第五章氧化还原反应概要

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
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
(-)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 (＋)
试写出其电池反应方程式。
解
负极发生氧化反应，正极发生还原反应
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-
(－) 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。
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。
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
【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).
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
(＋)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。
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
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.wk.baidu.com 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
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；
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