1、第四章第四章 氧化和还原氧化和还原 学习指南第一节 氧化还原反应的基本概念第二节 氧化还原反应与原电池 第三节 电极电势 第四节 电极电势的应用 习题 习题参考答案第四章第四章 氧化和还原氧化和还原 本章重点：本章重点：v1.氧化还原电对 v2.原电池的工作原理 v3.电极电势及其应用本章难点：本章难点：v1.电极电势及其应用 v2.氧化还原电对于物质氧化性和还原性的对应关系 第四章第四章 氧化和还原氧化和还原 第一节第一节 氧化还原反应的基本概念氧化还原反应的基本概念 氧化值氧化值 氧化值是指某元素一个原子的荷电数，该荷电数是假定把每一个化学键中的电子指定给电负性大的原子而求得的。例如，在a
2、Cl分子中,Cl电负性比a大，成建时氯原子夺取了钠原子的一个电子，变成带一个单位负电荷的氯离子,氧化值为-；钠原子变成带一个单位正电荷的钠离子,氧化值为1。(1)在单质中元素的氧化值为零；(2)在单原子离子中，元素的氧化值等于离子所带的电荷数；第四章第四章 氧化和还原氧化和还原(3)氢在化合物中的氧化值一般为1,只有在与活泼金属生成氢化物中，氢的氧化值为-1。氧在化合物中的氧化值一般为-2，在过氧化物中为-1。(4)在中性分子中，各元素氧化值的代数和为零。在多原子离子中，离子所带的电荷数等于各元素的氧化值的代数和。第四章第四章 氧化和还原氧化和还原 第四章第四章 氧化和还原氧化和还原 氧化还原
3、电对氧化还原电对在氧化还原反应中，失电子的过程称为氧化，失电子物种为还原剂，还原剂失电子后即为其氧化产物；得到电子的过程称为还原，得电子物种为氧化剂，氧化剂得电子后即为其还原产物。氧化与还原必然同时发生。例如：第四章第四章 氧化和还原氧化和还原 氧化还原电对氧化还原电对 在氧化剂中应含有高氧化态的元素；相反，还原剂中必含低氧化态的元素。若元素处于中间氧化态，则既可作氧化剂又可作还原剂，视与其作用的物质及反应条件而定。如水与碘离子作用时,氧化氢作为氧化剂而还原成水，氧的氧化值由-1降至-2；而过氧化氢与高锰酸钾作用时，则作为还原剂而被氧化成氧气，氧的氧化值由-1升至0。氧化还原反应方程式的配平氧
4、化还原反应方程式的配平 第四章第四章 氧化和还原氧化和还原 第四章第四章 氧化和还原氧化和还原 常见的氧化剂和还原剂 在氧化剂中应含有高氧化态的元素；相反，还原剂中必含低氧化态的元素。若元素处于中间氧化态，则既可作氧化剂又可作还原剂，视与其作用的物质及反应条件而定。如H2O2与I-作用时，H2O2作为氧化剂而被还原成H2O，氧的氧化值由-1降至-2；而H2O2与KMnO4作用时，则作为还原剂而被氧化成O2，氧的氧化值由-1升至0。第四章第四章 氧化和还原氧化和还原 .离子电子法离子电子法离子电子法配平的基本原则是：(1)反应中氧化剂得到的电子总数，必须等于还原剂失去的电子总数。(2)根据质量守
5、恒定律，方程式两边各种元素的原子总数必定相等。同时，方程式左右两边的离子电荷总数也应相等。例题：例题：根据整个反应得失电子总数应相等的原则，找两个半反应中电子得失的最小公倍数，然后将两式相加并消去电子，有些反应还应抵消参与反应的某些介质，如水和氢离子即得配平的离子方程式。第四章第四章 氧化和还原氧化和还原 检查方程式(c)两边的原子数和电荷数均相等，式(c)即为配平的离子方程式。将离子方程式改写为分子或化学式的方程式时，由于该反应在酸性介质中进行，对于所引入的酸，首先应考虑该酸的酸根离子不会参与氧化还原反应。其次，尽量不引进其他杂质。故此例中宜选用稀硫酸作为介质，最后的配平方程式如下：第四章第
6、四章 氧化和还原氧化和还原 离子-电子法的特点 在离子-电子法中，自始至终不必知道任何元素的氧化值，它是通过氧化或还原半反应的前后电荷应相等来配平的，这是该法的一个优点或特点。第四章第四章 氧化和还原氧化和还原 第二节第二节 氧化还原反应与原电池氧化还原反应与原电池 原电池的组成原电池的组成借助于氧化还原反应产生电流的装置称为原电池。当电路接通后，可以看到检流计的指针发生了偏转，根据指针偏转的方向，得知电子由锌片流向铜片(与电流方向相反)。同时观察到锌片逐渐溶解，铜片上有铜沉积。因此，在这两个烧怀中发生的反应分别为：该装置中电子是通过导线由锌片流向铜片而不是在锌和铜离子之间直接传递的，故外电路
7、中产生了电流。第四章第四章 氧化和还原氧化和还原 原电池的电动势原电池的电动势正极与负极间的电势差就是原电池的电动势，电动势用符号表示。通常在标准状态下测定，所得到的电动势为标准电动势，标准电动势以表示。化学小常识化学小常识.干电池的工作原理 2.蓄电池的工作原理 第四章第四章 氧化和还原氧化和还原 铜锌原电池电池反应负极（锌极）负极反应：Zn Zn 2+2e-正极（铜极）正极反应：Cu 2+2e-Cu原电池的总反应为两个电极反应之和：Cu 2+Zn Cu +Zn 2+第四章第四章 氧化和还原氧化和还原 原电池装置的电池符号(-)ZnZnSO4(c1)CuSO4(c2)Cu(+)负极写在左边，
8、(-)表示由Zn和ZnSO4溶液组成负极；正极写在右边，(+)表示由Cu和CuSO4溶液组成正极。“”表示两相(此处为固相和液相)之间的界面，“”表示两溶液用盐桥联接，通常还需注明电极中离子的浓度。第四章第四章 氧化和还原氧化和还原 第三节第三节 电极电势电极电势 标准电极电势及其测定标准电极电势及其测定电极电势的绝对值尚无法测定。通常选定一个电极作为参比标准(就如测定海拔高度用海平面作基准一样)，人为地规定该电极的电势数值，然后与其他电极进行比较，得出各种电极的电势值(用符号表示)。目前采用的参比电极是标准氢电极。任何电对处于标准状态时的电极电势，称为该电对的标准电极电势，符号也为。第四章第
9、四章 氧化和还原氧化和还原 电极电势与浓度和温度的关系可用下面的能斯特方程式来表示，如对于下述电极反应:第四章第四章 氧化和还原氧化和还原 目前采用的参比电极是标准氢电极目前采用的参比电极是标准氢电极标准氢电极规定在规定在298.15 K时，标准时，标准氢电极的电极电势为零氢电极的电极电势为零 欲测定某电极的标准电极欲测定某电极的标准电极电势，可以将处在标准态电势，可以将处在标准态下的该电极与标准氢电极下的该电极与标准氢电极组成一个原电池，测定该组成一个原电池，测定该原电池的电动势。原电池的电动势。第四章第四章 氧化和还原氧化和还原 利用此法可以测定大多数电对的电极电势 第四章第四章 氧化和还
10、原氧化和还原 标准电极电势 任何电对处于标准状态时的电极电势，称为该电对的标准电极电势，符号也为E 。标准电极电势测定 欲测定某电极的标准电极电势，可以将处在标准态下的该电极与标准氢电极组成一个原电池，测定该原电池的电动势。标准电极电势表 将所测得的(或计算的)各电极的标准电极电势，连同电极反应(规定以“氧化型+ne-还原型”表示)，按代数值从小到大的顺序排列成表，即为标准电极电势表 第四章第四章 氧化和还原氧化和还原 影响电极电势的因素影响电极电势的因素能斯特方程能斯特方程 电极电势与浓度和温度的关系方程 E=E-RT/zFlnc(还原态)a/c(氧化态)b。E为电对在某一温度、某一浓度时的
11、电极电势；E 为电对的标准电极电势(通常是指在298.15 K时的温度)；R为气体常数(8.314 JK-1mol-1)；F为法拉第常数(96 486 Cmol-1)；T为热力学温度；z为电极反应式中转移的电子数。c(还原型)、c(氧化型)分别表示在电极反应中还原型一侧、氧化型一侧各物种浓度与标准浓度的比值，气体则代入分压与标准压力之比值。第四章第四章 氧化和还原氧化和还原 将自然对数改为常用对数，温度为298.15 K，则该方程式变为：E=E-0.0592 V/zlgc(还原态)a/c(氧化态)b第四章第四章 氧化和还原氧化和还原 第四节第四节 电极电势的应用电极电势的应用 氧化剂和还原剂的
12、相对强弱氧化剂和还原剂的相对强弱 标准电极电势代数值的大小反映了电对物种处在标准态时氧化还原能力的强弱。电极电势的代数值大，表示电对氧化型物种得电子的能力大，即其氧化性强，为强氧化剂；与其相对应的还原型物种则失电子能力小，还原性弱，为弱还原剂。相反，电极电势代数值小，表示电对的还原型物种失电子能力大，即其还原性强，为强还原剂；与其相对应的氧化型物种，则得电子能力小，氧化性弱，为弱氧化剂。第四章第四章 氧化和还原氧化和还原 例9：根据标准电极电势，在下列各电对中找出最强的氧化剂和最强的还原剂，并列出各氧化型物种的氧化能力和各还原型物种还原能力强弱的次序。第四章第四章 氧化和还原氧化和还原 氧化还
13、原反应进行的方向氧化还原反应进行的方向 根据标准电极电势值的相对大小，比较氧化剂和还原剂的相对强弱，就能预测氧化还原反应进行的方向。E=EE=E正正-E-E负负0 0；反应会正向进行；反应会正向进行 E=EE=E正正-E-E负负 0 0，反应会逆向进行，反应会逆向进行第四章第四章 氧化和还原氧化和还原 氧化还原反应进行的程度 式中，E正为氧化剂电对的标准电极电势，也即电池正极的标准电极电势；E负为还原剂电对的标准电极电势，也即电池负极的标准电极电势；E为该氧化还原反应对应的原电池的标准电动势；z为氧化还原反应中转移的电子数。可见氧化还原反应平衡常数的对数与该反应的两个电对的标准电极电势的差值(
14、或说该反应对应的电池的标准电动势)成正比，电极电势差值越大，平衡常数越大，反应进行得越彻底。第四章第四章 氧化和还原氧化和还原 元素电势图 将元素不同的氧化态按氧化值由高到低的顺序排成一横行，在相邻两个物种间用直线连接表示一个电对，并在直线上标明此电对的标准电极电势值，由此构成的图称为元素电势图。无素电势及其应用无素电势及其应用第四章第四章 氧化和还原氧化和还原 1.判断某物质能否发生歧化反应歧化反应 一些氧化还原反应是某元素由其一种中间氧化态同时向较高和较低氧化态转化，这种反应称为歧化反应；如：逆歧化反应 如果是由元素的较高和较低的两种氧化态相互作用生成其中间氧化态的反应，则是歧化反应的逆反应，或称逆歧化反应。如：实验室预防硫酸亚铁氧化的方法第四章第四章 氧化和还原氧化和还原 许多元素具有多种氧化态，各种氧化态物种又可以组成不同的电对。如将元素不同的氧化态按氧化值由高到低的顺序排成一横行，在相邻两个物种间用直线连接表示一个电对，并在直线上标明此电对的标准电极电势值，由此构成的图称为元素电势图。例如，氧元素具有0，-1，-2三种氧化值，在酸性溶液中可组成三个电对：氧在酸性介质中的元素电势图可表示为：第四章第四章 氧化和还原氧化和还原 化学电源蓄电池的工作原理 第四章第四章 氧化和还原氧化和还原 化学电源干电池的工作原理
