氧化还原反应大学无机化学课件

学
反 应
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
氧化还原反应大学无机化学
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
氧化还原反应大学无机化学
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
不断地沉积在锌片上，蓝色硫酸铜溶液的颜色逐渐变浅。与
c.碱金属的氧化数为+1，碱土金属的氧化数为+2。
氧化还原反应大学无机化学
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
氧化还原反应大学无机化学
§ 9-2 氧化还原反应与电化学
电化学 原电池 电极电势
氧化还原反应大学无机化学
氧化还原反应大学无机化学
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。
氧化还原反应大学无机化学
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。
氧化还原反应
氧化还原反应大学无机化学
§ 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
氧化还原反应大学无机化学
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。
氧化还原反应大学无机化学
Cu-Zn原电池装置
氧化还原反应大学无机化学
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。 (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。
氧化还原反应大学无机化学
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
氧化还原反应大学无机化学
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?
氧化还原反应大学无机化学
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
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。
氧化还原反应大学无机化学
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？
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，说明反应过程中化学能转变为热能，但并不能做 功。
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：
氧化还原反应大学无机化学
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。
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，
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。
氧化还原反应大学无机Biblioteka Baidu学
❖ 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
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。
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
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 ）
氧化还原反应大学无机化学
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。