第13章氧化還原反應(yīng)

1、第13章氧化還原反應(yīng)一 氧化還原反應(yīng)的基本概念13.1 氧化還原反應(yīng)1. 電對：Zn+CuSO4Cu+ZnSO4還原反應(yīng)：Cu2+ + 2e Cu 規(guī)定：同一元素的不同價(jià)態(tài)，組成一個(gè)電對。電對符號(hào)： 氧化劑電對： Cu2+ /Cu 還原劑電對： Zn2+ /Zn氧化反應(yīng)：Zn 2e Zn2+ 氧化數(shù)：是人為規(guī)定的某元素在化合物分 子中各元素形式上所帶的電荷數(shù)。2 氧化數(shù)（氧化值，氧化態(tài)）Na Cl 確定氧化數(shù)的規(guī)則 離子型化合物中，元素的氧化數(shù)等于該離子所帶的電荷數(shù) 。 共價(jià)型化合物中，共用電子對偏向于電負(fù)性大的原子 ，兩原子的形式電荷數(shù)即為它們的氧化數(shù)。單質(zhì)中，元素的氧化數(shù)為零。中性分子中，

2、各元素原子的氧化數(shù)的代數(shù)和為零 ，復(fù)雜離子的電荷等于各元素氧化數(shù)的代數(shù)和。 氫的氧化數(shù)一般為+1，在金屬氫化物中為 -1，如 。 氧的氧化數(shù)一般為-2，在過氧化物中為-1，如在超氧化物中為-0.5，如 在氧的氟化物中為+1或+2，如例： 配平原則： (1) 電荷守恒：得失電子數(shù)相等。 (2) 質(zhì)量守恒：反應(yīng)前后各元素原子總數(shù)相等。 二 氧化還原方程式的配平（離子電子法） 配平步驟： （1）用離子式寫出主要反應(yīng)物和產(chǎn)物（氣體、純液 體、固體和弱電解質(zhì)則寫分子式）。 （2）將反應(yīng)分解為兩個(gè)半反應(yīng)式，并配平兩個(gè)半反應(yīng)的原子數(shù)及電荷數(shù)。 （3）根據(jù)電荷守恒，以適當(dāng)系數(shù)分別乘以兩個(gè)半反應(yīng)式，然后合并，整

3、理，即得配平的離子方程式；有時(shí)根據(jù)需要可將其改為分子方程式。例：MnO4- + SO32- + H+ Mn2+ + SO42-（1） 將反應(yīng)分解成兩個(gè)半反應(yīng)，一個(gè)是有氧化劑參加的還原反應(yīng)，另一個(gè)是有還原劑參加的氧化反應(yīng)。MnO4- Mn2+ SO32- SO42- （2） 配平兩個(gè)半反應(yīng)，使等式兩邊的原子數(shù)、電荷數(shù)均相等。(在酸性介質(zhì)中，少氧的一方加H2O，另一方加H+；在堿性介質(zhì)中少氧的一方加OH-，另一方加H2O)MnO4- + 8H+ +5e Mn2+ + 4H2OSO32- + H2O 2e SO42- + 2H+（3） 將兩個(gè)半反應(yīng)乘以適當(dāng)系數(shù)，使反應(yīng)中得失電子總數(shù)相等，然后將兩個(gè)半

4、反應(yīng)相加，即為配平的離子方程式。 2 MnO4- + 8H+ +5e Mn2+ + 4H2O+) 5 SO32- + H2O 2e SO42- + 2H+2MnO4-+5SO32-+6H+ 2Mn2+5SO42-+3H2O 例：配平反應(yīng)方程式 1. 在酸性介質(zhì)中2+5得注：在酸性介質(zhì)中，在少氧的一邊加水。 例：配平反應(yīng)方程式 2. 在堿性介質(zhì)中3+2得注：在堿性介質(zhì)中，在少氧的一邊加OH-,另一 邊加水, 。 例：配平28+3得觀察：在酸性介質(zhì)中，在少氧的一邊加水。最后： 酸性介質(zhì)： 在少氧的一邊加水，另一邊加H+。堿性介質(zhì)： 在少氧的一邊加OH-,另一邊加水。中性介質(zhì)： 左邊總是加H2O；右

5、邊若氧少，則加OH-，若氧多，則加H+。小結(jié)： 13.2 電極電勢 13.2.1 原電池 13.2.2 電極電勢的產(chǎn)生 13.2.3 電極電勢的測定 13.2.4 影響電極電勢的因素 13.2.5 電極電勢的應(yīng)用1 Volta電池的構(gòu)造Cu-Zn原電池裝置 原電池氧化反應(yīng) 還原反應(yīng) 金屬導(dǎo)體如 Cu、Zn 惰性導(dǎo)體如 Pt、石墨棒.電極2. 定義：借助于氧化-還原反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為 電能的裝置。 3. 鹽橋的結(jié)構(gòu)與作用 （1）鹽橋的結(jié)構(gòu)：由飽和的KCl和瓊脂煮沸騰后凝 固制得。（2） 鹽橋的作用 ：a.閉合電路。 b.保持兩邊溶液的電中性。 1.書寫原電池符號(hào)的規(guī)則： 負(fù)極“-”在左邊，正極

6、“+”在右邊，鹽橋用“”表示。 半電池中兩相界面用“ ”分開，同相不同物種用“，”分開，溶液、氣體要注明ci，pi 。（3）有金屬導(dǎo)體，則用金屬導(dǎo)體作電極，無金屬導(dǎo)體應(yīng)加惰性電極，如C、Pt。（4） 純液體、固體和氣體寫在電極一邊用“，”分開。二 原電池的表示方法以Cu-Zn 原電池為例：2. 電對的幾種形式 （1）金屬-金屬離子 Zn2+/Zn （2）同種金屬元素的不同價(jià)態(tài) Fe3+/Fe2+ (3) 非金屬的不同價(jià)態(tài) H+/H2 Cl2/Cl- 例：將下列反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池并以原電池符號(hào)表示練習(xí)：將下列反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池并以原電池符號(hào) 表示 13.2.2 電極電勢的產(chǎn)生 M活潑M不活潑稀 溶解

7、 沉積 沉積 溶解-+-+-+13.2.3 電極電勢的測定標(biāo)準(zhǔn)氫電極裝置圖表示為: H+ H2(g) ，Pt1. 標(biāo)準(zhǔn)氫電極 2. 標(biāo)準(zhǔn)電極電勢和標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢 采用還原電勢 E小的電對對應(yīng)的還原型物質(zhì)還原性強(qiáng) E大的電對對應(yīng)的氧化型物質(zhì)氧化性強(qiáng) E無加和性 一些電對的 E與介質(zhì)的酸堿性有關(guān) 酸性介質(zhì)： 堿性介質(zhì)：3 標(biāo)準(zhǔn)電極電勢表4. Nernst方程式 1 Nernst方程式13.2.4 影響電極電勢的因素1. 氧化型或還原型的濃度或分壓2. 介質(zhì)的酸堿性對電極電勢的影響Ag3. 沉淀的生成對電極電勢的影響 氧化型形成沉淀 ，E， 還原型形成沉淀 ，E， 氧化型和還原型都形成沉淀，看二者 的相

8、對大小。小結(jié)：4. 弱電解質(zhì)的生成對電極電勢的影響G=-nEF式中:E為電動(dòng)勢； F為法拉第常數(shù)，數(shù)值為96485C/mol n為電池反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下，G0=-nFE013.3 氧化還原反應(yīng)的方向非標(biāo)態(tài)下反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件為: 即 E 0 反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行 E 0 反應(yīng)逆向自發(fā)進(jìn)行標(biāo)態(tài)下反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件為: 即 E0 0 反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行 E0 0 反應(yīng)逆向自發(fā)進(jìn)行例1：試判斷下述反應(yīng)：Pb2+Sn Pb+Sn2+，在（1）標(biāo)準(zhǔn)態(tài)； （2）非標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，時(shí)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的方向。解：（1）E0=E0（+） -E0（-） =E0（Pb2+/ Pb）-E0（Sn2+/ Sn） =-0.126V

9、-(-0.136V)=0.010V上述反應(yīng)可以自發(fā)向右進(jìn)行。（2）E=（Pb2+/ Pb）-（Sn2+/ Sn）= E0+ 上述反應(yīng)的方向逆轉(zhuǎn)，即自發(fā)地向左進(jìn)行例2、判斷2MnO4-(0.1mol/L)+10Br-(1mol/L)+16H+(10-8mol/L) 2Mn2+(0.1mol/L)+ 5Br2(l)+8H2O反應(yīng)方向。解：MnO4-+8H+5e Mn2+4H2OBr2(l) +2e- 2Br-因?yàn)椋篍=（+） -（-）0即：反應(yīng)逆向進(jìn)行。 所以，該反應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下不能向右進(jìn)行。13.3.2 氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的限度例：計(jì)算下列反應(yīng)：Ag+Fe2+ Ag+Fe3+，（1）在298K時(shí)的平

10、衡常K0；（2）如果反應(yīng)開始時(shí)，c(Ag+)=1.00mol，c(Fe2+)=0.1mol/L，求達(dá)平衡時(shí)Fe3+的濃度？解：（1）K0=3.08（2）設(shè)達(dá)平衡時(shí)，c(Fe3+)=xmol/L Ag+ + Fe2+ Ag + Fe3+始態(tài)濃度(mol/L) 1.00 0.10 0平衡濃度(mol/L) 1.00-x 0.10-x xx=c(Fe3+)=0.074mol/L 電極電勢大的作正極依據(jù)：電極電勢小的作負(fù)極1. 判斷原電池的正、負(fù)極13.2.5 電極電勢的應(yīng)用例： 判斷下列原電池正、負(fù)極，并計(jì)算電動(dòng)勢 例： 例：根據(jù)下列氧化還原反應(yīng)：Cu+Cl2 Cu2+2Cl-組成原電池。已知 p(

11、Cl2)=101325Pa， c(Cu2+)=0.1mol/L， c(Cl-)=0.1mol/L，試寫出此原電池符號(hào)并計(jì)算原電池的電動(dòng)勢。例：由附錄5查得：0（Cu2+/Cu）=0.34V；0（Cl2/Cl-）=1.36V根據(jù)能斯特方程式：Cu2+2e- CuCl2(g) +2e- 2Cl-原電池符號(hào)：(-)Cu Cu2+ (0.1mol/L) Cl-(0.10mol/L) Cl2(P0),Pt(+)E=（+） -（-）=(1.42-0.31)V=1.11V2. 判斷氧化劑、還原劑的強(qiáng)弱電極電勢大的氧化態(tài)的氧化性強(qiáng)，是氧化劑依據(jù)：電極電勢小的還原態(tài)的還原性強(qiáng)，是強(qiáng)還 原劑例：在電極反應(yīng)中：判斷

12、其氧化劑、還原劑的強(qiáng)弱?例：現(xiàn)有含Cl-、Br-、I-的混合溶液，欲將I-氧化成I2 ，而Br-、Cl-不被氧化，在常用的氧化劑Fe2(SO4)3和KMnO4中選擇哪一個(gè)能符合上述要求？Fe 3+只能把I-氧化為I2，而 能把Cl-、Br-、I-氧化為相應(yīng)的單質(zhì)，應(yīng)選擇Fe2(SO4)3。3. 計(jì)算弱電解質(zhì)電離常數(shù)例：已知：計(jì)算：解：構(gòu)造原電池：正極： H+ + e- 1/2H2負(fù)極：1/2H2+CN-e- HCN電池反應(yīng)： H+ + CN- HCN K0=1/ K0i(HCN)E0=0（H+/ H2）-0（HCN/H2）=0-(-0.545)V=0.545VK0i(HCN)）=6.17*10-104. 計(jì)算難溶電解質(zhì)的例： 已知：解：設(shè)計(jì)原電池正極：Pb2+2e- Pb；負(fù)極：Pb+SO42-2e- PbSO4電池反應(yīng)：Pb2+ SO42- PbSO4 K0=1/ K0sp（PbSO4）E0=0（Pb2+/Pb）-0（PbSO4/Pb）=-0.126-(-0.356)V=0.23VK0sp（PbSO4）=1.7*10-8例