氧化还原反应 大学无机化学ppt课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
氧化还原反应
§ 9-1 氧化还原反应的基本概念
氧化还原反应的定义 氧化数
定义
最初：把一种物质同氧化合的反应称为氧化 把含氧的物质失去氧的过程称为还原
后来：氧化过程实质上是失去电子的过程 还原过程实质上是得到电子的过程
氧化还原反应 有电子的得失或电子的重排发生的反应，反应前后某些原 子的带电状态发生变化，表现为某些元素氧化数的变化。有氧化数变化的 反应称为氧化还原反应。
(3) 取出盐桥，检流计指针回至零点; 放入盐桥，指针又发 生偏转，说明盐桥起了使整个装置构成通路的作用。
在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子迁 移完成的。
上述装置中所进行的总反应是: Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu
但这种氧化还原反应的两个半反应分别在两处进行，一 处进行还原剂的氧化，另一处进行氧化剂的还原。电子不是 直接从还原剂转移给氧化剂，而是通过外电路进行转移。电 子进行有规则的定向流动，从而产生了电流，实现了由化学 能到电能的转化。
片附近的水层中，对金属离子有排斥作用，阻碍金属的继续溶解。当v溶解 = v沉淀 时，达到一种动态平衡，这样在金属与溶液之间，由于电荷的不均等
，便产生了电位差。
金属不仅浸在纯水中产生电位差，即使浸入含有该金属盐溶液中，也发生 相同的作用。由于溶液中已经存在该金属的离子，所以离子从溶液中析出， 即沉积到金属上的过程加快，因而使金属在另一电势下建立平衡。如果金 属离子很容易进入溶液，则金属在溶液中仍带负电荷，只是比纯水中时所 带的负电荷要少 ( 如图a )；如果金属离子不易进入溶液，溶液中已经存在 的正离子起初向金属沉积速度可能超过正离子由金属进入溶液的速度，因 而可使金属带正电荷（如图b）。
电极电势的产生
把任何一种金属片（M）插入水中，由于极性很大的水分子与构成晶格 的金属离子相吸引而发生水合作用，结果一部分金属离子与金属中的其它 金属离子之间的键力减弱，甚至可以离开金属而进入与金属表面接近的水 层之中。金属因失去金属离子而带负电荷，溶液因进入了金属离子而带正 电荷，这两种相反电荷彼此又相互吸引，以致大多数金属离子聚集在金属
原电池是由两个半电池组成的。在每个半电池中同时包含有同 一个元素的不同氧化数的两个物种所组成的电对。分别在两个半电 池中所发生的氧化或还原反应叫做半电池反应，或电极反应。氧化 和还原的总反应称为电池反应。
半电池中的固态导体有时狭义的叫做电极，有些固态导体只起 导电的作用而不参与氧化或还原反应，叫做惰性电极，如金属铂 (Pt)、石墨棒等；也有的固态导体除起导电作用外，还参与半电池 反应。例如，在铜锌原电池中的锌电极和铜电极。
应 电 电解 在电解质溶液中通人直流电，供给足够的能量， 化 （电解池）使两个电极附近分别发生氧化和还原反应
学
反
在氧化剂和还原剂不直接接触下，通过某种装 原电池 置（原电池）发生氧化还原反应从而产生电流
非自发的
电解池
电能转变为化学能
自发的
原电池
化学能转变为电能
都是以氧化还原反应为基础
原电池
把一块锌片放在硫酸铜溶液中时，就会观察到红色的铜
c.碱金属的氧化数为+1，碱土金属的氧化数为+2。
计算下列各元素的氧化数
1、CO2 2、HCHO
3、KClO4
CH4
H3COH HCOOH HCHO
化合价
4
4
4
4
氧化数
4
2
+2
0
§ 9-2 氧化还原反应与电化学
电化学 原电池 电极电势
电化学
在氧化还原反应中某些物质有氧化数的升高或降低，或者 说有电子从一种原子(或离子)向另一种原子(或离子)的转移 ，因此氧化还原反应与电现象密切有关。研究化学反应中 电现象及其应用的学科叫做电化学。
4、若干关键元素在化合物中的氧化数有定值。
a. 氢在化合物中的氧化数一般为+1，但在活泼金属的
氢化物（NaH，CaH2 ，LiAlH4等中）其氧化数为-1。 (ZrH1.98则有不同的含义)
b. 氧在化合物中氧化数一般为-2。例外的有：H2O2，
Na2O2中O为-1；OF2中O为+2；KO2（超氧化钾）中O 为-1/2；O3-中氧为-1/3。
这种借助于氧化还原反应产生电流的装置，叫做原电池。 上述原电池叫做铜锌原电池。
❖ 原电池的表示方法：
(-) Zn|Zn2+ (C1) ‖ Cu2+ (C2)|Cu (+) “|”表示液-固相有一界面； “‖”表示盐桥。
在有气体参加的电池中还要表明气体的压力，溶液要表明浓度
原电池
给出电子的电极为负极 （发生氧化反应 ） 接受电子的电极为正极 （发生还原反应 ）
氧化数
某元素一个原子的电荷数，这种电荷数由假设把化合物中各成键的电子 都归电负性更大的原子而求得。
确定氧化数的规则如下
1、在单质中（Cu，O2，O3），元素原子的氧化数为零 2、分子中，所有原子的氧化数的代数和为零
3、在简单离子化合物中，正负离子的电荷数就是它的氧化数；在多原子离子 中，各原子的氧化数的代数和等于离子的电荷数。
可以采用一种装置使氧化还原反应发生时电子进行定向流 动而产生电功 ，如下图所示：
Cu-Zn原电池装置
由此可观察到：
(1) 检流计指针发生偏转，说明金属导线上有电流通过; 根 据指针偏移方向可以判定锌棒为负极，铜棒为正极，电流 的方向从正极到负极，而电子流动的方向是从负极到正极。
(2) 在铜棒上有金属铜沉积上去，而锌棒则溶解。
在一个烧杯中放入含有Fe2+和Fe3+的溶液; 另一烧杯中放入含有Sn2+ 和 Sn4+ 的溶液，分别插入铂片作为电极，用盐桥、导线等联接起来成为 原电池，这样也会有电流产生吗？
电极电势
电极电势 标准电极电势 电极类型与电极的表示方式 电极电势的应用
电极电势 为什么电子从Zn原子转移给Cu2+ 而不是从Cu原子转移给Zn2+ 呢?
不断地沉积在锌片上，蓝色硫酸铜溶液的颜色逐渐变浅。与
此同时还伴随着锌片的溶解。锌与铜离子之间发生了氧化还
原反应：
Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu
由于锌与硫酸铜溶液直接接触，电子就从锌原子直接转给 铜离子(不会形成电子的定向流动)。随着氧化还原反应的进行， 有热量放出，说明反应过程中Biblioteka Baidu学能转变为热能，但并不能做 功。
§ 9-1 氧化还原反应的基本概念
氧化还原反应的定义 氧化数
定义
最初：把一种物质同氧化合的反应称为氧化 把含氧的物质失去氧的过程称为还原
后来：氧化过程实质上是失去电子的过程 还原过程实质上是得到电子的过程
氧化还原反应 有电子的得失或电子的重排发生的反应，反应前后某些原 子的带电状态发生变化，表现为某些元素氧化数的变化。有氧化数变化的 反应称为氧化还原反应。
(3) 取出盐桥，检流计指针回至零点; 放入盐桥，指针又发 生偏转，说明盐桥起了使整个装置构成通路的作用。
在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子迁 移完成的。
上述装置中所进行的总反应是: Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu
但这种氧化还原反应的两个半反应分别在两处进行，一 处进行还原剂的氧化，另一处进行氧化剂的还原。电子不是 直接从还原剂转移给氧化剂，而是通过外电路进行转移。电 子进行有规则的定向流动，从而产生了电流，实现了由化学 能到电能的转化。
片附近的水层中，对金属离子有排斥作用，阻碍金属的继续溶解。当v溶解 = v沉淀 时，达到一种动态平衡，这样在金属与溶液之间，由于电荷的不均等
，便产生了电位差。
金属不仅浸在纯水中产生电位差，即使浸入含有该金属盐溶液中，也发生 相同的作用。由于溶液中已经存在该金属的离子，所以离子从溶液中析出， 即沉积到金属上的过程加快，因而使金属在另一电势下建立平衡。如果金 属离子很容易进入溶液，则金属在溶液中仍带负电荷，只是比纯水中时所 带的负电荷要少 ( 如图a )；如果金属离子不易进入溶液，溶液中已经存在 的正离子起初向金属沉积速度可能超过正离子由金属进入溶液的速度，因 而可使金属带正电荷（如图b）。
电极电势的产生
把任何一种金属片（M）插入水中，由于极性很大的水分子与构成晶格 的金属离子相吸引而发生水合作用，结果一部分金属离子与金属中的其它 金属离子之间的键力减弱，甚至可以离开金属而进入与金属表面接近的水 层之中。金属因失去金属离子而带负电荷，溶液因进入了金属离子而带正 电荷，这两种相反电荷彼此又相互吸引，以致大多数金属离子聚集在金属
原电池是由两个半电池组成的。在每个半电池中同时包含有同 一个元素的不同氧化数的两个物种所组成的电对。分别在两个半电 池中所发生的氧化或还原反应叫做半电池反应，或电极反应。氧化 和还原的总反应称为电池反应。
半电池中的固态导体有时狭义的叫做电极，有些固态导体只起 导电的作用而不参与氧化或还原反应，叫做惰性电极，如金属铂 (Pt)、石墨棒等；也有的固态导体除起导电作用外，还参与半电池 反应。例如，在铜锌原电池中的锌电极和铜电极。
应 电 电解 在电解质溶液中通人直流电，供给足够的能量， 化 （电解池）使两个电极附近分别发生氧化和还原反应
学
反
在氧化剂和还原剂不直接接触下，通过某种装 原电池 置（原电池）发生氧化还原反应从而产生电流
非自发的
电解池
电能转变为化学能
自发的
原电池
化学能转变为电能
都是以氧化还原反应为基础
原电池
把一块锌片放在硫酸铜溶液中时，就会观察到红色的铜
c.碱金属的氧化数为+1，碱土金属的氧化数为+2。
计算下列各元素的氧化数
1、CO2 2、HCHO
3、KClO4
CH4
H3COH HCOOH HCHO
化合价
4
4
4
4
氧化数
4
2
+2
0
§ 9-2 氧化还原反应与电化学
电化学 原电池 电极电势
电化学
在氧化还原反应中某些物质有氧化数的升高或降低，或者 说有电子从一种原子(或离子)向另一种原子(或离子)的转移 ，因此氧化还原反应与电现象密切有关。研究化学反应中 电现象及其应用的学科叫做电化学。
4、若干关键元素在化合物中的氧化数有定值。
a. 氢在化合物中的氧化数一般为+1，但在活泼金属的
氢化物（NaH，CaH2 ，LiAlH4等中）其氧化数为-1。 (ZrH1.98则有不同的含义)
b. 氧在化合物中氧化数一般为-2。例外的有：H2O2，
Na2O2中O为-1；OF2中O为+2；KO2（超氧化钾）中O 为-1/2；O3-中氧为-1/3。
这种借助于氧化还原反应产生电流的装置，叫做原电池。 上述原电池叫做铜锌原电池。
❖ 原电池的表示方法：
(-) Zn|Zn2+ (C1) ‖ Cu2+ (C2)|Cu (+) “|”表示液-固相有一界面； “‖”表示盐桥。
在有气体参加的电池中还要表明气体的压力，溶液要表明浓度
原电池
给出电子的电极为负极 （发生氧化反应 ） 接受电子的电极为正极 （发生还原反应 ）
氧化数
某元素一个原子的电荷数，这种电荷数由假设把化合物中各成键的电子 都归电负性更大的原子而求得。
确定氧化数的规则如下
1、在单质中（Cu，O2，O3），元素原子的氧化数为零 2、分子中，所有原子的氧化数的代数和为零
3、在简单离子化合物中，正负离子的电荷数就是它的氧化数；在多原子离子 中，各原子的氧化数的代数和等于离子的电荷数。
可以采用一种装置使氧化还原反应发生时电子进行定向流 动而产生电功 ，如下图所示：
Cu-Zn原电池装置
由此可观察到：
(1) 检流计指针发生偏转，说明金属导线上有电流通过; 根 据指针偏移方向可以判定锌棒为负极，铜棒为正极，电流 的方向从正极到负极，而电子流动的方向是从负极到正极。
(2) 在铜棒上有金属铜沉积上去，而锌棒则溶解。
在一个烧杯中放入含有Fe2+和Fe3+的溶液; 另一烧杯中放入含有Sn2+ 和 Sn4+ 的溶液，分别插入铂片作为电极，用盐桥、导线等联接起来成为 原电池，这样也会有电流产生吗？
电极电势
电极电势 标准电极电势 电极类型与电极的表示方式 电极电势的应用
电极电势 为什么电子从Zn原子转移给Cu2+ 而不是从Cu原子转移给Zn2+ 呢?
不断地沉积在锌片上，蓝色硫酸铜溶液的颜色逐渐变浅。与
此同时还伴随着锌片的溶解。锌与铜离子之间发生了氧化还
原反应：
Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu
由于锌与硫酸铜溶液直接接触，电子就从锌原子直接转给 铜离子(不会形成电子的定向流动)。随着氧化还原反应的进行， 有热量放出，说明反应过程中Biblioteka Baidu学能转变为热能，但并不能做 功。