無機化學藥用化學基礎第五章 氧化還原反應

目錄

02延時符第一節(jié)氧化還原反應第二節(jié)原電池第五章氧化還原反應

與原電池03第一節(jié)氧化還原反應04延時符學習目標1．掌握元素氧化數(shù)的計算和應用氧化數(shù)法配平氧化還原反應方程式。2．熟悉常見元素的氧化數(shù)和氧化還原反應的概念。3．了解常見氧化劑與還原劑。05延時符1.定義：

有無電子轉移（得失或偏移）是判斷一個化學反應是否是氧化還原反應的一個重要特征。氧化數(shù)又叫氧化值，是化合物或單質中某元素的一個原子的電荷數(shù)，也是元素氧化態(tài)的標志。一、氧化數(shù)06延時符2.特征：

一、氧化數(shù)升高元素氧化數(shù)變化降低3.本質：

得電子或電子對偏向氧化數(shù)降低電子得失或偏移失電子或電子對偏離氧化數(shù)升高07延時符4.一般規(guī)則：一、氧化數(shù)

（1）在單質中，元素的氧化數(shù)為0。如白磷（P4）、臭氧（O3）中

元素的氧化數(shù)均為0。（2）中性分子中所有氧化數(shù)的代數(shù)和為0。在遵循這一原則的基礎上，元素的氧化數(shù)不一定是整數(shù)，可以出現(xiàn)分數(shù)。（3）氧在大多數(shù)化合物中氧化數(shù)為-2，但在過氧化物（如Na2O2、H2O2）中氧為-1，氟化物中氧為正值。（4）氫除了在活潑金屬氫化物中氧化數(shù)為-1外（如NaH中Na為+1，H為-1），在一般化合物中氧化數(shù)皆為+1。08延時符常見元素的氧化數(shù)一、氧化數(shù)H+1、-1（金屬氫化物）C+2、+4O-2、-1（過氧化物）F-1N-3、+2、+4、+5Cl-1、+1、+5、+7S-2、+4、+6Ag、Na、K+1Cu+1、+2Zn、Mg、Ca、Ba+2Fe+2、+3Al+309延時符

【例】計算Cl2、HCl、HClO、HClO2、HClO3、HClO4中Cl元素的氧化數(shù)。

解：設Cl元素的氧化數(shù)為xCl2：

x=0HCl：（+1）+x=0x=-1HClO：（+1）+x+（-2）=0x=+1HClO2：（+1）+x+（-2）×2=0x=+3HClO3：（+1）+x+（-2）×3=0x=+5HClO4：（+1）+x+（-2）×4=0x=+7一、氧化數(shù)10延時符【課堂練習】根據(jù)以上規(guī)則，在各個化學式上標出各個元素的氧化數(shù)。一、氧化數(shù)O2H2CO2CONaOHNa2O2NaCO3HFHNO3SO2H2SO4FeOFe2O3HClHClOAl2O3

O20H20CO2+4、-2CO+2、-2NaOH+1、-2、+1Na2O2+1、-1NaCO3+1、+4、-2HF+1、-1HNO3+1、+5、-2SO2+4、-2H2SO4+1、+7、-2FeO+2、-2Fe2O3+3、-2HCl+1、-1HClO+1、+1、-2Al2O3+3、-2

11延時符

案例分析案例

問題

請根據(jù)初中學過的氧化和還原反應的知識，分析以下反應，完成下表。1．請標出以上反應中各物質所含元素的氧化數(shù)，比較反應前后氧化數(shù)有無變化。2．討論：在以上反應中，物質發(fā)生氧化反應或還原反應，與物質所含元素氧化數(shù)的升高或降低有什么關系？物質反應物發(fā)生的反應（氧化反應或還原反應）得氧物質失氧物質物質反應物發(fā)生的反應（氧化反應或還原反應）得氧物質C、CO氧化反應

失氧物質CuO、Fe2O3還原反應

12延時符（一）氧化還原反應二、氧化還原反應的基本概念1.定義：化學反應前后，元素的氧化數(shù)有變化的一類反應稱作氧化還原反應。

例如：如鐵和稀鹽酸發(fā)生的化學反應：觀察反應發(fā)現(xiàn)，整個化學方程式中沒有與O2發(fā)生反應，也沒有O元素的參與，但Fe元素和H元素的氧化數(shù)均發(fā)生了變化，我們認為該反應屬于氧化還原反應。13延時符2.實質：反應物之間發(fā)生了電子的得失或偏移。二、氧化還原反應的基本概念（一）氧化還原反應在氧化還原反應中，一種物質失去電子，必定有一種物質得到了電子，這兩個相反的過程，在一個反應里同時發(fā)生、相互依存，氧化還原反應是氧化過程和還原過程的總和，凡是有電子得失的化學反應都是氧化還原反應。而反應中電子的得失，主要反映在元素氧化數(shù)的變化上。14延時符1.定義：凡是得到電子，所含元素氧化數(shù)降低的物質，稱為氧化劑，氧化劑能使其他物質氧化，而本身被還原；凡是失去電子，所含元素氧化數(shù)升高的物質，稱為還原劑，還原劑能使其他物質還原，而本身被氧化。二、氧化還原反應的基本概念（二）氧化劑和還原劑15延時符2.氧化還原反應在氧化還原反應中，電子是從還原劑轉移到氧化劑的。二、氧化還原反應的基本概念（二）氧化劑和還原劑【例】

以下兩個氧化還原反應式，根據(jù)概念分析判斷氧化劑和還原劑：變化元素氧化數(shù)升高氧化數(shù)降低氧化劑還原劑氧化產物還原產物C、OC：+2?+4O：0?-2O2COCO2CO2Cu、HH：0?+1Cu：+2?0CuOH2H2OCu16延時符3.氧化還原反應規(guī)律綜合以上規(guī)律，可以得到一個氧化還原反應的通式二、氧化還原反應的基本概念（二）氧化劑和還原劑17延時符4.常見的氧化劑二、氧化還原反應的基本概念（二）氧化劑和還原劑18延時符4.常見的氧化劑二、氧化還原反應的基本概念（二）氧化劑和還原劑19延時符5.常見的還原劑二、氧化還原反應的基本概念（二）氧化劑和還原劑20延時符5.常見的還原劑二、氧化還原反應的基本概念（二）氧化劑和還原劑21延時符二、氧化還原反應的基本概念（二）氧化劑和還原劑6.自氧化還原反應多數(shù)氧化還原反應氧化劑和還原劑是是兩種不同的物質，也有氧化還原反應氧化數(shù)的升高與降低發(fā)生于同一物質中，稱為自氧化還原反應。例如：在自氧化還原反應中，若同種元素部分氧化數(shù)升高，部分氧化數(shù)降低，則這種反應稱為歧化反應。

22延時符6.自氧化還原反應二、氧化還原反應的基本概念（二）氧化劑和還原劑【例】

以下反應式是否為氧化還原反應？解：依據(jù)定義，反應前后沒有氧化數(shù)的升降（單質氧化數(shù)為0），所以這個反應并不是氧化還原反應。23延時符二、氧化還原反應的基本概念（二）氧化劑和還原劑

【例】以下兩個化學反應方程式，試判斷它們是否屬于氧化還原反應。

解：（1）在該反應發(fā)生前，Na、C、O、Ca、Cl元素氧化數(shù)分別為+1、+4、-2、+2、-1，反應后并未發(fā)生改變，故該反應不屬于氧化還原反應。（2）在該反應發(fā)生前，Mn、Cl元素的氧化數(shù)分別為+7、-1，反應后MnCl2中Mn元素氧化數(shù)為+2，Cl2中Cl元素氧化數(shù)為0，反應前后氧化數(shù)發(fā)生改變，故該反應屬于氧化還原反應。

24延時符二、氧化還原反應的基本概念（二）氧化劑和還原劑【課堂練習】判斷以下化學反應方程式是否為氧化還原反應，并說明原因。（1）不是，前后無氧化數(shù)變化（2）是，反應前后Mg和H元素氧化數(shù)變化（3）是，反應前后Fe和N元素氧化數(shù)變化

25延時符三、氧化還原反應方程式的配平配平氧化還原反應的方法有很多種，其中最主要的方法都是根據(jù)電子的得失或氧化數(shù)的升降來計算的。對于簡單的氧化還原反應方程式，可以用觀察法配平，但許多氧化還原反應往往比較復雜，可以使用氧化數(shù)升降法配平，配平依據(jù)的主要原則是質量守恒，電子守恒，氧化數(shù)升降守恒?；静襟E如下：26延時符三、氧化還原反應方程式的配平基本步驟如下：（1）標變數(shù)：標出反應前后變價元素的氧化數(shù)。（2）列升降：列出反應前后元素氧化數(shù)的升降變化值。（3）求總數(shù)：按最小公倍數(shù)確定氧化劑和還原劑化學式系數(shù)，使氧化數(shù)升高和降低的總數(shù)相等。（4）配系數(shù)：再用觀察法配平其他物質的化學計量數(shù)，配平后，把單線改成等號。（5）查守恒：檢查方程式兩邊原子數(shù)、電荷數(shù)是否分別守恒。27延時符三、氧化還原反應方程式的配平

【例】用氧化數(shù)法配平碳與硝酸發(fā)生的反應。

解：（1）標變數(shù)氧化數(shù)發(fā)生變化的元素是C和N，首先標出C和N反應前的氧化數(shù)分別是0和+5，反應后C和N的氧化數(shù)分別是+4和+4。（2）列升降列出升降變化的總值，C由0被氧化至+4，變化了+4，升高總值為+4，N由+5被還原至+4，變化了-1，故降低總值為-1。28延時符三、氧化還原反應方程式的配平

【例】用氧化數(shù)法配平碳與硝酸發(fā)生的反應。

解：（3）求總數(shù)降低總值為-1，升高總值為+4，取最小公倍數(shù)4，所以氧化數(shù)發(fā)生變化的HNO3和NO2前系數(shù)為4，C和CO2前系數(shù)為1。（4）配系數(shù)根據(jù)已經確定的系數(shù)并依據(jù)反應前后同種元素原子總數(shù)必須相等的原則確定其他化學式系數(shù)，根據(jù)氫元素守恒，可知H2O前系數(shù)為2。（5）查守恒再次檢查兩邊原子數(shù)是否守恒。得到化學方程式：

29延時符三、氧化還原反應方程式的配平【課堂練習】配平下列化學反應方程式。3NO2+H2O2HNO3+NO↑2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2↑3Cu+8HNO33Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O30第二節(jié)原電池31延時符

任務引入案例

問題

1．鹽橋的作用是什么，拿掉鹽橋之后會發(fā)生什么現(xiàn)象？

2．試根據(jù)電流方向判斷電池的正極和負極？

將鋅片插入硫酸鋅溶液中，將銅片插入硫酸銅溶液中，兩種溶液用一個裝滿飽和氯化鉀溶液和瓊脂的倒置U型管（稱為鹽橋）連接起來，再用導線連接鋅片和銅片，并在導線上加裝一個檢流計（電流表）。此時我們可以觀察到檢流計指針偏轉，這說明反應中確有電子的轉移，而且電子是沿著一定方向有規(guī)則的運動；從指針偏轉的方向判斷，電子從鋅片移向銅片；從上述裝置中取出鹽橋，檢流計指針又回到零點。32延時符學習目標1．掌握原電池的組成、工作原理和原電池正、負極的電極反應方程式的書寫。2．熟悉原電池的表示方法。3.了解金屬的電化學腐蝕和防腐。33延時符一、原電池的組成和工作原理1.定義：通過氧化還原反應而產生電流的裝置稱為原電池。本實驗中的銅鋅原電池又稱丹尼爾電池，是將化學能轉變成電能的裝置。日常生活中使用的干電池，就是根據(jù)原電池原理制成的。34延時符一、原電池的組成和工作原理2.原電池與氧化還原反應在銅鋅原電池中，電子由鋅片向銅片定向轉移，鋅片上的鋅原子失去電子變成鋅離子，進入溶液中，因此鋅片上有了過剩電子。我們依據(jù)電子的流動方向，將流出電子的鋅片稱為電池的負極，在負極鋅片上發(fā)生氧化反應：

35延時符一、原電池的組成和工作原理2.原電池與氧化還原反應同時硫酸銅溶液中的銅離子得到電子變成銅原子，沉積在銅片上。依據(jù)電子的流動方向，得到電子的銅片稱為電池的正極，在正極銅片上發(fā)生了還原反應：如果把發(fā)生在兩個電極上的反應叫半反應，兩個半反應相加得到的反應就是電池反應：Cu

36延時符一、原電池的組成和工作原理2.原電池與氧化還原反應由此可見，電池反應就是氧化還原反應。原電池輸出電能的能力，取決于組成原電池的反應物的氧化還原能力。我們還可以根據(jù)組成兩極的材料來判斷原電池的正負極，一般來說，較活潑的金屬容易失去電子，故常作原電池負極；較不活潑的金屬易得到電子則為正極。37延時符一、原電池的組成和工作原理以氫為標準，左到右金屬活潑性由強減弱，還原性和失電子能力也由強變弱，排在前面的金屬可以將排在后面的金屬從它們的鹽溶液中置換出來，而且排在氫元素前的金屬才能和鹽酸，稀硫酸反應，置換出氫氣，鉀、鈣、鋇、鈉等元素活潑性最較強，甚至可與水直接反應置換出氫氣。38延時符二、原電池的表示方法原電池常用符號表示，如銅鋅原電池可表示為：習慣上把負極寫在左邊，正極寫在右邊，“‖”表示鹽橋，“∣”表示兩相之間的接界，在這里表示電極和溶液接觸界面，c表示濃度（一般用物質的量濃度表示）。39延時符二、原電池的表示方法發(fā)生在每個電極上的反應稱為電極反應（半電池反應），每個電極反應都包含兩類物質，一類是氧化數(shù)較高的那種物質，稱為氧化態(tài)或氧化型；另一類是氧化數(shù)較低的那種物質，稱為還原態(tài)或還原型。氧化型及其所生成的還原型物質可以構成氧化還原電對，銅鋅原電池的氧化還原電對用符號可以表示為及

40延時符二、原電池的表示方法

【例】寫出原電池

的半反應和電池反應。解：因為負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應，所以負極：正極：電池反應：41延時符三、金屬的電化學腐蝕和防腐電化學腐蝕是指金屬在電解質溶液中發(fā)生的腐蝕。發(fā)生電化學腐蝕的基本條件是：有能導電的溶液。能導電的溶液幾乎包含所有的水溶液，包括淡水、雨水、海水、酸堿鹽的水溶液，甚至從空氣中凝結的水蒸氣加上設備表面的雜質也可以成為構成腐蝕環(huán)境的電解質溶液。42延時符三、金屬的電化學腐蝕和防腐（一）金屬電化學腐蝕的分類1.析氫腐蝕在酸性環(huán)境中，由于在腐蝕過程中不斷有H2放出，所以叫析氫腐蝕。負極：正極：總反應：

43延時符三、金屬的電化學腐蝕和防腐（一）金屬電化學腐蝕的分類2.吸氧腐蝕如果在鋼鐵表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，但溶液有一定量的氧氣，此時就會發(fā)生吸氧腐蝕。負極：正極：總反應：在金屬的腐蝕過程中，電化學腐蝕和化學腐蝕往往同時發(fā)生，但絕大多數(shù)屬于電化學腐蝕，且電化學腐蝕速率遠大于化學腐蝕。

44延時符三、金屬的電化學腐蝕和防腐（二）金屬的防護與防腐金屬的防護主要是從金屬、與金屬接觸的物質及兩者反應的條件等方面來考慮。1.改變金屬材料的組成在金