普通化學(xué)-中國農(nóng)業(yè)大學(xué)(0006)課件

氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用？？1燃?xì)馊紵┙o熱能！2冶煉金屬3化學(xué)電源（各種電池）4.生物能的獲得

5/12/202416氧化還原反應(yīng)

Oxidation—Reduction本章基本要求：1、理解氧化還原反應(yīng)的基本概念及反應(yīng)式的配平2、了解原電池的基本概念，了解電極電勢的意義3、掌握Nerst方程的簡單應(yīng)用4.掌握一些重要元素的氧化-還原性質(zhì)5/12/202426.1.1氧化還原定義：2H2+O2=2H2OCuO+H2=Cu+H2OZn+Cu2+=Cu+Zn2+

氧化—失電子的過程還原—得電子的過程氧化還反應(yīng)的本質(zhì)——電子得失。特點(diǎn)：在同一反應(yīng)中，有失電子的物質(zhì)——還原劑，同時有得電子的物質(zhì)——氧化劑，且氧化劑得電子總數(shù)等于還原劑失電子的總數(shù)6.1基本概念5/12/202436.1.2元素的氧化數(shù)氧化數(shù)：元素在物質(zhì)中所帶的形式電荷。計算：是將成鍵電子指定給電負(fù)性較大的原子5/12/20244標(biāo)出硫元素的氧化數(shù)S2O32-S4O62-S2O82-標(biāo)出鉻的氧化數(shù)Cr2O3CrO42-Cr2O72-

CrO5＋2+2.5+6+3+6+6+65/12/20245自身氧化還原反應(yīng)：電子轉(zhuǎn)移發(fā)生在同一物質(zhì)內(nèi)的兩個元素之間。KClO3→KCl+O2↑KClO3是氧化劑，也是還原劑歧化反應(yīng)電子得失發(fā)生在同一物質(zhì)內(nèi)同一元素的不同的原子之間2H2O2→H2O+O2Cu+(ag)→Cu2+(ag)+Cu(處于中間價態(tài))能發(fā)生歧化的物質(zhì)穩(wěn)定性比較差6.1.3氧化還原反應(yīng)的類型根據(jù)電子轉(zhuǎn)移物質(zhì)之間的關(guān)系分為三類一般氧化還原反應(yīng)：電子轉(zhuǎn)移發(fā)生在兩個或多個物質(zhì)之間Zn+Cu2+=Cu+Zn2+

5/12/20246電對表示法：①高氧化態(tài)物質(zhì)在上，低氧化態(tài)在下面②高氧化態(tài)對應(yīng)物質(zhì)稱氧化型，做氧化劑，低氧化態(tài)對應(yīng)物質(zhì)稱還原型，做還原劑。③根據(jù)氧化還原反應(yīng)電對可判斷反應(yīng)的產(chǎn)物電對物質(zhì)6.1.4氧化還原電對5/12/202476.1.5氧化還原半反應(yīng)任何一個電對物質(zhì)之間的關(guān)系，可用氧化—還原半反應(yīng)表示。注意：物質(zhì)的氧化還原性質(zhì)不是固定不變的。5/12/20248離子電子法（1）用離子反應(yīng)式寫出主要反應(yīng)物，產(chǎn)物。（2）將總反應(yīng)分為兩個半反應(yīng)，一個氧化反應(yīng)一個還原反應(yīng)。（3）首先對兩個半反應(yīng)進(jìn)行原子數(shù)配平，再用電子進(jìn)行電荷數(shù)的配平。（4）根據(jù)得失電子數(shù)相等的原則，將兩個半反應(yīng)乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)，相合并，就得到配平的方程式。注：如果在配平時有多氧和少氧的情況，根據(jù)介質(zhì)的酸、堿性，分別用H2O，OH-或H+,H2O等來補(bǔ)充。（5）檢查：6.2氧化還原反應(yīng)的配平5/12/20249配平練習(xí)-11、酸性介質(zhì)MnO4-+Cl-Cl2+Mn2+2、近中性介質(zhì)中，MnO4-+SO32-MnO2+SO42-3、堿性介質(zhì)Cr(OH)4-+H2O2CrO42-4、Br2+OH-BrO3-+Br-5/12/202410配平練習(xí)-21、酸性介質(zhì)MnO4－+H2C2O4Mn2++CO22、堿性介質(zhì)Co(NH3)62++O2Co(NH3)63++OH－

3.MnO42－MnO4－+MnO25/12/2024118.3.1原電池Zn+Cu2+=Cu+Zn2+Zn2+SO42-Cu2+SO42-鹽橋銅極：Cu2++2e=Cu鋅極：Zn=Zn2++2e合并：Zn+Cu2+=Zn2++Cu原電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能原電池——化學(xué)電源6.3原電池和電極電勢5/12/202412（1）原電池的組成原電池負(fù)極正極電極反應(yīng)——氧化還原半反應(yīng)電極通常用電對表示為了統(tǒng)一：電極反應(yīng)通常寫還原式（+）Cu2++2e=Cu（-）Zn2++2e=Zn總反應(yīng)（+）-（-）Cu2++Zn=Cu+Zn2+—電子進(jìn)入的極—發(fā)生還原反應(yīng)(氧化劑）—電子輸出的極—發(fā)生氧化反應(yīng)(還原劑)5/12/202413（2）原電池的表示法5/12/202414氫電極：H+（c）|H2（p）|Pt氧電極：OH-（c）|O2（p）|PtFe2+-Fe3+電極：：Fe2（c1）+，F(xiàn)e3+（c2`）|Pt飽和甘汞電極：Cl-（飽和溶液）|Hg2Cl2（s）|Hg（

）|Pt5/12/2024156.3.2電池電動勢（）和電極電勢（）

=+--

=(Cu2+/Cu)-(Zn2+/Zn)如果電池中各物質(zhì)均處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)：

=+

--

=

(Cu2+/Cu)-

(Zn2+/Zn)5/12/202416（1）標(biāo)準(zhǔn)電極電勢（

）標(biāo)準(zhǔn)氫電極{

(H+/H2)}度鉑黑的鉑片H2(100kPa)H2c(H+)=1.0mol.L-1標(biāo)準(zhǔn)氫電極電極反應(yīng)2H++2e

=H2電極電勢

(H+/H2）=0.0000V.c(H+)=1.0mol.L-1H2(100kPa)條件5/12/202417電極電勢的測定測定某電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢，由標(biāo)準(zhǔn)氫電極（作負(fù)極）與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的某電極組成原電池，測定此原電池的電池電動勢，根據(jù)

=

正極-

負(fù)極求出待測標(biāo)準(zhǔn)電極相對于標(biāo)準(zhǔn)氫電極的電極電勢

，稱其為該待測電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢。5/12/202418例：（-）Pt|H2（100kPa）|H+（1.0mol·L-1）||Cu2+（1.0mol·L-1）|Cu（+）測得

=+0.3417v，

=

正極-

負(fù)極=

（Cu2+/Cu）-

（H+/H2）

(H+/H2）=0.0000V，

(Cu2+/Cu）=+0.3417V，即銅電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢為+0.3417V。5/12/202419（-）|PtH2（100kPa)|H+（1.0mol·L-1)||Zn2+（1.0mol·L-1)|Zn(+）測得

=-0.7600v

=

正極-

負(fù)極=

（Zn2+/Zn）-

（H+/H2）

(Zn2+/Zn）=-0.7600V，鋅電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢為-0.7600V。5/12/202420將任意二個電極組成原電池，原電池的電動勢計算：（-）Zn|Zn2+（1.0mol·L-1）||Cu2+(1.0mol.L-1)|Cu(+)

(Zn2+/Zn）=-0.76V

(Cu2+/Cu）=0.34V

=

正極-

負(fù)極=

(Cu2+/Cu)-

(Zn2+/Zn)=0.34V-(-0.76V)=1.10V5/12/202421使用標(biāo)準(zhǔn)電極電勢表注意：

標(biāo)準(zhǔn)電極電勢的值與電極反應(yīng)書寫方式無關(guān)如標(biāo)準(zhǔn)鉛電極：做正極時，電極反應(yīng)為Pb2++2e=Pb；

(Pb2+/Pb）=-0.1264V做負(fù)極時，電極反應(yīng)為Pb=Pb2++2e，

(Pb2+/Pb）=-0.1264V也可以是，2Pb=2Pb2++4e

(Pb2+/Pb）=-0.1264V5/12/202422

.同一電對在不同介質(zhì)（酸、堿）中，其電極反應(yīng)和標(biāo)準(zhǔn)電極電勢不同。如ClO3-/Cl-電極：在酸性溶液中電極反應(yīng)為：ClO3-+6H++6e-=Cl-+3H2O

(ClO3-/Cl-）=1.451V在堿性溶液中電極反應(yīng)為：ClO3-+3H2O+6e-=Cl-+6OH-

（ClO3-/Cl-）=0.62V5/12/202423（2）標(biāo)準(zhǔn)電極電勢的應(yīng)用

大小反映物質(zhì)在水溶液中氧一還能力的相對強(qiáng)弱

(Zn2+/Zn）=-0.76V

(Cu2+/Cu）=0.34VCu2+的氧化能力大于Zn2+Zn的還原能力大于Cu

大，氧化型的氧化能力強(qiáng)，是強(qiáng)氧化劑，還原型是弱還原劑

小，還原型的還原能力強(qiáng)，是強(qiáng)還原劑，氧化是弱氧化劑。標(biāo)準(zhǔn)電極電勢的大小反應(yīng)了金屬在水溶液中金屬活潑性5/12/202424強(qiáng)氧化劑對應(yīng)弱還原劑。強(qiáng)還原劑對應(yīng)弱氧化劑（共軛關(guān)系）氧化型物質(zhì)的氧化能力：還原型物質(zhì)的還原能力：5/12/202425斷判標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)態(tài)時，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向氧化還原反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的趨勢：強(qiáng)氧化劑與強(qiáng)還原劑反應(yīng)，生成弱氧化劑，弱還原劑即：

大的電對中氧化型與

小電對中還原型物質(zhì)的反應(yīng)是自發(fā)進(jìn)行的例：判斷標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時，Br2,I2能否將Fe2+氧化成Fe3+

5/12/2024265/12/2024278.4.1ΔG和

的關(guān)系由熱力學(xué)原理可知，吉布斯自由的變化等于系統(tǒng)對外做的最大非體積功,即：

ΔG=`Wmax=-nF

電池電動勢，n總反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目，F(xiàn)法拉弟常數(shù)F=96.5kJ·V-1·mol-16.4電池電動勢與吉布斯自由能的關(guān)系5/12/202428反應(yīng)的自發(fā)方向性5/12/202429標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下進(jìn)行的1mol反應(yīng)：

ΔrGm

=-nF

已知：

ΔrGm

=-RTlnK

6.4.2

與K

的關(guān)系5/12/2024306.4.3化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的程度（趨勢）通常以

>0.3v或

<-0.3v作為反應(yīng)完全程度（或趨勢大?。┑墓烙嬛?。5/12/202431例：是否可以用已知濃度的H2C2O4標(biāo)定KMnO4溶液濃度，寫出電極反應(yīng)及電池反應(yīng)。5/12/202432解：已知：

(Pb2+/Pb)=-0.1264V，

(Sn2+/Sn)=-0.1377V

=

(Pb2+/Pb)-

(Sn2+/Sn)=-0.1264V-（-0.1377V）=0.0113VlgK

=n

/0.0592V=2×0.0113V/0.0592V=0.3820

K

=2.41該反應(yīng)不能進(jìn)行完全。例:試計算下列反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)，分析其進(jìn)行的程度：Sn+Pb2+==Sn2++Pb5/12/2024336.5Nernst公式—非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)電極電勢Ox氧化型——廣義Red還原型——廣義5/12/2024345/12/202435注意事項(xiàng)-平衡常數(shù)表達(dá)式練習(xí)：寫出下列電極的nerst表達(dá)式1.

(H+/H2）=2.

(Br2/Br-）=3.

(Cr2O72-/Cr3+）=4.

{Fe(OH)3/Fe(OH)2}=5/12/202436結(jié)論：（1）氧化型濃度增大，

增大,氧化型物質(zhì)的氧化能力升高，還原型的還原能力降低。（2）還原型濃度增大，

降低，還原型的還原能力升高，氧化型的氧化降低。6.6影響氧化還原反應(yīng)的因素A（氧化型）+ne=B（還原型）5/12/202437例：判斷反應(yīng)Ag++Fe2+=Ag+Fe3+自發(fā)進(jìn)行的方向。（1）標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下（2）c(Fe3+)=c(Fe3+)=c(Ag+)=0.10mol.L-1解：反應(yīng)正向自發(fā)。6.6.1電對物質(zhì)濃度對氧化還原反應(yīng)的影響5/12/202438

->+反應(yīng)逆向進(jìn)行5/12/202439練習(xí)：計算下列原電池的電動勢。寫出自發(fā)的電池反應(yīng)：

(-)Ag|Ag+(0.010mol·L-1)||Ag+(0.10mol·L-1)Ag(+)解：兩極的電勢表達(dá)式均為：

＝

＋－

－＝0.0592Vlg(0.10/0.010)=0.0592V5/12/2024406.6.2酸度對氧化還原反應(yīng)的影響例：分析O2的氧化能力隨溶液酸度變化的情況5/12/202441計算pH=3.0,其它物質(zhì)都處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時，（Cr2O72-/Cr3+)一般情況下，氧化物，含氧酸及其鹽均需在酸性溶液中表現(xiàn)出氧化性。酸性越強(qiáng)、氧化能力強(qiáng)。如KNO3<HNO3特殊地：MnO42-+e=MnO4-5/12/202442例：計算說明標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下Cr2O72-能否氧化HCl？如將HCl改為6.00mol.L-1情況如何？5/12/202443當(dāng)c(HCl)=6.0mol.L-1

+>-反應(yīng)正向進(jìn)行，即能氧化。5/12/202444實(shí)驗(yàn)測得用0.10mol

L-1HX的氫電極和飽和甘汞電極所組成的電池的電動勢為0.48V，求HX的酸常數(shù)。

(飽和甘汞)=0.24V.5/12/202445

5/12/2024466.6.3沉淀對氧化還原反應(yīng)的影響由于氧化型(Ag+)濃度大大減小，降低。氧化能力降低5/12/202447比較下列電極電勢的高低（1）

（AgCl/Ag），

（AgBr/Ag）

（AgI/Ag）(2)

（Cu2+/CuI),

（Cu2+/CuBr),

（Cu2+/CuCl)當(dāng)還原型被沉淀時，電極電勢升高，Ksp

越小，電極電勢升高的越多5/12/202448鋅－汞電池是最早使用的微型電池，只從1940年問世以來由于其高容量、質(zhì)量低、壽命長等被廣泛的應(yīng)用于助聽器、起博器、閃光燈、電子表和光度計等電子儀器。電極反應(yīng)是在堿性溶液中進(jìn)行。主要電極物質(zhì)為HgO/Hg和ZnO/Zn。（1）寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)。（2）解釋為什么在電池放電的過程中，電池的電動勢基本保持穩(wěn)定？（3）當(dāng)電極中鋅完全消耗掉后，電池停止工作。試計算1g鋅最大放出多少電量。5/12/202449解:(1）正極：HgO+H2O＋2e＝Hg＋2OH-

負(fù)極：ZnO+H2O＋2e＝Zn＋2OH-

電池反應(yīng)：HgO+Zn=ZnO+Hg(3)q=nF=2

(1g/65gmol-1)9.65104

Cmol-1=2969C5/12/2024506.6.4配位的影響Cu(NH3)42++2e=Cu+4NH3

{Cu(NH3)42+/Cu}<

(Cu2+/Cu)5/12/202451

{Fe(CN)63-/Fe(CN)64-}與

{Fe3+/Fe2+}比較，其大小由什么決定？配合物的相對穩(wěn)定性5/12/202452已知：

{Co(NH3)63+/Co(NH3)62+}<

{Co3+/Co2+},試比較Co(NH3)63+與Co(NH3)62+的穩(wěn)定性大小思考？？5/12/2024538.7.1元素電勢圖

A/v

Fe3+Fe2+Fe0.77-0.44-0.0370.1850.340.522Cu2+Cu+Cu

B/vIO3-IO-I2

I-0.150.260.5380.450.496.7元素電勢圖及其簡單應(yīng)用5/12/2024546.7.2應(yīng)用（1）判斷物質(zhì)在水溶液中能否發(fā)生歧化反應(yīng)分析Cu2+,Cu+在水溶液中的穩(wěn)定性0.1850.340.522Cu2+Cu+Cu三種物質(zhì)組成二個電對

(Cu2+/Cu+)=0.185v

(Cu+/Cu)=0.522v能夠自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)是：Cu++Cu+=Cu2++Cu5/12/202455對于任意元素的電勢圖：ABC

(A/B)

(B/C)若：(1)

(B/C)>

(A/B)

物質(zhì)B發(fā)生歧化反應(yīng),歧化產(chǎn)物為A,C.(2)

(B/C)<

(A/B)物質(zhì)A與C能發(fā)生反歧化反應(yīng)，產(chǎn)物為B.5/12/2024560.77-0.44-0.037

B/vIO3-IO-I2

I-0.150.260.5380.450.49Fe3+Fe2+Fe

A/v根據(jù)下列元素電勢圖，分析（1）配制Fe2+鹽溶液中，應(yīng)采取什么措施防止氧化？寫出有關(guān)的反應(yīng)式（2）I2在堿性溶液中是否穩(wěn)定？寫出反應(yīng)式5/12/202457（2）間接計算未知的電極電勢5/12/202458

A

O2

H2O2H2O

1.2290.682？MnO4-MnO2Mn2+1.691.23？

(MnO4-/Mn2+)=(1.69V3+1.23V2)/5=1.50v32?5/12/202459重點(diǎn)離子電子法配平氧化還原反應(yīng)原電池的組成氧化還原反應(yīng)自發(fā)方向的判斷

的應(yīng)用、元素電勢圖的簡單應(yīng)用

（非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)計算——Nernst公式）影響

的因素（酸堿、沉淀、配位）5/12/202460練習(xí)題1、根據(jù)

(Pb2

Pb)=

0.13V,

(Fe3

Fe2

)=0.77V,標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下能將Pb氧化，但不能將Fe2

氧化的氧化劑，與其對應(yīng)還原態(tài)組成電極的

值范圍是：A.<

0.13V; B.

0.13V

0.77V;C.>

0.13V; D.>0.77V,<

0.13V。2.標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下，反應(yīng)Cr2O72

+6Fe2

+14H

=2Cr3

+6Fe3

+7H2O正向進(jìn)行，則最強(qiáng)氧化劑及最強(qiáng)還原劑分別為： A.Fe3

、Cr3

; B.Cr2O72

、Fe2

;C.Fe3

、Fe; D.Cr2O72