第十章 氧化还原平衡

酸性介质： 多 n个O加 2n个H+，另一边 加 n个 H2O 碱性介质：
多 n个 O加 n个 H2O，另一边 加 2n个OH中性介质：
右边多 n个 O加 2n个 H+，左边加n个 H2O
左边多 n个 O加 n个 H2O，右边加 2n个 OH-
10.2 原电池
10.2.1 原电池的概念
实验：一块Zn片放入CuSO4溶液中 现象：Zn片慢慢溶解，红色的Cu在锌片上析出，蓝色的硫酸 铜溶液颜色逐渐变浅。 原因：发生了氧化还原反应，电子转移。 反应式：Zn+ Cu2＋ Cu+ Zn2＋
根据氧化数的概念，元素氧化数有变化的反应是氧化还原反应。
的过程叫还原，所含元素氧化数降低的物质叫氧化剂。
氧化数较高者常做氧化剂，氧化数较低者常做还原剂，氧 化数处于中间状态的元素，即可作氧化剂，也可做还原剂。 Cl2+2e → 2ClNa → Na+ + e 得电子，氧化数降低，氧化剂 失电子，氧化数升高，还原剂
电极组成式 Pt ∣Fe2+(c1)，Fe3+(c2) 电极反应 Fe3+ + e Fe2+
例：浓HCl与高锰酸钾制备氯气的反应如下： 2KMnO4 +16 HCl ═2 MnCl2 +2 KCl +5 Cl2 ↑ +8H2O 将此反应设计成原电池，写出正负极的反应，电池反应，电极 组成式以及电池组成式。 解：先将上述方程式写成离子方程式：
2MnO4- + 16H+ + 10Cl-
2Mn2+ + 5Cl2 ￪+8H2O
Mn2+ +4H2O
正极(还原)反应： MnO4- + 8H+ + 5e
负极(氧化)反应： 2Cl- - 2e
Cl2 ￪
在正负极反应中均无可作为极板的金属导体，所以选用惰性导 体Pt作为极板。
正极组成式 Pt | MnO4-(c1), Mn2+(c2)，H+(c3) 负极组成式 Pt ， Cl2(p) | Cl- (c) 电池反应： 2MnO4- + 16H+ + 10Cl-
(3)金属-金属难溶盐-阴离子电极 是将一种金属表面均匀涂上其金属难溶盐的固体，然后浸入 与该盐具有相同阴离子的溶液中所组成的电极。 如：Ag-AgCl电极 电极组成式 Ag，AgCl(s)∣Cl- (c) 电极反应 AgCl + e Ag + Cl(4)氧化还原电极 是将惰性导体浸入含有同一元素的两种不同氧化数的离子溶 液中所组成的电极。 如：Fe3+/Fe2+ 电极
10.1.3 氧化还原方程式的配平
氧化数法 配平原则：
(1). 元素原子氧化数升高的总数等于元素原子氧化数降低的总数 (2). 反应前后各元素的原子总数相等
例 ：配平KMnO4氧化HCl制取Cl2的反应方程式 解：（1）写出反应物和生成物的化学式。 KMnO4 + HCl → MnCl2 + KCl + Cl2 （2）找出元素氧化数降低的数值和元素氧化数升高的数值。
两个式子称为半反应，单独的半反应无法进行，必须氧化 过程和还原过程同步进行。
上述两个半反应合并：
2Na + Cl2 2NaCl 有明显的电子得失 都是氧 化还原 无明显的电子得失， 反应。 但有电子的偏移。的本质是电子的得失或偏移
对氧化还原反应: Cu2+ + Zn = Zn2+ + Cu 拆分成两个半反应：
+7
-1
+2
0
KMnO4 +2 HCl → MnCl2 + KCl + Cl2 （3）根据氧化数升高和降低的总数相等，确定基本系数。 氧化数升高值：2Cl -1 → 0 ↑2×1 ×5=10 ×2=10 氧化数降低值：Mn +7 → +2 ↓ 5
2KMnO4 +10 HCl → 2 MnCl2 +2 KCl +5 Cl2
(1)负极“-‖在左边，正极“+‖在右边；
(2)半电池中两相界面用“ | ‖分开，盐桥用“‖‖表示； (3)同相中不同物质用“，”分开； (4)当气体或液体作为电极无法与导线连接时，一般用不活泼的 惰性导体作电极极板起导电作用。 惰性电极： 如Pt ，石墨能导电而不参与电极反应的电极
Fe3+(c1)，Fe2+(c2) | Pt (+)
能量转化：化学能→热能
现象： 检流计指针偏转，有电流通 过。 原因： 发生了氧化还原反应，电子转 移。 反应： 锌片上：Zn＝ Zn2++2e 铜片上：Cu2++2e＝Cu 能量转化：化学能→电能
定义：利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装臵叫原电池
锌负极： Zn – 2e → Zn2+ 铜正极：Cu2+ + 2e → Cu 总反应：Zn + Cu2+ ═ Zn2+ + Cu 氧化反应 电极反应 还原反应 电池反应
(7)电极中含有不同氧化态同种离子时，高氧化态离子靠近盐 桥，低氧化态离子靠近电极，中间用“，”分开。 Sn4+(c1)，Sn2+(c2) | Pt (+) (8)参与电极反应的其它物质也应写入电池符号中 Cr2O72-(c1), H+(c2), Cr3+(c3) | Pt (+) (-) Pt，O2(p) | H2O，OH- (c1)
(4) H 的氧化数一般为+1 但活泼金属氢化物中H的氧化数为-1
如：NaH；Na H 氧化数 +1 -1 (5) O的氧化数一般为-2
但氟化物 如：OF2 ；O
过氧化物
F；
氧化数：+2 -1
H2O2 ；H O；氧化数 +1 -1 1 在超氧化物中为 ，如在KO2中。 2 (6)氟的氧化数在所有化合物中均为-1。其它卤素原子的氧 化数在二元化合物中为-1。 但在卤族的二元互化物中，列在周期表中靠前的卤原 子的氧化数为-1，靠后的氧化数为+1。如在BrCl中，Br的 氧化数为+1，Cl的氧化数为-1。
(-) Pt, Cl2(p) | Cl- (c)
电 极 组 成 式
(5)纯液体、固体和气体写在紧靠惰性电极一边用“,‖分开。 如H2(g)、Br2(l)、和I2 (s)等。 (6)电极中溶液要注明c 、气体要注明p。当浓度为1mol/L时， 可以省略不写。 H+(c1) | H2(p), Pt(+) (-)Pt，O2(p) | OH- (c1) (-)Zn | Zn2+(c1) H+(c2) | H2(p), Pt(+)
注意：
（1）难溶电解质、弱电解质应写成分子形式，有沉淀、气体 的生成应标明物理状态。
（2）在酸性介质中，半反应中不应有OH-，在碱性介质中， 半反应中不应有H+。
（3）如果氧化和还原半反应中式子前后O原子数不同，可以 按照反应是在酸性还是碱性介质中进行，相应添加H2O, H+或 OH-。使式子两侧O原子数相等。
10.2.3 电极类型
(1)金属－金属离子电极 是将某种金属插入其盐溶液所组成的电极
如：Zn2+/Zn电极 电极组成式 Zn ∣ Zn2+(c) 电极反应 Zn2++2e Zn
(2)气体电极 是将气体通入其相应的离子溶液中，并用惰性导体作电极 所组成的电极。 如：氯气电极 电极组成式 Pt，Cl2(p)∣Cl- (c) 电极反应 Cl2 +2e Cl-
（4）用观察法确定确定氧化数未发生变化的元素的原子数目， 必要时可加上适当数目的酸、碱以及水分子。
2KMnO4 +16 HCl → 2 MnCl2 +2 KCl +5 Cl2
（5）检查等式两边各原子的个数是否相等，并将箭号改成等号。 2KMnO4 +16 HCl ═ 2 MnCl2 +2 KCl +5 Cl2 ↑ +8H2O
离子-电子法 配平原则：
(1). 反应过程中氧化剂得到的电子数等于还原剂失去的电子数 (2). 反应前后各元素的原子总数相等
(3). 方程式两边离子的电荷总数相等
例：配平KMnO4＋HCl →MnCl2＋Cl2
（1）写出离子反应方程式 MnO4- + Cl- →Mn2+ +Cl2 （2）将离子反应方程式拆分成氧化和还原两个半反应 氧化半反应：Cl- → Cl2 还原半反应：MnO4- → Mn2+ （3）配平两个半反应(物料平衡和电荷平衡） 2Cl- －2e→ Cl2 MnO4- +8H++5e → Mn2+ +4H2O
氧化反应 还原反应
Zn → Zn2+ + 2eCu2+ + 2e- → Cu
Cu2+/Cu，Zn2+/Zn 称为氧化还原电对，其中，氧化数较高的物 质称为氧化型物质，常用Ox表示；氧化数较低的物质称为还原 型物质，常用Red表示。氧化还原电对常写成氧化型/还原型。
H+/H2、Sn4+/Sn2+
在氧化还原电对中，氧化型物质得电子，在反应中做氧 化剂，还原型物质失电子，在反应中做还原剂。 通常氧化型物质的氧化性越强，则其共轭还原型物质的 还原性越弱。如Cl2/Cl-电对，Cl2的氧化性较强，则Cl-的还原 性较弱。 反之，还原型物质的还原性越强，则其共轭氧化型物质 的氧化性越弱。如Na+/Na电对, Na的还原性较强，则Na+的 氧化性很弱。
10.2.2 原电池的组成式