有机化学：第七章 氧化还原反应和电极电势

Zn
Zn棒逐渐溶解
现象
溶液的天蓝色减退
CuSO4
所发生的反应
Zn - 2e→Zn2+ Cu2++2e →Cu
有红棕色疏松的铜 在Zn棒表面析出 溶液的温度渐升
Zn+ Cu2+ →Cu +Zn2+
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实验二:
Cu-Zn原电池反应 现象
1、电流表指针发生偏移 2、Zn棒逐渐溶解,Cu棒上有 铜沉积，溶液的天蓝色减退
历 年代 氧化反应 还原反应
认 识
史 18世纪末 与氧化合 从氧化物夺取氧 不
发 19世纪中 化合价升高 化合价降低
断
展 20世纪初 失去电子 得到电子
深 化
7
氧化还原反应的实质？
2e-
Zn + CuSO4 ＝ Cu + ZnSO4 得电子 失电子
H2 + Cl2 ＝
2H
**
C**l
**
**
实质：电子得失或电子偏移
Zn ＋ Cu2+
还原态 氧化态
Zn2+ ＋ Cu
氧化态
还原态
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氧化态和还原态
注意：氧化态常作氧化剂，还原态常作还
原剂；氧化态和还原态是相对而言的。
如：O2
氧化态
H2O2
氧化态/还原态
H2O
还原态
24
三、半反应与氧化还原电对
根据电子转移，氧化还原反应可以拆成两个半 反应，或看成由两个半反应构成。
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三、原电池的电动势与反应的摩尔吉布斯自由 能变的关系
原电池的电动势
(electromotive forces)
电动势符号：E
在没有电流通过的情况 下，正、负两极电势之差 称之为原电池的电动势。
E E E
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原电池电动势的测定
根据对消法原理，用电位差计可直接测量出 E
如：锌铜电池的标准电动势为 1.10 V. (-) Zn|Zn2+(1 mol/dm3)||Cu2+(1mol/dm3)|Cu
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二、氧化剂和还原剂
氧化剂(oxidant)： 在反应中得到电子，氧化数降低的物质 还原剂(reductant)： 在反应中失去电子，氧化数升高的物质
Zn ＋ Cu2+
还原剂 氧化剂
Zn2+ ＋ Cu
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二、氧化剂和还原剂
氧化剂(oxidant)： 在反应中得到电子，氧化数降低的物质 还原剂(reductant)： 在反应中失去电子，氧化数升高的物质 反应介质： 参与反应，在反应前后氧化数不变化的物质
Na2S4O6 +2.5
CrO5 +10
KO3 -1/3
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一、氧化值（Oxidation number）
注意： ①同种元素可有不同的氧化值； ②氧化值可为正负、分数或零； ④氧化值和化合价的区别
15
化合价（quantivalence） 原子间相互结合形成分子时，各原子上 价键的数目。
－
H1
H－N－H
本身被氧化 变成氧化产物
20
二、氧化剂和还原剂
判断一种物质是作氧化剂还是作还原剂， 通常可依据以下原则： ①当元素的氧化数为最高值时，只能作氧化 剂。如： H2SO4 ②当元素的氧化数为最低值时，只能作还原 剂。如：H2S ③处于中间氧化数的元素，它既可以作氧化 剂，也可以作还原剂。如：S、SO2
盐桥(图中U型管)：琼脂 ＋ 强电解质KCl或KNO3等。 盐桥的作用: 构成原电池的 通路、维持溶液电中性。
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====
====
二、原电池的表示方法
为了应用方便，通常用电池符号来表示一个原 电池的组成。如：
(－) Zn│Zn SO4(c1) CuSO4(c2)│Cu (+)
()Pt|Cl2(p)|Cl(c1) H+(c2),Mn2+(c3),MnO4(c4)|Pt(+)
将单质金属插入含该金属离子的溶液中即构 成金属-金属离子电极，如Cu-Zn原电池中的Cu电 极和Zn电极，锌电极的电极符号和电极反应：
电极符号：Zn|Zn2+（c）
电极反应：Zn2+(aq)+2e-
Zn(s)
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电极的类型
金属-金属难溶盐-阴离子电极
在单质金属表面覆盖一层该金属的难溶盐(或 氧化物)，再将其浸入含有难溶盐对应的阴离子溶 液中构成，如银-氯化银电极：
说明：“︱”表示界面；“ ‖ ”表示盐桥：
(－)表示负极； (+)表示正极
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二、原电池的表示方法
书写原电池符号的方法（P149）
(1)在半电池中用“｜”表示电极导体与电解质溶
液之间的界面。
(2)原电池的负极写在左侧，正极写在右侧并用 “＋”、“－”标明正、负极，把正极与负极 用盐桥连接，盐桥用“ ”表示，盐桥两侧是 两个电极的电解质溶液。
S的平均氧化值：+2.5
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一、平氧均化氧值化（值Oxidation number）
氧化值的确定（详见本书P143）
①单质中,元素的氧化值为零。
②O元素的氧化值,在正常氧化物中皆为-2; 在过氧化物中
为-1; 在超氧化物中为-1/2; 在OF2中为+2。F元素在 化合物中的氧化值均为-1。
③H元素在一般化合物中的氧化值为+1;在金属氢化物.如
注意：
——离子-电子法 (半反应法)
①离子电子法只适用于水溶液中进行的反应
②酸性介质中，在氧原子多的一侧加H，在另 一侧加H2O ③碱性介质中，在氧原子少的一侧加OH-，在 另一侧加H2O；如果方程两边氧原子数相等， 可在氢原子多的一侧加OH-，另一侧加水
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第二节 原 电 池
实 验一你: 看Z到n与电Cu子SO转4溶移液的了置吗换？反应
Fe2+(aq)
45
电极的类型
气体-离子电极
将吸附有气体的惰性电极浸入溶解有该气体对 应的溶液中所构成的电极，如氢电极：
电极符号：Pt | H2(p) | H+(c)
电极反应： 2H+(aq)+e-
H2(g)
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三、原电池的电动势与反应的摩尔吉布斯自由 能变的关系
原电池的电动势
(electromotive forces)
NaClO + 2FeSO4 + H2SO4 = NaCl + Fe2(SO4)3 + H2O 氧化剂 还原剂 介质 还原产物 氧化产物
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二、氧化剂和还原剂
氧化剂(oxidizing agent) 氧化数↓的物质 具有氧化性 使还原剂氧化
本身被还原 变成还原产物
还原剂(reducing agent) 氧化数↑的物质 具有还原性 使氧化剂还原
+1 -1
NaCl
+1 -2 +1
H
O × ×
．．
H
C0 l－C0l
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一、氧化值（Oxidation number）
确定元素的氧化值时，必须了解化合物的结构。
如： O -O—S+—4 O-
S
+0
S2O32- 的结构
S的平均氧化值：+2
O
O
+5
+0 +0 +5
-O—S—S—S —S—O-
O
O
S4O62- 的结构
氧化还原反应在我们的身边无处不在
C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + Q C + O2 = CO2 + Q 2N2 + 3H2 = 2NH3
5
置换反应
电极反应
化合反应
氧化还 原反应
分解反应
有机反应
生物作用
6
氧化还原反应
(oxidation-reduction reaction)
(Balancing equations)
配平步骤：
——离子-电子法 (半反应法)
(1)将反应物和产物以离子形式写出
(2)写出两个半反应并分别配平
(3)两个半反应合并
配平关键:书写两个半反应 配平原则:电荷守恒；质量守恒
例题
29
四、氧化还原反应方程式的配平
(Balancing equations)
如： Zn ＋ Cu2+
Zn2+ ＋ Cu
氧化半反应： Zn - 2e- → Zn 2+ 还原半反应： Cu2+ + 2e - → Cu
注意：氧化反应和还原反应总是同时发 生，即半反应不能单独存在。
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三、半反应与氧化还原电对
半反应的通式为：氧化态 + ne- 还原态
Ox + ne-
Red
氧化还原半反应中, 氧化态物质及其对应的还原态物质
第七章
氧化还原反应和电极电势
1
第七章 氧化还原反应和电极电势
第一节 氧化还原的基本概念 第二节 原电池 第三节 电极电势 第四节 电极电势的应用 第五节 元素电势图和电势-pH图
2
了解金属电极电势的产生机理；
本
章
熟悉氧化值的概念，氧化还原反应方程 式的配平，盐桥的作用，元素电势图及
基 应用；
本 掌握原电池的组成和表示方法，原电池
21
氧化剂与还原剂是同一物质的氧化还原 反应称为自身氧化还原反应。
2KClO3（s） 加＝热
失电子
2KCl+3O2↑
得电子
在氧化还原反应中，某一物质中的同一
元素部分被氧化，部分被还原，这类反应称
为歧化反应。
失电子
Cl2 + H2O ＝ HClO + HCl
得电子
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氧化态和还原态
氧化态(oxidation state)： 物质处于相对较高氧化数的状态 还原态(reduction state)： 物质处于相对较低的氧化数状态
3
O＝C＝O
24
Cl－Cl
1
16
氧化数与化合价的异同点
概念不同：氧化数不是一个元素所带的真实 电荷，是对元素外层电子偏离原子状态的 人为规定值，是一种形式电荷数；化合价 反映的是原子间形成化学键的能力。
数值有所不同：在许多情况下，化合物中元 素的氧化数与化合价具有相同的值；但氧 化数可以是正负、分数或零；而化合价只 能为正整数。
NaH 中为-1。
④在简单离子中,元素的氧化值等于该元素离子的电荷数;
在复杂离子中,元素的氧化值代数和等于离子的电荷数。
⑤在中性分子中,各元素的氧化值代数和为零。
例题
12
一、氧化值（Oxidation number）
Question 确定氧化数
（1）Na2S2O3 +2
（2）K2Cr2O7 +6
（3）KO2 -0.5
要 的电动势与反应的摩尔吉布斯自由能变
求 的关系，标准电极电势，能斯特方程，
电极电势的应用。
3
本章重点
氧化值 离子-电子法配平 原电池的表示方法 原电池的电动势与反应的摩尔吉布斯自由
能变的关系
能斯特方程 确定氧化还原反应进行的程度
本章难点
氧化还原反应方程式的配平 电极电势的概念、产生机理
4
氧化还 原反应
电极符号：Ag | AgCl | Cl-(c)
电极反应：AgCl(s) +e-
Ag(s)+ Cl-(c)
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电极的类型ຫໍສະໝຸດ 氧化还原电极将一惰性电极浸入溶解有同一元素的两种氧 化态离子的溶液中就构成一个氧化还原电极，如 Fe3+/Fe2+:
电极符号：C(石墨)|Fe3+(c1)， Fe2+(c2)
电极反应： Fe3+(aq)+e-
组成氧化还原电对。记为:氧化态/还原态或Ox/Red。
如： MnO4-/Mn2+；Cu2+/Cu；Zn2+ /Zn；
又如： 2Fe3+ ＋Sn2+
2 Fe2+ ＋Sn4+
半反应 Fe3+ + e- → Fe2+
Sn2+ →Sn4+ + 2e-
对应电对 Fe3+/Fe2+ Sn4+/Sn2+
26
四、氧化还原反应方程式的配平
(Balancing equations)
配平步骤：
——氧化值法
（1）写出反应物和产物的化学式；
（2）标出氧化值发生变化的元素的氧化值，计
算出氧化值升高和降低的数值；
（3）利用最小公倍数确定氧化剂和还原剂的化
学计量数。
（4）配平氧化值没有变化的元素原子，并将箭
号改成等号。
例题
27
四、氧化还原反应方程式的配平
组成原电池的导体叫电极(或半电池)。
负极: Zn (s) -2e- →Zn2+(aq)
组成
氧化反应
正极: Cu2+(aq)+2e- →Cu(s)
还原反应
电池反应: Zn+ Cu2+ →Cu +Zn2+
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一、原电池的组成
原电池(primary cell): 借助氧化还原反应产生电流， 从而使化学能转变成电能的装置。 组成原电池的导体叫电极(或半电池)。
3、取出盐桥,指针回零;放入 盐桥, 指针偏转
原理
Zn - 2e →Zn2+
Cu2++2e →Cu
Zn+ Cu2+ →Cu +Zn2+
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一、原电池的组成
原从电理池论(p上rim讲a：ry 任cel一l):自借发助的氧氧化化还还原反原应反产应生都电可流以， 从设而计使成化一学个能原转电变成池电。能的装置。
特征：反应前后元素氧化值发生改变
8
第一节 氧化还原反应的基本概念
一、氧化值 二、氧化剂和还原剂 三、氧化还原电对 四、氧化还原反应方程式的配平
9
一、氧化值（Oxidation number）
定义为某元素一个原子的荷电数，这种荷电数由假 设把每个化学键中的电子指定给电负性较大的原子 而求得。
如：
NaCl H–O–H
(3)溶液要注明浓度，气体要注明分压力。
(4)如果电极中没有电极导体，必须外加一惰性电 极导体，惰性电极导体通常是不活泼的金属
例题 （如铂）或石墨。
39
====
电极的类型
• 金属-金属离子电极 • 金属-金属难溶盐-阴离子电极 • 氧化还原电极 • 气体-离子电极
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电极的类型
金属-金属离子电极