1、 Oxidation - reduction reaction第第10章章氧化还原反应氧化还原反应1.理解氧化还原反应的基本概念理解氧化还原反应的基本概念2.掌握氧化还原方程式的两种配平方法掌握氧化还原方程式的两种配平方法3.了解电极电势的概念了解电极电势的概念4.熟悉能斯特方程、影响电极电势的因素及其应用熟悉能斯特方程、影响电极电势的因素及其应用5.简单了解电化学的应用。简单了解电化学的应用。 本章教学要本章教学要求求:1基本概念基本概念 The primary concept of redox reaction 我们所学过的化学反应，从反应过程中是否有氧我们所学过的化学反应，从反应过程中是
2、否有氧化数变化的角度来看，可分为两类：化数变化的角度来看，可分为两类：1.1.有有电子转移和氧化数的改变，这就是氧化还原应电子转移和氧化数的改变，这就是氧化还原应。2.2.无电子转移及氧化数的改变，叫非氧化还原反应。无电子转移及氧化数的改变，叫非氧化还原反应。 氧化与还原氧化与还原 Oxidization and reduction 氧化还原概念的发展氧化还原概念的发展 最初最初 2Mg(s)+O2(g)=2MgO(s) 与氧结合与氧结合 后来后来 MgMg2+2e 电子转移电子转移 现在现在 2P(s)+2Cl2(g)=2PCl3(l) 电子偏移电子偏移 氧化还原反应的特征和类型氧化还原反应
3、的特征和类型（1）氧化还原过程中，某元素的原子或离子）氧化还原过程中，某元素的原子或离子在反应前后氧化数发生改变在反应前后氧化数发生改变氧化还原反应。氧化还原反应。（2）氧化数升高的过程称为氧化，氧化数降低）氧化数升高的过程称为氧化，氧化数降低的过程称为还原。反应中氧化和还原同时进行。的过程称为还原。反应中氧化和还原同时进行。（3）假如氧化数升高和降低都发生在同一个化）假如氧化数升高和降低都发生在同一个化合物中合物中自身氧化还原反应。自身氧化还原反应。（4）反应）反应过程中，同一元素氧化数即有升高又过程中，同一元素氧化数即有升高又有降低有降低歧化反应。歧化反应。 2KClO3=2KCl+3O2
4、+5-10-2KClO3=KCl+KClO4+5-1+7 氧化剂和还原剂氧化剂和还原剂 氧化数升高的物质叫还原剂，还原剂被氧化；氧化数升高的物质叫还原剂，还原剂被氧化； 氧化数降低的物质叫氧化剂，氧化剂被还原。氧化数降低的物质叫氧化剂，氧化剂被还原。NaClO+2FeSO4+H2SO4=NaCl+Fe2(SO4)3+H2O氧化剂氧化剂 还原剂还原剂 还原还原 氧化氧化+1-1+2+3产物产物产物产物 Cl2+H2O=HClO+HCl0-1+1歧化反应是自身氧化还原反应的特殊型。歧化反应是自身氧化还原反应的特殊型。 氧化还原电对氧化还原电对 氧化剂得电子氧化数降低、被还原，产物具氧化剂得电子氧化
5、数降低、被还原，产物具有弱还原性，是弱还原剂。有弱还原性，是弱还原剂。 氧化剂与被还原产物组成氧化还原电对。氧化剂与被还原产物组成氧化还原电对。 还原剂失电子氧化数升高、被氧化，产物具还原剂失电子氧化数升高、被氧化，产物具有弱的氧化性是弱的氧化剂。有弱的氧化性是弱的氧化剂。 还原剂与被氧化的产物组成氧化还原电对。还原剂与被氧化的产物组成氧化还原电对。例例 Cu2+Zn=Zn2+Cu 氧化剂氧化剂 还原剂还原剂 被氧化物被氧化物 被还原物被还原物 Cu2+/Cu氧化型氧化型 还原型还原型 Zn2+/Zn 氧化型氧化型 还原型还原型 氧化型氧化能力越强则还原型还原能力就越弱。氧化型氧化能力越强则还
6、原型还原能力就越弱。例：例：MnO4-/Mn2+MnO4-氧化能力很强；氧化能力很强；Mn2+还原能力弱。还原能力弱。还原型还原能力越强，则氧化型氧化能力越弱还原型还原能力越强，则氧化型氧化能力越弱例：例：Sn4+/Sn2+Sn2+强还原剂；强还原剂；Sn4+弱氧化剂。弱氧化剂。 氧化型与它的还原型之间的关系可用氧化还原氧化型与它的还原型之间的关系可用氧化还原半反应式（电极反应）表示。半反应式（电极反应）表示。例：例： Cu2+/CuCu2+2eCuZn2+/ZnZn2+2eZnMnO4-/Mn2+MnO4-+8H+5eMn2+4H2OSO42-/SO32-SO42-+2H+2eSO32-+H
7、2O 原子价和氧化数原子价和氧化数（1）原子价又称化合价：）原子价又称化合价： 元素中能够化合或置换一价原子元素中能够化合或置换一价原子（H）或一或一价基团价基团（OH）的数目。的数目。 共价化合物中表示某原子形成单键的数目，共价化合物中表示某原子形成单键的数目，在离子化合物中表示离子电荷。在离子化合物中表示离子电荷。 例例 : HCl:Cl为为1价；价；H2O：O为为2价；价；NH3：N为为3价；价；PCl5:P为为5价。价。例例:MgCl2：Mg：+2价价,Cl为为-1价。价。局限性：不能反映化合物结合的真实情况。局限性：不能反映化合物结合的真实情况。例例:NH4+从结构上看从结构上看N为
8、为-3价，但它确同价，但它确同4个个H结合。结合。为了解决这一问题，提出了氧化数的概念。为了解决这一问题，提出了氧化数的概念。（2）氧化数：氧化数： 由于化合物中组成元素的电负性不同，原子结合由于化合物中组成元素的电负性不同，原子结合时电子对总是移向电负性大的一方，从而化合物中组时电子对总是移向电负性大的一方，从而化合物中组成元素原子必须带有正或负电荷。成元素原子必须带有正或负电荷。这种所带形式电荷这种所带形式电荷的多少就是该原子的氧化数。的多少就是该原子的氧化数。 简单的说：氧化数是化合物中某元素所带形式电简单的说：氧化数是化合物中某元素所带形式电荷的数值。荷的数值。例如例如 : NaCl：
9、Cl电负性大，电负性大，Cl 氧化数为氧化数为-1、Na为为+1。 氧化数可以是正、氧化数可以是正、 负、负、 0或分数。或分数。 确定分子中某原子氧化数是有规则的。确定分子中某原子氧化数是有规则的。(3)确定氧化数的规则确定氧化数的规则离子型化合物中，元素的氧化数等于该离子型化合物中，元素的氧化数等于该离子所带的电荷数离子所带的电荷数。共价型化合物中，共用电子对偏向于电共价型化合物中，共用电子对偏向于电负性大的原子负性大的原子，两原子的形式电荷数即为它们，两原子的形式电荷数即为它们的氧化数。的氧化数。单质中，元素的氧化数为零。单质中，元素的氧化数为零。中性分子中，各元素原子的氧化数的代中性分
10、子中，各元素原子的氧化数的代数和为零数和为零，复杂离子的电荷等于各元素氧化，复杂离子的电荷等于各元素氧化数的代数和。数的代数和。氢的氧化数一般为氢的氧化数一般为+1，在金属氢化物中，在金属氢化物中为为-1，如，如。氧的氧化数一般为氧的氧化数一般为-2，在过氧化物中为，在过氧化物中为-1，如在超氧化物中为，如在超氧化物中为-0.5，如在氧，如在氧的氟化物中为的氟化物中为+1或或+2,如如 原子价和氧化数的区别原子价和氧化数的区别： CH4CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4化合价化合价 44444氧化数氧化数 -4-20+2+42 氧化还原反应方程式的配平氧化还原反应方程式的配平Balanc
11、ing of oxidation- reduction reaction equation氧化数法氧化数法The oxidation number method 半反应法半反应法( (离子离子电子法电子法) )The half-reaction method: ion-electron method1.用氧化数法配平氯酸与磷作用生成氯化用氧化数法配平氯酸与磷作用生成氯化氢和磷酸的反应：氢和磷酸的反应：HClO3+P4HCl+H3PO4+50- -1+5HClO3+P4HCl+H3PO4(-1)(+5)=-6最小公倍最小公倍1010(+ + 5) 0 04 4 =+20最小公倍最小公倍310HC
12、lO3+3P410HCl+12H3PO4两侧的两侧的O、H数目不同，加水补充，至反应前后原数目不同，加水补充，至反应前后原子的数目相同。若相同将子的数目相同。若相同将改写成即可。改写成即可。10HClO3+3P4+18H2O10HCl+12H3PO410HClO3+3P4+18H2O10HCl+12H3PO4 配平铜与稀硝酸反应的方程式配平铜与稀硝酸反应的方程式Cu+HNO3Cu(NO3)2+NO+H2O掌握掌握氧化数法配平的原则后，就可以将电子转移氧化数法配平的原则后，就可以将电子转移（得失）数直接写成反应物或生成物的计量系数：（得失）数直接写成反应物或生成物的计量系数：Cu+HNO33Cu
13、(NO3)2+2NO+H2O3Cu+8HNO33Cu(NO3)2+2NO+H2O 反应式左边多出反应式左边多出8个个H原子，右边应添加原子，右边应添加4个个H2O分子分子, , 而且检查而且检查O原子也平衡的，最后原子也平衡的，最后改写成改写成“”3Cu+8HNO33Cu(NO3)2+2NO+4H2O 3Cu+8HNO33Cu(NO3)2+2NO+4H2OAs+32S-23HN+5O3H3As+5O4H2S+6O4N+2OAs2S3:2As从从3到到5升高升高2;22=4 3S从从2到到6升高升高8;83=24 As2S3:共升高共升高4+2428HNO3:N从从5到到2下降下降3； 13=3
14、 最小公倍最小公倍 As2S3:283N:3283As2S328HNO36H3AsO49H2SO428NO检查检查H：左边加左边加4个个H2O，再，再核对核对O，配平后改写成配平后改写成3As2S328HNO34H2O6H3AsO49H2SO428NO在酸性介质中铋酸钠可将在酸性介质中铋酸钠可将MnSO4氧化为氧化为NaMnO4，写出配平的离子方程式写出配平的离子方程式 ：+2Mn2+2+5Bi3+-35BiO-4MnO 检查检查:左右左右O原子数目不同，左边比右边多出原子数目不同，左边比右边多出7个个O原原子，通过添加子，通过添加14个个H+离子，右端再添加离子，右端再添加H2O分子：分子：
15、5BiO3-+2Mn2+14H+2MnO4-+5Bi3+7H2O2.半反应法半反应法(离子离子电子法电子法)配配 平平 步步 骤骤用离子式写出主要反应物和产物用离子式写出主要反应物和产物(气体、纯液体、固气体、纯液体、固 体和弱电解质则写分子式体和弱电解质则写分子式)将反应分解为两个半反应式，配平两个半反应的原子将反应分解为两个半反应式，配平两个半反应的原子 数及电荷数。数及电荷数。根据电荷守恒，以适当系数分别乘以两个根据电荷守恒，以适当系数分别乘以两个 半反应式，半反应式， 然后合并、整理，即得配平的离子方程式。然后合并、整理，即得配平的离子方程式。用半反应法配平下列反应方程式用半反应法配平
16、下列反应方程式+6H+=2Mn2+3H2O可以看出可以看出离子离子电子法同样也可以将电子转移电子法同样也可以将电子转移（得失）数直接写成反应物或生成物的计量系数。（得失）数直接写成反应物或生成物的计量系数。(1)+=+Mn2+(2)(2)+8H+5e-=Mn2+4H2O(3)+H2O=+2H+2e-(4)(3)2+5得得(5)+16H+10e-=2Mn2+8H2O(6)+)+5H2O=+10H+10e-23SO-4MnO-24SO-4MnO-24SO-23SO-42MnO-245SO-42MnO-235SO-245SO-235SO 3水溶液中氧化还原反应的自发性水溶液中氧化还原反应的自发性 电极电势电极电势Spontaneityof redox reactionin aqueous solution electrode potential .1原电池和电极电势原电池和电极电势 1.原电池原电池(galvanic cell or voltaic cell ) 将自发氧化还原反应的化学能转化为电能的装置。将自发氧化还原反应的化学能转化为电能的装置。铜锌原电池铜锌原电池(A copper-z
