无机化学：第九章 氧化还原反应与电化学基础解析

第九章氧化还原反应和电化学基础

一、氧化还原反应方程式的配平

1、元素的氧化数（氧化值）(中学：化合价)

❖定义：氧化数是某一个元素的荷电数，这种荷电数由假设把每个键中的电子数指定给电负性更大的原子而求得。

❖本质：a、离子化合物中，即正、负离子所带的电荷数；

b、极性化合物中，即元素的一个原子提供参与共价键的电子数，其中电负性小，共用电子对离得较远的元素为正氧化数，电负性大、共用电子以离得较近的元素为负氧化数。『①单质的氧化数为0-1；

②在配合物中，当自由基或原子团作为配体时，其氧化数均看作 1；

2

❖定义：凡有电子得失或共用电子对偏移发生的反应。

氧化——失去电子或共用电子对偏离的变化，相应的物质称为“还原剂”;

还原——得到电子或共用电子对接近的变化，相应的物质称为“氧化剂”。

❖氧化剂

还原剂——氧化还原反应中，失去电子、氧化数升高的物质（发生氧化反应）

因此，凡元素氧化数发生变化的过程，就是氧化还原反应!

3、氧化还原反应方程式的配平方法与应用

（一）氧化数法：适用于任何氧化还原反应

❖依据：还原剂氧化数的升高总值 = 氧化剂氧化数降低总值

例1：KMnO4 + FeSO4 + H2SO4 ==

①根据反应事实，写出反应产物，注意介质酸碱性：

KMnO4 + FeSO4 + H2SO4==MnSO4 +Fe2(SO4)3 + K2SO4 + H2O

②调整计量系数，使氧化数升高值 = 降低值:

+7 +2 +2 +3

KMnO4 + 5 FeSO4 + H2SO4==MnSO4 + 5/2 Fe2(SO4)3 + K2SO4 + H2O

③若出现分数，可调整为最小正整数：

2 KMnO4 +10 FeSO4 + H2SO4==2 MnSO4 + 5 Fe2(SO4)

3 + K2SO

4 + H2O

法2：配平各元素原子数（观察法）——先配平非H、O原子，后配平H、O原子。

①配平K+、SO42-数目 SO42-：左11，应+7；右18

2 KMnO4 + 10 FeSO4 + 8 H2SO4 ==2 MnSO4 + 5 Fe2(SO4)

3 + K2SO

4 + H2O

②配平H+数目 H+：左2，应 8 H2O

2 KMnO4 +10 FeSO4 + 8 H2SO4==2 MnSO4 +5 Fe2(SO4)

3 + K2SO

4 + 8 H2O

③配平（或核对）O原子数目：已平衡。

小结：氧化数法配平氧化还原反应方程式的步骤

（二）离子—电子法(半反应法)：只适用于发生在水溶液中的氧化还原反应一个氧化还原反应是由两个半反应组成的，一个是还原剂发生的氧化反应，另一个则是氧化剂发生的还原反应。在每个半反应中，又都由同种元素不同氧化数的两种物质构成，氧化数高的物质叫做氧化型物质，氧化数低的称为还原型物质。

这种由同种元素的氧化型与其对应的还原型物质所构成的整体叫做氧化还原电对，简称电对。常记作氧化型/还原型(Ox/Red)。如Zn2+/Zn。

❖注意：氧化还原电对是相对的，由参加反应的两电对氧化还原能力的相对强弱而定。

❖若在氧化还原反应过程中有H+，OH—，H2O参与，或伴有沉淀反应、配位反应，在半反应式中也要表现出来。

例2： MnO4—+ Fe2+ + H+→ Mn2+ + Fe3+ + H2O

①把反应分为氧化反应，还原反应两个“半反应”(“电极反应”):

MnO4—+ 8 H+ + 5e—→ Mn2+ + 4 H2O （还原反应）

Fe2+→ Fe3+ + e—（氧化反应）

②调整两个“半反应”的计量系数，使得电子总数 = 失电子总数.

5 e 和 e 的计量系数最小公倍数是5 :

MnO4—+ 8 H+ + 5e—→ Mn2+ + 4 H2O （还原反应）

5 × (Fe2+→ Fe3+ + e— ) （氧化反应）

③合并上述2个“半反应”：MnO4—+ 5 Fe2+ + 8 H+ = Mn2+ + 5 Fe3+ + 4 H2O

❖关键：原子数配平后，以电子配平电荷

小结：离子—电子法（半反应法）配平氧化还原反应方程式的步骤

（三）应用：电极反应式与氧化还原反应方程式的配平

❖电极反应的通式：氧化型+n e—==还原型

A、酸介质以Cr2O7 2—/Cr3+电对为例，配平的方法与步骤如下：

①氧化型写在左边，还原型写在右边 Cr2O7 2——— Cr3+

②将变价元素的原子配平 Cr2O7 2——— 2Cr3+

③在缺少n个O的一侧加上n个H2O，将O配平 Cr2O7 2———2Cr3++7H2O

④在缺少n个H的一侧加上n个H+，将H配平 Cr2O7 2—+14H+——2Cr3++7H2O

⑤加上电子以平衡电荷，完成配平 Cr2O7 2—+14H++6e—==2Cr3++7H2O

B、碱介质以Ag2O/Ag电对为例，配平的方法与步骤如下：

①氧化型写在左边，还原型写在右边 Ag2O—— Ag

②将变价元素的原子配平 Ag2O—— 2Ag

③在缺少n个O的一侧加上n个OH—，将O配平 Ag2O—— 2Ag+ OH—

④在缺少n个H的一侧加上n个H2O，同时在另一侧加n个OH—，将H配平

Ag2O+H2O—— 2Ag+ 2OH—

⑤加上电子以平衡电荷，完成配平 Ag2O+H2O+2e—==2Ag+ 2OH—

注意介质条件：

✧酸性介质中，不应该出现碱性物质，如：OH—、S2—、CrO42—、MnO42—等。

✧碱性介质中，不应该出现酸性物质，如：H+、Zn2+、Cr2O7 2—等。

✧根据电对的存在形式，有时可以判断出介质；