汞电极作为参比电极。,33/56,饱和甘汞电极：,E,Hg2Cl2Hg,0.244,Hg,2,Cl,2,2,2Hg,+,(,l,)3Cl,电极符号：,HgHg,2,Cl,2,Cl,（饱和）,（calomell electrode),34/56,比如，在298.15K时，将标准铜电极和标准锌电极分别与标准氢电极组成电池，电池符号为：,则：,E,(Cu,2+,/Cu)=+0.3419V,(-)Pt(s),H,2,(p,),H,+,(1mol,l,-1,),Cu,2+,(1mol,l,-1,),Cu(s)(+),试验测得：,E,1,=+0.3419V,即,E,+,-,E,-,E,(,Cu,2+,/Cu),E,(,H,+,/H,2,),+0.3419V,“+”表示失去电子倾向小于,H,2,2.标准电极电势,35/56,氧化态 电子数 还原态,E,/V,K,+,e K -2.931 Na,+,e Na -2.710 Zn,2+,2e Zn -0.762 Fe,2+,2e Fe -0.447 Sn,2+,2e Sn -0.14 Pb,2+,2e Pb -0.126 2H,+,2e H,2,0.000 Cu,2+,2e Cu,0.342 I,2,2e 2I,-,0.536 Fe,3+,e Fe,2+,0.771 Ag,+,e Ag,0.800MnO,4,-,+8H,+,5e Mn,2+,+4H,2,O,1.507 F,2,2e 2F,-,2.866,3.标准电极电势表,（298.15K，酸性溶液中）,氧化剂氧化能力增强,还原剂还原能力增强,36/56,Notes：,应在标准态条件下使用，只适合用于水溶液反应，,不适用非水溶液和高温下固相反应.,3.注意:Fe,2+,2e Fe,E,(Fe,2+,/Fe)0.440V,Fe,3+,e Fe,2+,E,(Fe,3+,/Fe,2+,)+0.771V,2.,标准电极电势表中电极反应，均以还原形式表示：,氧化型ne,-,还原型,4.,E,为强度性质，与半反应系数无关。,如：Cl,2,+2e 2Cl,-,E,1.358V,1/2Cl,2,+e Cl,-,E,1.358V,37/56,38/56,（三）标准电极电势应用,1.判断氧化剂、还原剂相对强弱,标准状态下,：,E,OX/Red,越高，表明电对氧化型取得电子能力越强，是强氧化剂，对应还原型还原能力越弱，是弱还原剂。,反之亦然。,39/56,例题：,已知 Fe,3+,+e =Fe,2+,E,=0.77V,Cu,2+,+2e=Cu,E,=0.34V,Fe,2+,+e=Fe,E,=,0.44V,Al,3+,+3e=Al,E,=,1.66V,则最强还原剂是：,A.Al,3+,；B.Fe；C.Cu；D.Al.,D,40/56,从氧化剂Fe,2,(SO,4,),3,和KMnO,4,中选择一个适当氧化剂,使含有Cl,-,、Br,-,和I,-,混合溶液中I,-,被氧化,而Cl,-,、Br,-,不被氧化,。,例,1.51,MnO,4,-,/Mn,2+,0.771,Fe,3+,/Fe,2+,1.3583,Cl,2,/Cl,-,1.065,Br,2,/Br,-,0.5355,I,2,/I,-,/V,电对,KMnO,4,不可采取,E,(Fe,3+,/Fe,2+,),1.51,MnO,4,-,/Mn,2+,0.771,Fe,3+,/Fe,2+,1.3583,Cl,2,/Cl,-,1.065,Br,2,/Br,-,0.5355,I,2,/I,-,/V,电对,42/56,2.判断氧化还原反应进行方向（,标准状态）,E,池,=E,正,-E,负,E,0 反应按正方向自发进行。,E,=0 反应达,平衡,状态。,E,0 反应按逆方向自发进行。,非标准状态(,E,),也可据此判断,43/56,龋齿发生在牙齿上电化学腐蚀,1890年，米勒提出细菌学说；,最近，第四军医大学对牙齿电位测试表,明，龋齿牙面比同一牙健康牙面电位低,（-158.62-678.8mV）。,负极,正极,44/56,第三节 元素电势图及其应用,常把同一元素按氧化态,依次递减,次序排列，并把两种氧化态组成电对用直线连接起来，直线上方标出标准电极电势（v），这种表明元素各种氧化态之间电极电势改变关系图。,分为,E,A,（酸表）、,E,B,（碱表）,（一）判断歧化反应能否进行,一.元素电势图,45/56,46/56,例:0.513 0.521,E,A,：Cu,2+,Cu,+,Cu,Cu,+,会发生,歧化反应，不能稳定存在,生成Cu,+,化合物是沉淀时，,c,Cu+,下降，,E,Cu+/Cu,也下降，Cu,2+,可稳定存在。,47/56,已知电势图：,48/56,（二）利用元素电势图求某电正确未知标准电极电势,49/56,本 章 小 结,掌握氧化还原方程式配平,掌握原电池组成表示式写法及两个半反应,依据标准电池电势判断氧化性强弱,4.经过电极电势计算并,判断氧化还原反应,进 行方向,50/56,练习,1在氧化还原反应中失_、_升高反应叫做氧化反应；而得_、_降低反应叫做还原反应。,2氧化剂含有_，在氧化还原反应中_电子，氧化值_，变为它_。,3在原电池中，氧化剂在_极发生_反应；还原剂在_极发_反应。,4书写电池符号时应将,_,写在左侧，_写在右侧，相界面用_表示，盐桥用_表示。,51/56,1元素氧化数和化合价是同一个概念，所以氧化数不可能有分数。,2同一物质不可能既作为氧化剂，又作为还原剂。,3一个物质氧化态氧化性愈强，则与它共轭还原态还原性也愈强。,4用导线把电池两极连接起来，立刻产生电流。电子从负极经导线进入正极，所以，在负极发生还原反应，而在正极发生氧化反应。,52/56,5氢电极电极电位被人为地要求为零。,6当组成原电池两个电正确标准电极电位相,等时，电池反应处于平衡状态。,7在一个氧化还原反应中，假如两个电正确电极电位值相差越大，则该氧化还原反应符合哪一条（）,A、反应速度越大 B、反应速度越小,C、反应能自发进行 D、反应不能自发进行,53/56,54/56,化学电池,物理电池,生物电池,二次电池可充电电池,燃料电池,一次性电池,55/56,二次电池可充电电池,燃料电池,正极:O,2,+H,2,O+4e4OH,-,负极:2H,2,-4e+4OH,-,4H,2,O,镍铬电池,镍氢电池,空气锌蓄电池,铅蓄电池,磷酸燃料电池,碳酸盐熔盐电池,高分子电解质燃料电池,碱 性蓄电池,铅 酸蓄电池,有机电解液-锂电池,56/56,