第五章氧化还原反应概要
第五章 氧化还原与电化学
电子做有规则的定向流动
2. 原电池的组成：
（1）半电池和电极
锌半电池：锌片，锌盐－负极
铜半电池：铜片，铜盐－正极
正、负极也可以是惰性电极， 如：Pt、石墨等，只起导电作用。
（2）外电路 用金属导线把一个灵敏电流计 与两个半电池中的电极串连起来。 电子由锌 → 铜，电流由铜 → 锌。 （3）盐桥（是一种电解质溶液： 饱和KCl和琼胶） 加入盐桥，才能使电流完整，产生电流。 作用：沟通电路，使溶液中体系保持中性，使电极反 应得以继续进行。
液写离子; 4) 不同相用竖线“∣”隔开，同相用“，”
隔开，两个半电池用双竖线“‖”隔开 .
写出下列电池反应所对应的电池符号： Cu2+ + Zn ←→ Cu + Zn2+
( - ) Zn | Zn2+ (c1) || Cu2+(c2) | Cu ( + )
Cl2+2Fe2+ ←→ 2Fe3+ +2Cl( - )C | Fe2+(c1),Fe3+ (c2)||Cl-(c3)|Cl2(p)|C ( + )
2MnO4- +16H++ 10e 5SO32- + 5H2O
2MnO4- + 5SO32- + 6H+
2Mn2++8H2O 5SO42- +10H++10e +)
2Mn2+ + 5SO42- +3H2O
5）检查原子个数、电荷数，使之相等并还原 为分子反应式 。
2KMnO4 + 5K2SO3+ 3H2SO4 2MnSO4+ 6K2SO4 +3H2O
超级详细氧化还原反应
在氧化还原反应中，氧化剂和还原剂之间会发生电子转 移，氧化剂从还原剂中夺取电子，使其被氧化；而还原 剂则向氧化剂提供电子，使其被还原。
氧化数与氧化还原电位
氧化数是衡量原子或分子氧化程度的数值，它反映了原子或分 子失去或获得电子的可能性。在氧化还原反应中，氧化数发生 变化。
光合作用
植物通过光合作用将二氧化碳 和水转化为有机物质，同时释
放氧气。
电子转移
在光合作用中，植物通过光能驱 动电子从叶绿素向辅酶Q转移， 进而将电子传递给氧气，生成水 。
能量转化
电子转移过程中，光能被转化为化 学能，储存在有机物质中。
案例三：燃料电池的原理与应用
燃料电池概述
燃料电池是一种将化学能转化 为电能的装置，其燃料和氧化
光电化学转换
光电化学转换是一种利用光能驱动氧化还原反应的能源转换方式。 在光电化学转换中，光照射到半导体材料上，激发电子，产生光电流，进而驱动氧化还原反应。 光电化学转换被广泛应用于太阳能电池、光催化等领域，如染料敏化太阳能电池、光催化制氢等。
生物体内的氧化还原调节
生物体内的氧化还原调节是一种维持细胞内氧 化还原平衡的生理机制。
案例一：钢铁的腐蚀与防护
钢铁腐蚀现象
钢铁在自然环境中受到氧气、水分、盐分等影响 ，会发生腐蚀现象，表现为表面形成锈蚀。
腐蚀原理
钢铁在腐蚀过程中，会发生氧化还原反应，铁元 素被氧化成铁离子，氧元素被还原成氢气。
防护措施
为防止钢铁腐蚀，可以采用涂层保护、电化学保 护等方法。
案例二：植物光合作用的电子转移过程
02
《无机化学》第五章 氧化还原反应和电化学基础
二、氧化还原反应方程式的配平
1. 氧化值法
配平原则：氧化剂中元素氧化值降低的总数等 于还原剂中元素氧化值升高的总数。
配平步骤： （1）写出反应方程式，标出氧化值有变化 的元素，求元素氧化值的变化值。
（2）根据元素氧化值升高总数和降低总数相等 的原则，调整系数，使氧化值变化数相等。
（3）用观察法使方程式两边的各种原子总数相 等。
酸表。
（4）E是电极处于平衡状态时表现出来的特
征，与反应速率无关。
（5）E仅适用于水溶液。
5.饱和甘汞电极：
Hg | Hg2Cl2(s) |KCl (饱和)
Hg2Cl2 (s) + 2e
2Hg(l) +2Cl-
E (Hg2Cl2/Hg)=0.245V
三、 影响电极电势的因素
1.影响 因素
(1)电极的本性：即电对中氧化型或还 原型物质的本性。
还原型：在电极反应中同一元素低氧化值的物质。）
电对：氧化型/还原型
例：MnO2 +4H+ + 2e
Mn2+ +2H2O
电对：MnO2 / Mn2+
（2）E与电极反应中的化学计量系数无关。
例：Cl2 + 2e 1/2Cl2 + e
2Cl- E(Cl2/Cl-)=1.358V Cl-
（3）电极反应中有OH- 时查碱表，其余状况查
（3）分别配平两个半反应，使等号两边的原子 数和电荷数相等。
（4）根据得失电子数相等的原则，给两个半 反应乘以相应的系数，然后合并成配平的离子 方程式。
（5）将离子方程式写成分子方程式。
离子电子法配平时涉及氧原子数的增加和减 少的法则：
《氧化还原反应》 讲义
《氧化还原反应》讲义一、什么是氧化还原反应在化学世界中，氧化还原反应是一类极其重要的化学反应。
简单来说，氧化还原反应是指在反应过程中，元素的氧化态（化合价）发生了变化的反应。
氧化态的变化是氧化还原反应的核心特征。
当一种物质中的元素氧化态升高，我们就说这个元素被氧化了；反之，当元素的氧化态降低，我们就说这个元素被还原了。
例如，氢气（H₂）和氧气（O₂）反应生成水（H₂O）的过程就是一个典型的氧化还原反应。
在这个反应中，氢元素的化合价从 0 价升高到＋1 价，氢被氧化；氧元素的化合价从 0 价降低到－2 价，氧被还原。
二、氧化还原反应的特征氧化还原反应有几个显著的特征。
首先，氧化还原反应一定伴随着电子的转移。
电子从被氧化的物质转移到被还原的物质。
其次，氧化还原反应中，氧化剂和还原剂同时存在。
氧化剂在反应中得到电子，化合价降低；还原剂在反应中失去电子，化合价升高。
再者，氧化还原反应前后，元素的种类和原子的个数不变，遵循质量守恒定律。
三、氧化剂和还原剂氧化剂是在氧化还原反应中能够得到电子，使其他物质氧化，自身被还原的物质。
常见的氧化剂有氧气、氯气、高锰酸钾等。
以高锰酸钾（KMnO₄）受热分解制取氧气的反应为例，高锰酸钾中的锰元素化合价从＋7 价降低到＋4 价和＋6 价，高锰酸钾是氧化剂。
还原剂则是在氧化还原反应中能够失去电子，使其他物质还原，自身被氧化的物质。
常见的还原剂有氢气、一氧化碳、金属单质等。
比如在氢气还原氧化铜（H₂＋ CuO ＝ Cu ＋ H₂O）的反应中，氢气中的氢元素化合价从 0 价升高到＋1 价，氢气是还原剂。
四、氧化还原反应的表示方法为了清晰地表示氧化还原反应中电子的转移情况，我们通常采用双线桥法和单线桥法。
双线桥法是从反应物中化合价发生变化的元素指向生成物中相应元素，在线桥上标明电子的得失和化合价的升降。
例如，对于铜与硝酸的反应：3Cu ＋ 8HNO₃(稀) ＝ 3Cu(NO₃)₂＋2NO↑ ＋ 4H₂O双线桥表示为：从 Cu 指向 Cu(NO₃)₂，线上标明“失去 6e⁻，化合价升高”；从 HNO₃指向 NO，线上标明“得到 6e⁻，化合价降低”。
第五章 氧化还原反应
氧化反应：SO32-+2OH--2e SO42-+H2O ×1 ×2 还原反应：MnO4- + e MnO422MnO4-+SO32-+2OH核对: 2MnO42-+SO42-+H2O -6 = -6
反应物少一个氧原子
介质 反应物多一个氧原子
酸性
碱性
+2H+ = H2O
+H2O = 2OH-
+H2O＝2H+
+2OH-＝H2O
中性
+H2O＝2OH-
+H2O＝2H+
5.3. 电极电势 5.3.1 原电池
将锌片放入硫酸铜溶液中，反应如下： Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu
e (-) A
检流计
(+)
KCl+琼脂 Zn Cu
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
使化学能转变为电能的装置叫原电池(动画) 负极（氧化反应）： Zn - 2e Zn2+ 正极（还原反应）： Cu2+ + 2e Cu 电池反应(氧化还原反应)： Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu 锌与锌离子（铜与铜离子）构成的电极 又叫半电池。 电极反应即半反应：氧化态+ne 还原态- ne 还原态 氧化态
还原
Cu2+＋Zn
氧化
Zn2+＋Cu
2） 氧化剂与还原剂 氧化剂：使其它物质氧化，反应中自身被 还原。 还原剂：使其它物质还原，反应中自身被 氧化。 2FeCl3 + 2KI 氧化剂 还原剂 2FeCl2 + I2 + 2KCl
5氧化还原反应
第五章．氧化还原反应和电化学基础§5～1.氧化还原反应及其方程式的配平一、基本概念：1、氧化值（氧化数）和原子价（化学价）氧化数：假定把化合物中成键的电子全部归于电负性大的原子后，原子所带的形式电荷数，就叫该元素的氧化数。
它与离子带的电荷表示不一样。
Zn2+→Zn+2（与化合价表示法类似）。
表面看：氧化数与化合价差不多，但二者含义不同。
氧化数有许多人为的规定：①单质中，元素的氧化值为零。
②在单原子离子中，元素的氧化值等于该离子所带的电荷数。
③在大多数化合物中，氢的氧化值为 +1；只有在金属氢化物中氢的氧化值为 -1。
④通常，氧在化合物中的氧化值为-2；但是在过氧化物中，氧的氧化值为-1，在氟的氧化物中，如OF2和O2F2中，氧的氧化值分别为+2和+1。
⑤中性分子中，各元素原子的氧化值的代数和为零，复杂离子的电荷等于各元素氧化值的代数和。
例：；；。
氧化数与化合价具体有何区别：a.含义不同，氧化数仅表示了元素原子在化合物中的化合状态；而化合价则表示元素的化合能力（原子个数比）。
b.由于化合价表示在离子化合物中原子得失电子数，共价化合物中共用电子对数，∴它只能是整数，不能是分数；而氧化数实质上是化合物中原子所带有的形式电荷数（表观电荷数），∴它可以是整数，也可以是分数。
2、氧化还原反应在一个反应中，氧化数升高的过程称为氧化；氧化数降低的过程称为还原。
在化学反应过程中，元素的原子或离子在反应前后氧化数发生了变化的一类反应称为氧化还原反应。
在氧化还原反应中，氧化数降低的物质称氧化剂；氧化数升高的物质称还原剂。
3、氧化还原电对在氧化还原反应中，氧化剂得电子氧化数降低，就变成了氧化数低的还原剂；同样，还原剂失电子后变成了氧化数高的氧化剂，这样就构成了两个共轭的氧化还原电对。
氧化还原反应是两个共轭氧化还原电对共同作用的结果。
如： Cu2+ + Zn ( Cu + Zn2+.氧化剂1 还原剂1 还原剂2 氧化剂2显然，电对中氧化剂氧化能力越强，其共轭还原剂的还原能力越弱；还原剂还原能力越强，其共轭氧化剂的氧化能力越弱。
化学《氧化还原反应》课件ppt
氧化和还原的反应实例
01
反应方程式
2H2 + O2 → 2H2O
02
反应类型
氧化还原反应
03
氧化还原反应的种类和特征
燃烧反应
燃烧过程中，有机物与氧气发生反应，生成二氧化碳和水。
腐蚀反应
金属在腐蚀介质中与腐蚀剂发生反应，产生金属失电子被腐蚀的现象。
电池反应
在原电池中，负极金属失去电子被氧化，正极金属得到电子被还原，产生电流。
在能源中的应用
氧化还原反应可用来处理环境污染，如废水处理、废气处理等。在废水中加入氧化剂或还原剂可使其中的污染物质发生氧化或还原反应，从而达到净化废水的目的。
污染处理
对于受到污染的土壤，可利用氧化还原反应将土壤中的有害物质转化为无害物质，如有机农药污染的土壤可采用氧化剂进行修复。
土壤修复
在环境科学中的应用
2023
化学《氧化还原反应》课件ppt
contents
目录
引言氧化还原反应的基本概念氧化还原反应的种类和特征氧化还原反应的化学计算氧化还原反应的实际应用结论和展望
01
引言
课程背景
介绍氧化还原反应在化学中的重要性及应用领域，如电池、电镀等。
课程目的
明确课程的目标、主要内容和教学方法。
课程简介
定义
内容
02
氧化还原反应的基本概念
氧化
物质失电子的作用称为氧化
还原
物质得电子的作用称为还原
氧化和还原的定义
规则
单质的氧化数为零，中性分子的氧化数为零
定义
氧化数反映了原子在化合物中的氧化状态
应用
判断原子在化合物中的氧化状态
氧化数的概念
03
第五章-氧化还原滴定法ppt课件(全)
第五章 第一节 概述
四、氧化还原反应的速率
第五章 第一节 概述
四、氧化还原反应的速率
第五章 第一节 概述
四、氧化还原反应的速率 3、催化剂与反应速率
第五章 第一节 概述
四、氧化还原反应的速率 3、催化剂与反应速率
第五章 第一节 概述
四、氧化还原反应的速率 4、诱导反应
第五章 第一节 概述
一、氧化还原滴定的计算 1、高锰酸钾法
第五章 第五节 氧化还原滴 定计算
一、氧化还原滴定的计算 2、碘酸钾法
第五章 第五节 氧化还原滴 定计算
一、氧化还原滴定的计算 2、碘酸钾法
第五章 氧化还原滴定法
【学习小结】
基础知识：电极电位及能斯特方程 氧化还原滴定曲线 氧化还原指示剂
理论知识应用：高锰酸钾法 重铬酸钾法 碘量法 溴酸盐法
一、条件电极电位
第五章 第一节 概述
一、条件电极电位 1、电极电位的测量
第五章 第一节 概述
一、条件电极电位 2、能斯特方程式
第五章 第一节 概述
一、条件电极电位 2、能斯特方程式
第五章 第一节 概述
一、条件电极电位 2、能斯特方程式
第五章 第一节 概述
一、条件电极电位 3、有副反应发生时电对的电位
四、氧化还原反应的速率 4、诱导反应
第五章 第二节 氧化还原滴 定曲线及终点的确定
【学习要点】
一、氧化还原滴定曲线 二、氧化还原滴定用指示剂
第五章 第二节 氧化还原滴 定曲线及终点的确定
一、氧化还原滴定曲线 1、计量点时电位的计算
第五章 第二节 氧化还原滴 定曲线及终点的确定
一、氧化还原滴定曲线 1、计量点时电位的计算
Mn2++4H2O
掌握氧化还原反应中的氧化剂与还原剂
氧化剂的特点
具有高的氧 化态
例如氧气、过氧 化氢
常导致物质 发生变色、 失去电子等
现象
如双氧水漂白
可引起其他 物质的氧化
反应
通过接受电子或 失去氢原子
氧化剂的性质
氧化数
反应特点
强弱对比
衡量氧化剂的强弱 与还原剂的氧化数相对应
通过失去电子使其他物质 发生氧化反应
常导致颜色变化等现象
一氧化碳 < 双氧水 < 氧气 强氧化剂具有较高的氧化 数
电化学电池中的氧化还原反应
正极反应
阳极处发生氧化 反应
全电池反应
整个电池内的氧 化还原反应
负极反应
阴极处发生还原 反应
锂电池中的氧化还原反应
锂电池是一种利用锂金属或锂化合物作为正极材 料，在充电与放电过程中通过离子在正负极之间 的往复移动来存储与释放电能的电池。其工作原 理是通过锂金属在放电时被氧化成锂离子并向正 极转移，在充电时则是锂离子从正极脱离还原成 锂金属。
有机还原剂
有机化合物的还 原性质
非金属还原 剂
非金属还原性特 点
还原剂的影响因素
环境因素对还原剂 的影响
温度 pH值 光照条件
温度对还原剂的影 响
还原剂的浓度对反应 速率的影响
速率变化规律 分子动能关系
活化能
反应速率公式 浓度与速率的关系
动力学描述
总结
还原剂在氧化还原反应中扮演着重要的角色，其 种类繁多，性质复杂，影响因素众多，深入了解 还原剂的定义、性质和实例，有助于更好地掌握 氧化还原反应的规律。
氧化还原反应的特点
电子转移的过程
氧化数的变化
能量变化
氧化还原反应涉及电子的 转移，氧化剂接受电子， 还原剂失去电子。
6.第五章-氧化还原反应
H2S
H2SO4
-2
+6
H2SO3
Na2S2O3 Na2S4O6
+4
+2 +5/2
氧化数和氧化还原反应
反应前后元素的氧化数发生变化的反应。
1. 氧化与还原 氧化：氧化数升高的过程。 还原：氧化数降低的过程。 还原
Cu2+＋Zn
氧化
Zn2+＋Cu
2. 氧化剂与还原剂 氧化剂：使其它物质氧化，反应中自身被还原。
其它电极的标准电极电势都可通过与标准氢电极 组成原电池，测定其电动势而算出。（附录大量数据）
例1：(-)Zn(s) |Zn2+(1 mol/L)||H+(1 mol / L)|H2(101.33 kpa) | Pt (+)
测得，在标准状态下，原电池电动势 E = + 0.763V。
E = + - - = 0 –
OF2为+2。 4．氢一般为+1，与活泼金属(NaH、CaH2)
化合时为 -1。 5. 中性分子各元素的氧化数的代数和为0。如
As2S3 Fe3O4 2（+3）+ 3（- 2）= 0 3（+ 8/3）+ 4（-2）= 0
注意，元素的氧化数可以是正数、负数或分数。
例题与讨论
计算H2S、H2SO4、H2SO3、Na2S2O3 、 Na2S4O6中S 的氧化数。
还原剂：使其它物质还原，反应中自身被氧化。
2FeCl3 + 2KI
氧化剂 还原剂
2FeCl2 + I2 + 2KCl
第二节 电极电势 （重点）
一、原电池
二、电极电势与标准电极电势
第五章 氧化还原反应
金属-金属难溶盐电极 电极反应 AgCl(s)+ eAg(s)+ Cl- (aq)
电极符号
Ag-AgCl (s)∣ Cl- (aq)
氧化还原电极或浓差电极
电极反应 Fe 3+ (aq)+ e电极符号 Fe 2+ (aq)
Pt∣Fe 3+ (aq, c1), Fe 2+ (aq, c2)
12
原电池的表示法(The notation of galvanic cell)
(一) Pt︱H2(105Pa)∣H+ (lmol · -1)‖Cu2+ (lmol · -1)∣Cu(s)(+) L L 界面 界面 c1 盐桥 c2 界面
原电池的电动势 E池 ＝E正－E负 ＝E阴－E阳
13
标准电极电势
Cl 2 (g ) 2e 2Cl (aq) , E θ = 1.36V
1 Cl 2 (g) e Cl (aq) , E θ = 1.36V 2 θ 一些电对的 Eo与介质的酸碱性有关, 因此有 E A 表和
θ E B表之分。
19
Question 11 Solution
10
电极类型(The various types of electrodes )
金属-金属离子电极 电极反应 Zn2+ + 2e-
Zn
电极符号 Zn (s) ∣ Zn2+ (aq)
气体-离子电极 电极反应 2H+ (aq)+ 2e电极符号 Pt ∣ H2(g) ∣ H+ (aq)
11
H2(g)
标准电极电势
指标准电极的电势。凡是符合标准态条件的电极都是标
无机化学(人卫版)第五章_氧化还原反应以及电极电势
M活泼
M不活泼
M 稀
n+
M 浓
n+
溶解 〉沉积
电极电势：E M /M
(
沉积 〉溶解
n+
)
电池电动势： MF E ( + ) E ( ) E
标准氢电极和甘汞电极 标准电极电势和标准电动势 浓度对电极电势的影响 ——Nernst方程式
一、标准氢电极和甘汞电极
1. 标准氢电极
电极反应 ： + 2e 2 H ( aq) 电对： H /H 2 E (H + /H 2 ) 0 .000 V
6Fe2＋ ＋ Cr2O72- + 14H+ = 6Fe3+ + 2Cr3+ +7H2O
三、半反应和氧化还原电对
1、半反应
对反应：Zn ＋ Cu2+ = Zn2+ + Cu
半反应：Zn = Zn2+ + 2e-
Cu2+ +2e- =Cu
2、氧化还原电对
Zn2+/Zn, Cu2+/Cu
氧化型/还原型
( Cu
(
+ 2H+ Cu
2+
2+
/Cu 0.337V
)
)
( /H ) 0.337V H
+ 2
如：测Zn2+/Zn标准电极的 Eθ(Zn2+/Zn）=？ 使其与标准氢电极组 成原电池，测得：Eθ =0.7626V（由电子流动方向确定正、负极） 。 根据 Eθ = E －E ∴E =-0.7626V
2+
2Cl
第五章 氧化还原反应
医药上用于消毒杀菌，清洗伤口
2、高锰酸钾(KMnO4)
医药上常用其稀释液作外用消毒剂
3、硫代硫酸钠( Na2S2O3) 医药上可用于治疗慢性麻疹或用解毒剂
化合价升高， 被氧化
练习1
Cl2 + H2O = HCl
化合价降低， 被还原
0
＋1 －2
＋1 －1
+ H Cl O
＋1 ＋1 －2
氯气是还原剂 也是氧化剂
物质所含元素 化合价升高 的 反应 是 氧化反应 所含元素 化合价升高 的 物质 是 还原剂 物质所含元素 化合价降低 的 反应 是 还原反应 所含元素 化合价降低 的 物质 是 氧化剂
CuO + H2 = Cu + H2O
0
0
＋1 －2
（氧化剂）（还原剂） 化合价升高， 被氧化
物质所含元素 化合价升高 的 反应 是 氧化反应 所含元素 化合价升高 的 物质 是 还原剂 物质所含元素 化合价降低 的 反应 是 还原反应 所含元素 化合价降低 的 物质 是 氧化剂
从化合价升降观点分析氧化还原反应
练习３：
分析化合价变化的情况，说明反应中的
电子得失。
0 +1 +2 0
Mg + 2HCl = MgCl2 +H2
镁元素的化合价由 0 升高至 +2 失去 2e
（一个镁原子失去两个电子） 氢元素的化合价由 +1 降低至 0
得到 2 * e
（一个氢原子得到一个电子， 有两个氢原子，共得到两个电子）
学会比较，学会总结
元素化合价和电子得失的关系
化合价升高，被氧化
离子化合物：
+1 －1
氧化还原反应ppt课件
总结词：氧化数是表示元素氧化状态的数值，它可以用来判断元素在氧化还原反应中的状态。
总结词
根据电子转移的情况，氧化还原反应可以分为单向电子转移和偶联电子转移两类。
详细描写
单向电子转移是指在一个反应步骤中，电子从一个原子或分子转移到另一个原子或分子。偶联电子转移是指两个或多个相互关联的反应步骤中产生的电子转移。
氧化还原反应的实验操作
04
实验操作步骤
准备实验器材和试剂，如试管、滴定管、烧杯、试剂瓶等。
依照实验指导书或教材要求，准确称量所需的试剂。
依照实验步骤进行实验操作，并记录实验数据。
清洗实验器具，整理实验台面。
注意事项
注意安全使用化学品，避免直接接触皮肤和眼睛。
注意实验器具的清洁和保养，确保实验结果的准确性。
氧化还原反应的原理
02
电荷守恒是指在化学反应中，正电荷和负电荷的总数相等。
在氧化还原反应中，电子的得失会导致电荷的转移。根据电荷守恒原理，反应前后正负电荷的总数必须相等，从而保证全部体系的电中性。
详细描写
总结词
电子守恒是指在氧化还原反应中，得失电子的总数相等。
总结词
在氧化还原反应中，电子的转移是关键特征。根据电子守恒原理，反应中得到电子的数目和失去电子的数目必须相等，以确保全部反应的平衡和正确性。
03
注意个人防护措施，如佩戴化学防护眼镜、穿着实验服等。
01
实验安全
02
熟悉实验中使用的化学品的性质和危险性，遵循安全操作规程。
熟悉急救措施和消防器材的使用方法，确保在紧急情况下能够迅速应对。
环境保护
妥善处理实验废弃物，依照实验室规定分类存放和处置。
公道使用化学试剂，避免浪费和污染环境。
第五章天然水中的氧化还原反应
第五章天然水中的氧化还原反应第一节天然水的氧化还原电位一、天然水中的氧化还原反应1、天然水中变价元素的存在形态地球化学通常根据环境所存有游离氧（O2）量的多少，将环境划分为氧化环境或还原环境。
氧化环境指大气、土壤和水环境中含有一定量游离氧的区域，不含游离氧或游离氧含量极低的区域称为还原环境。
通常将含溶解氧丰富的水称为处于氧化状态的水，即其属氧化环境。
一般未受到人类活动的干扰、与外界交换良好的天然水域，均为处于氧化状态的水环境。
反之，则属还原性环境。
如果池塘采用过高放苗密度和高投饵量的养殖方法，同时又不能充分地增氧与适时地排出污物，必将使池水溶解氧含量降低到极低值，特别是处于高温季节的池塘底层水可能转化为还原性环境；此外，含丰富有机质的沼泽水、地下水以及封闭或半闭的海湾底层等水域，也常呈还原状态。
在含溶解氧丰富的氧化水环境与缺氧的还原水环境中，常见变价元素的主要存在形态列于表5-1 。
由表5-1 可知，变价元素可同时以多种价态形式存在于水环境中，但在不同的水环境中，其主要的存在价态形式不同。
如氮元素，在富含溶氧水的氧化环境中，主要以最高价（5+）的NO-3 形态存在，即其含量最高；在溶氧量极低、甚至缺氧的还原性水环境中，NH4+（NH3）的含量较高，即氮以最低价（3-）的NH3（NH4+）为主要存在形态，NO-3 含量很低，甚至可能无法检出。
天然水是一种极为复杂的氧化还原体系，其中同时存有多种处于氧化态与还原态的物质，如随雨水、河水等流入天然水域的风化壳、土壤和沉积物中的矿物质均为氧化态。
来源于火成岩风化产物的矿物质在其形成时，所含有的成分均被完全氧化，因此这些成分中的元素存在形态也多为氧化态。
水中也有一些元素主要以还原态存在，如海水中的氯、溴元素主要以低价的Cl-、Br-形态存在。
但天然水域中的多数无机物通常以氧化态形式存在。
天然水环境中的有机物主要来源于绿色植物与淋洗土壤的雨水，但在养殖池水中，情况则复杂得多，残饵与生物的粪便、尸体等代谢产物则是水中有机物的重要来源。
第五章 氧化还原(new
I- + 3H2O = IO3- + 6H+ + 6e
例 碱性介质，SO32-氧化成SO42- ，写出半反应。
解： 1. SO32- → SO42-
2. 半反应: SO32- + 2OH- = SO42- + H2O + 2e
0 +2
失去电子
氧化值↑
被氧化
得到电子
氧化值↓
被还原
还
氧
原
化
产
产
物
物
氧化反应 还原反应
还原剂 氧化剂
还原剂——氧失升；氧化剂——还得降。
第一节 基本概念和氧化还原方程式的配平
三、氧化还原共轭关系
2e
Zn+Cu2+
Zn2+ + Cu
Zn - 2e-
Zn2+ （氧化半反应）
Cu2+ + 2e-
Cu (还原半反应)
第二节 电极电势和电池电动势
[例] 判断反应Hg+Sn4+≒ Hg2++Sn2+自发进行 的方向。
解：Sn4+ + 2e ≒ Sn2+ 查表得φ θ = + 0.151V
5.O在化合物中的氧化值一般为-2，H为＋1
-1/2
+1 -1
-1
但超氧化物KO2，过氧化物H2O2，金属氢化物如CaH2。
第一节 基本概念和氧化还原方程式的配平
Note
化合价与氧化值的区别与联系 1. 元素的化合价只能是整数，而元素的氧
化数可以是整数、分数。 2. 氧化值概念是在化合价的基础上提出的，
第五章氧化还原反应 (3)
2 q 是强度性质, 与得失电子数 多少无关，
即与电极半反应 计量系数无关， 与电极 半反应的方向 无关.
Cl2 + 2e 2Cl
q Cl2 / Cl
+1.358V
1 2
Cl2
+
e因此，C何l 时查C酸ql2表/ Cl， 何+时1.358V
表示为：
Pt H2(g,p0) H+ (c0)
q H+ / H2
0.0000V
二、电对的电极标电准势电的极绝电对势值如同Oq xH/、ReUd、G一样，迄今无法
准确测量，但可利用一个相对标准，规定一个电
1. 氧化极的还数原值反，应由中他的与标未准知的状电态极组成原电池，测量
p 组成电液极原样一体反或电的个有组应池标氧固了成的的准化体标原电电还离纯准 电动极原子氢池物势就电浓电，质，是对极用度。即常的与电为可用标其位获的准他差c得标电q各计未准极气种（知氢电标专体的电势组准门极.电状 用分.极态来这的电下测样分势的定就压，电电得为这极动到
不能保证动力学性质与热力学性质不发生矛盾.
3—4标准电极电势的应用
1.
标准电极电势
q与D
r
G
q m
之间的关系
等温等压下，体系Gibbs自由能的减少等于体系
所做的最大有用功. 因此
D r G m W nFE
E — 电池的电动势（V）
F — Farady 常数 96484.6 c·mol-1
2MnO4 + 6H3OM+ n+O54-H与2OH22O=2反2应M:n2+ + 5O2 +14 H 2O
有机化学基础知识点整理氧化还原反应的基本概念与应用
有机化学基础知识点整理氧化还原反应的基本概念与应用氧化还原反应的基本概念与应用氧化还原反应是化学中一类重要的反应类型，涉及到电子的转移与元素的氧化态变化。
在有机化学中，氧化还原反应具有广泛的应用，可以用于合成有机化合物、分析化学等领域。
本文将对氧化还原反应的基本概念和一些应用进行整理和探讨。
一、氧化还原反应的基本概念1. 氧化与还原在氧化还原反应中，氧化指的是物质失去电子或增加氧原子，还原指的是物质获得电子或减少氧原子。
氧化和还原是相互依存的过程，发生氧化必有还原，发生还原必有氧化。
2. 氧化态与电子转移氧化还原反应中，物质的氧化态发生变化，其中一部分物质的氧化态增加，称为被氧化剂；另一部分物质的氧化态减少，称为还原剂。
氧化还原反应中的电子转移是核心过程，被氧化剂接受电子，被还原剂失去电子。
3. 氧化还原反应的例子氧化还原反应的例子包括金属腐蚀、燃烧反应、电池反应等。
例如，金属与氧气反应产生金属氧化物即为氧化反应；还原剂还原过氧化氢为水和氧气的反应即为还原反应。
二、氧化还原反应的应用1. 有机合成在有机合成中，氧化还原反应常被用于构建碳-碳、碳-氧和碳-氮键等重要化学键的形成。
例如，醇的氧化可以得到醛、酮或羧酸；醛的还原可以生成醇；氧化剂可以将脂肪酸氧化成酮体等。
通过氧化还原反应，可以实现有机化合物的结构改变和功能增强，为有机合成提供了重要的手段。
2. 分析化学氧化还原反应在分析化学中具有广泛的应用。
通过氧化还原反应，可以确定物质的氧化态和还原态，进而用于分析物质的含氧量、测定物质的浓度等。
例如，氧化还原滴定常用于测定氧化性溶液中还原剂的浓度，电化学分析方法也常基于氧化还原反应进行分析。
3. 电池与储能技术氧化还原反应是电池中能量转换的基础。
电池的工作原理就是在正极发生氧化反应，正极释放出电子；在负极发生还原反应，负极接受电子。
通过引导电子的流动，在电池中产生电能。
氧化还原反应还被广泛应用于储能技术中，如锂离子电池、燃料电池等。
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2 HCl(g)
所以氧化还原反应的本质在于电子的得失货偏移。
5.1.2 氧化数
氧化数（oxidation number）是指某元 素一个原子的表观电荷数。
在分子中，把成键价电子都指定给电负 性较大的原子时，每个原子所具有的净电 荷数，就是该原子的氧化数。
例：NH3中，N的氧化数是-3，H的氧化数是+1。
学习要求
1.掌握氧化还原反应的基本概念，能配平氧 化还原反应式。
2.理解电极电势的概念，能用能斯特方 程进行有关计算。 3.掌握电极电势在有关方面的应用。 4.掌握元素电势图及其应用。
5.1 氧化还原反应的基本概念
5.1.1 氧化和还原
还原（reduction）是物质获得电子的作用。
Cu2+ + 2e
Cu
氧化（oxidation）是物质失去电子的作用。
Zn - 2e
Zn2+
氧化半反应加上还原半反应就是一个 完整的氧化还原反应。
Cu2+ + Zn
氧还 化原 剂剂
Cu + Zn2+
这是一个明显的具有得失电子关系的氧化还原反应。
实际上氧化还原反应还包括共用电 子对偏移的化学反应。
H2(g) + Cl2
确定氧化数的规则:
（1）单质中元素的氧化数为零; 例如: Cl2中Cl的氧化数为0。
（2）中性分子中所有原子的氧化数的代 数和为零。
（3）复杂离子所带的总电荷数等于所有 原子氧化数的代数和。单原子离子的氧 化数等于它所带的电荷数。
（4）若干关键元素的原子在化合物中的氧化 数为定值。 例如:H为+1；O一般为-2；F,Cl,Br,I的卤化物 为-1；S在硫化物中为-2；
(＋)反应式： 2Fe3+＋2e
2Fe2+
(－)反应式： Sn2+
Sn4+＋2e-
将两个电极反应式相加即得电池反应式：
2Fe3+＋Sn2+＝2 Fe2+＋Sn4+
【例5-7】 已知一自发进行的氧化还原反应： MnO4＋ 5Fe2+ ＋ 8H+ = Mn2+ ＋ 5Fe3+ ＋4 H2O，试将该反 应组成一原电池，写出电池组成式。
5.2.2 离子电子法
步骤：先写出半电池反应的离子电子方程 式，将原子数配平，再配平电荷数（电子 数）。
【例5-4】利用离子电子法配平在H2SO4溶 液中，KMnO4氧化H2C2O4氧化还原方程 式。
解：
(1) MnO4- + 8H+ +5e
Mn2+ + 4H2O
C2O42-
2CO2 - 2e
(2) 2×(MnO4- + 8H+ +5e
3Cu2S + HNO3
Cu(NO3)2+ 3H2SO4+10NO+ H2O
3Cu2S + HNO3
6 Cu(NO3)2+ 3H2SO4+10NO+ H2O
3Cu2S +22HNO3
6 Cu(NO3)2+ 3H2SO4+10NO+ H2O
3Cu2S +22HNO3
6 Cu(NO3)2+ 3H2SO4+10NO+8H2O
【例5-5】将反应: 2Fe2+(1.0mol·L-1) + Cl2 (100kPa) → 2Fe3+(0.10mol·L-1) + 2Cl-(2.0mol·L-1)设计成原电池, 并 写出电池符号.
解: 正极:Cl2 (g) + 2e- → 2Cl- (aq); 负极:Fe2+(aq) - e- → Fe3+(aq).
铜锌原电池总反应为：
Cu2+ + Zn
Cu + Zn2+
常使用下列符号表示铜锌原电池。
(—)Zn Zn2+(c1) Cu2+ Cu(+)
负相 极界
盐 桥
正 极
原电池是由两个半电池组成。每一个 半电池是由还原态物质与氧化态物质组成， 我们称之为电对，电对表示方法如下：
Zn2+/Zn; Cu2+/Cu; Fe3+/Fe2+; MnO4-/Mn2+； H+/H2; Cl2/Cl-
特殊情况：OF2中O的氧化数为+2 H2O2中O的氧化数为-1; KO2中O的氧化数为-1/2。 NaH中H的氧化数为-1
【例5-1】 求NH4+中N的氧化数。
解：H的氧化数为+1，设N的氧化数为x, x + (+1)×4 = +1 解得: x = -3
【例5-2】求Fe3O4中Fe的氧化数。
解: O的氧化数为-2，设Fe的氧化 数为x，则: 3x + (-2)×4 = 0 解得: x = 8/3
解 将总反应拆成氧化与还原两个半反应：
氧化半反应： 5Fe2+
5Fe3+＋5e-
还原半反应：
MnO4-＋8H+＋5e-
Mn2+＋4H2O
氧化半反应在负极发生，由电对Fe3+/Fe2+组成 还原半反应在正极发生，由电对MnO4-/Mn2+组成 电极组成式分别为：
PtFe3+，Fe2+； Pt MnO4-，Mn2+，H+ 电池组成如下
(-)Pt |Fe2+, Fe3+(0.10mol·L-1) Cl-(2.0mol·L-1) | Cl2(100 kPa), Pt(+)
【例5-6】 已知原电池组成式为： (－) Pt Sn2+，Sn4+ Fe3+，Fe2+ Pt (＋)
试写出其电生还原反应
(－) Pt Fe3+，Fe2+ MnO4-，Mn2+，H+ Pt (＋)
5.3.2 电极电势(electrode potential)
M活泼
M不活泼
双电层
Mn+稀
Mn+浓
溶解 >沉积 沉积 >溶解
M Mn+(aq) +ne-
金属与其盐溶液之间 溶解与沉积建立平衡 时形成了双电层，使 金属与其盐溶液之间 产生了电势差, 这个电 势差叫做该金属的电
+)
5×(C2O42-
Mn2+ + 4H2O) 2CO2 - 2e)
2MnO4- + 5C2O42- +16H+
2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4
2Mn2++10CO2 + 8H2O
2MnSO4+K2SO4+10CO2+8H2O
5.3 电极电势
5.3.1 原电池（galvanic cell） 化学能转变成电能的装置称为原电池。
5.2 氧化还原反应方程式配平
5.2.1 氧化数法 氧化数法类似于中学化学介绍的化合价法。
【例5-3】配平下列反应式：
Cu2S+HNO3 Cu(NO3)2+H2SO4+NO+H2O
解：各元素的原子氧化数变化：
2Cu: 2(+1 +2) S: -1 +6 N: +5 +2
2 8
10 ×3
3 ×10
可见要在Cu2S前面加系数3，NO前面加系数10，之 后配其他物质前面系数