第五章 氧化和還原反應(yīng)

1、掌握氧化數(shù)的定義及計(jì)算；2、了解半反應(yīng)及氧化還原電對(duì)；3、掌握原電池及電極電勢(shì)；4、熟練掌握能斯特方程及其應(yīng)用；5、學(xué)會(huì)應(yīng)用電極電勢(shì)解決問題。

置換反應(yīng)電極反應(yīng)氧化還原反應(yīng)

分解反應(yīng)

有機(jī)反應(yīng)

生物作用

化合反應(yīng)C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O+QC+O2=CO2+QNaCl+H2O=NaOH+Cl2+H2

第一節(jié)氧化還原反應(yīng)生命活動(dòng)日常生活化工生產(chǎn)氧化還原反應(yīng)在我們的身邊無處不在，例如鐵銹的生成，煤氣的利用等，下面讓我們從三個(gè)方面具體看一看。Zn+CuSO4Cu+ZnSO42e得電子失電子H2+Cl22H

Cl

********本質(zhì)：電子得失或電子偏移一、氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)

1970年國(guó)際純悴與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)較嚴(yán)格地定義了氧化數(shù)的概念：提出了氧化數(shù)（或氧化值）的概念?！趸瘮?shù)(oxidationnumber)是某元素一個(gè)原子的荷電數(shù)，這種荷電數(shù)是假設(shè)把每個(gè)鍵中的電子指定給電負(fù)性較大的原子而求得的。二、氧化數(shù)

根據(jù)氧化數(shù)的定義，可以得出幾點(diǎn)規(guī)則：

（1）在單質(zhì)分子中元素的氧化數(shù)為零。如H2、O2等物質(zhì)中元素的氧化數(shù)為零。（2）在化合物中，所有元素的氧化數(shù)的代數(shù)和為零。（3）單原子離子的氧化數(shù)等于離子的電荷數(shù)。（4）多原子離子中所有元素的氧化數(shù)的代數(shù)和等于離子的電荷數(shù)。三、確定氧化數(shù)的規(guī)則

求NH4+

中N的氧化數(shù)x+（+1）×4=+1，x=-3求Cr2O72-中Cr的氧化數(shù)2x+（-2）×7=-2，x=+62、求HNO3中N的氧化數(shù)答案：（+1）+x+（-2）×3=0，x=+51、求Fe3O4中Fe的氧化數(shù)答案：3x+（-2）×4=0，x=+8/3Fe3O4→FeO·Fe2O3，三個(gè)Fe原子共給出8個(gè)電子氧化劑(oxidizingagent)還原劑(reducingagent)

氧化數(shù)↓的物質(zhì)氧化數(shù)↑的物質(zhì)具有氧化性具有還原性使還原劑氧化使氧化劑還原本身被還原本身被氧化四、氧化劑和還原劑

變成還原產(chǎn)物變成氧化產(chǎn)物Cl2+H2O=HClO+HCl氧化劑:Cl2還原劑:Cl2NaClO+2FeSO4+H2SO4=NaCl+Fe2（SO4）3+H2O氧化劑:NaClO還原劑:FeSO4介質(zhì):H2SO4

1、Zn+(稀)H2SO4=ZnSO4+H2

2、2FeBr3+3Cl2=2FeCl3+3Br2指出下列各反應(yīng)中氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物分別是什么物質(zhì)。還原劑還原劑氧化劑氧化劑還原產(chǎn)物氧化產(chǎn)物氧化產(chǎn)物還原產(chǎn)物五、氧化還原電對(duì)和半反應(yīng)

在氧化還原反應(yīng)中，表示氧化還原過程的方程式，分別叫氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，統(tǒng)稱為半反應(yīng)。如：氧化反應(yīng)：Zn—2e-Zn2+還原反應(yīng)：Cu2++2e-Cu通常將半反應(yīng)中氧化數(shù)較高的那種物質(zhì)叫氧化態(tài)（如Zn2+，Cu2+）；氧化數(shù)較低的那種物質(zhì)叫還原態(tài)(如Zn，Cu)。半反應(yīng)中的氧化態(tài)和還原態(tài)是彼此依存、相互轉(zhuǎn)化的，這種共軛的氧化還原體系稱為氧化還原電對(duì)，電對(duì)用“氧化態(tài)/還原態(tài)”的形式表示，如Cu2+/Cu、Zn2+/Zn。一個(gè)電對(duì)就代表一個(gè)半反應(yīng)，半反應(yīng)可用下列通式表示：氧化態(tài)+ne還原態(tài)而每個(gè)氧化還原反應(yīng)是由兩個(gè)半反應(yīng)組成的?！鞍⒛羌{”號(hào)的沉沒之謎二十世紀(jì)初，“阿那吉納”號(hào)貨輪在向日本海岸行駛時(shí)，船體突然漏水!而貨輪既沒有跟其他船相撞也沒有觸礁？但厚厚的鋼板卻穿了孔。你能揭開謎底嗎？第二節(jié)原電池和電極電勢(shì)一、原電池(primarycell)現(xiàn)象Zn棒逐漸溶解溶液的天藍(lán)色減退有紅棕色疏松的銅在Zn棒表面析出溶液的溫度漸升Zn-2e→Zn2+Cu2++2e→Cu所發(fā)生的反應(yīng)Zn+Cu2+→Cu+Zn2+實(shí)驗(yàn)一:

Zn與CuSO4溶液的置換反應(yīng)CuSO4Zn實(shí)驗(yàn)二:Zn-Cu原電池反應(yīng)3、取出鹽橋,指針回零;放入鹽橋,指針偏轉(zhuǎn)1、電流表指針發(fā)生偏移2、Zn棒逐漸溶解,銅棒上有銅沉積CuCuSO4ZnSO4ZnAe-KCl裝置現(xiàn)象原理Zn-2e→Zn2+Cu2++2e→Cu

1780年，意大利的醫(yī)學(xué)家伽伐尼(Galvani，L)在偶然的情況下，以銅制的解剖刀觸碰到置于鐵盤內(nèi)的青蛙，發(fā)現(xiàn)其立刻產(chǎn)生抽搐現(xiàn)象，因而認(rèn)為有微電流流過，他主張是生物本身內(nèi)在的自發(fā)電流，被認(rèn)為是提出了原電池的雛形。伽伐尼因研究動(dòng)物電，發(fā)現(xiàn)電可使肌肉及神經(jīng)活動(dòng)，他并認(rèn)為腦是分泌“電液”的器官，而神經(jīng)則是連接「電液」和肌肉的導(dǎo)體，他的研究開啟了19世紀(jì)電流生理學(xué)的發(fā)展，今天醫(yī)學(xué)上的電療法、心電圖等研究，都發(fā)源于此。為了紀(jì)念他的貢獻(xiàn)，在英文里把檢流計(jì)稱為galvanometer，金屬鍍鋅的程序稱為galvanizing。原電池的雛形原電池:借助于氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生電流，從而使化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置叫做原電池。組成原電池的導(dǎo)體叫電極。負(fù)極：Zn（S）-2e-→Zn2+（aq）氧化反應(yīng)正極：Cu2+（aq）+2e-→Cu（S）還原反應(yīng)-+CuCuSO4ZnSO4ZnAe-KCl裝置二、原電池相關(guān)概念電流方向:正級(jí)→負(fù)級(jí)電子流向:負(fù)級(jí)→正級(jí)三、原電池的符號(hào)為了應(yīng)用方便。通常用電池符號(hào)來表示一個(gè)原電池的組成，如銅—鋅原電池可表示如下：（—）Zn︱ZnSO4（C1）CuSO4（C2）︱Cu（+）電池符號(hào)書寫如下規(guī)定：(1)一般把負(fù)極寫在左邊，正極寫在右邊。（4）對(duì)于某些電極的電對(duì)自身不是金屬導(dǎo)電體時(shí)，則需外加一個(gè)能導(dǎo)電而又不參與電極反應(yīng)的惰性電極，通常用鉑作惰性電極。（3）用化學(xué)式表示電池物質(zhì)的組成，并要注明物質(zhì)的狀態(tài)，而氣體要注明其分壓．溶液要注明其濃度。如不注明，一般指1mol/L或100kPa。（2）用“︱”表示物質(zhì)間有一界面；不存在界面用“，”表示；用“‖”表示鹽橋：寫出下列電池反應(yīng)對(duì)應(yīng)的電池符號(hào)。1、Fe+CuSO4=FeSO4+Cu2、Mg+2H+=Mg2++H2電極電勢(shì)的產(chǎn)生——金屬的平衡電勢(shì)--------++++++++M----++++++++----M能斯特的雙電層理論（德）e-四、電極電勢(shì)和電池電動(dòng)勢(shì)不活潑金

屬活潑金屬M(fèi)n+Mn+規(guī)定:標(biāo)準(zhǔn)氫電極的電極電勢(shì)為0VH2(g)2H+(aq)+2e-壓力為100kPa的純H2流H+離子濃度為1mol·L-1的硫酸溶液Pt鍍有鉑黑的Pt片標(biāo)準(zhǔn)氫電極的電極符號(hào)PtH2(100kPa)H+(1mol/L)H2電極與溶液中的H+建立平衡如下1、標(biāo)準(zhǔn)氫電極即(H2/H+)=0.0000V某電對(duì)的電極電勢(shì)如何求?？2、標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)規(guī)定：所有的離子濃度都為1mol/L，氣體壓力為100kPa，固體、液體為純物質(zhì)，此時(shí)的狀態(tài)稱為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。

標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)用表示，標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)用E表示，根據(jù)物理學(xué)知識(shí)可知：(2)

的數(shù)值越小，其電對(duì)中還原型物質(zhì)的還原性越強(qiáng)。越大，其電對(duì)中氧化型物質(zhì)的氧化性越強(qiáng)。=

-0.7618V(1)

Zn2++2eZn3、標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)表(4)標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)表分為酸表和堿表。Fe3++eFe2+只能存在于酸性溶中.MnO4-+eMnO42-只能存在于堿性溶液中.Zn2++2eZn2Zn2++4e2Zn

與電極反應(yīng)中的計(jì)量數(shù)無關(guān)。例：以下兩個(gè)反應(yīng)的＝-0.7618伏1、干電池負(fù)極（鋅筒）：Zn–2e-=Zn2+正極（石墨）：2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3+H2O電池簡(jiǎn)介2、蓄電池正極：PbO2負(fù)極：Pb電解質(zhì)溶液：H2SO4(密度為1.25g/ml~1.28g/ml