第六章 水中有机物的氧化还原作用
第六章水中有机物的氧化还原作用
第六章水中有机物的氧化还原作用水中有机物的氧化还原作用是指在水中存在的有机物与氧气之间发生的化学反应。
这类反应在自然界中非常常见，对于水体的生态环境和人类的生活也有着重要的影响。
一、水中有机物的氧化作用水中有机物的氧化作用是指有机物与氧气结合，发生氧化反应。
这一类反应常见于自然界中的水域，例如湖泊、河流和海洋等。
有机物在水中的氧化作用可能会引起许多不良的影响。
首先，当水体中有机物过多时，会造成水质恶化，引发浑浊现象，降低水体的透明度。
其次，水中有机物的氧化反应还会产生大量的二氧化碳和废水，进一步增加水体中的有机负荷，使水体的富营养化程度加剧，破坏水的生态平衡。
此外，有机物的氧化过程还会消耗氧气，导致水中缺氧，危及水中生物的生存。
二、水中有机物的还原作用水中有机物的还原作用是指有机物发生还原反应，将氧气还原为水或其他氧化剂。
这类反应在一些特殊环境中较为常见，例如水下沉积物、底部层水和河床淤泥等。
水中有机物的还原反应在生态系统中起着重要的作用。
首先，这类反应可以使有机物得到有效的分解和降解，降低水体中的有机负荷，促进水的净化和再生。
其次，还原反应还可以释放出能量，为水中的微生物活动提供生存基础，维持水体的能量平衡。
此外，水中有机物的还原过程还会产生一些有机肥料，对于水下生物的生长和繁殖具有一定的促进作用。
三、水中有机物的氧化还原反应机制水中有机物的氧化还原反应是一种复杂的化学过程，其中涉及到多种氧化还原剂和还原剂的参与。
具体机制如下：1.氧化作用机制水中有机物的氧化反应通常可以分为两个步骤进行。
第一个步骤是有机物被氧气氧化为氧化产物，例如二氧化碳和水。
这个步骤是一个放热反应，释放出能量。
第二个步骤是氧化产物进一步与水反应，重新生成有机物和释放氧气。
这个步骤是一个吸热反应，吸收能量。
2.还原作用机制水中有机物的还原反应通常由还原剂引发。
还原剂可以是光合作用产生的氧化还原剂，也可以是其他化学物质。
还原剂与有机物发生反应时，会将有机物中的氧化物还原为水或其他还原产物。
水环境化学氧化还原反应PPT课件
1/nlg[Red]/[Ox]) 故 pe =EF/2.303RT
当T=298K时, pe =1/0.059 E = 16.9E
（好氧水，水体呈氧化环境,有夺取电子的倾向）
天然水体的pe
(三) 天然水体的pe值计算
eg2. 若在一个有微生物作用产生CH4及CO2的 厌氧水中，假定 pCO2=pCH4，pH=7.00， 相关半反应为1/8CO2+ H+ + e =1/8CH4+1/4H2O peo = 2.87,求pe值.
pe = -4.13 (说明水体是一还原环境,有提供电子的倾向。)
Ox + ne = Red
平衡表达式可表示为：
[Ox][e]n
k = [Red]/
两边取负对数，
并令：
pe0= lgk/n ,
pe= -lg[e]
则得：
pe= pe0 - 1/nlg[Red]/[Ox]
当氧化还原平衡，即 [Red] = [Ox]时
pe= pe0
[注：这里pe是氧化还原平衡体系电子浓度的负对
1. 电子活 度
⑴ 氢离子活度的概念
在酸碱反应中,酸和碱用质子的给予体和
质子的接受体来解释。且定义:
pH = -lg(αH+) αH+—水溶液中氢离子活度,衡量溶液接受或 迁移质子的相对趋势。
⑵ 电子活度的概念
在氧化还原反应中，还原剂和氧化剂是
电子给予体和电子接受体.定义： pe = -lg(αe)
水化学分析——6 氧化还原滴定法
两个电对的电位分别为： (Ce4+/Ce3+) = 1.44 V, (Fe3+/Fe2+) = 0.68 V 在滴定过程中，体系达到平衡时，两个电对的电极 电位相等。
第六章 氧化还原滴定法
两个电对的电极反应为：
相应的能斯特方程为：
第六章 氧化还原滴定法
n1、n2分别是两个半反应得失的电子数，若二者最 小公倍数为p，则n1 p2= n2 p1=p。当反应达到平衡
时，1 2 。
等式两边同乘以p，经移项整理可得：
第六章 氧化还原滴定法
若考虑溶液中的副反应，用K’代替K θ ，用各物质分 析浓度c代替活度 a，则：
于判断氧化还原的反应发生的可能性和完全程度，不 能说明反应进行的速率的大小。对于反应速率较慢的 氧化还原滴定反应，必须设法创造条件加快反应速率。 氧化还原反应的速率与物质的结构有关，一般来说， 仅涉及到电子转移的氧化还原反应速率是快的，而涉 及到打开共价键的体系，反应常常是比较慢的。
第六章 氧化还原滴定法
第六章 氧化还原滴定法
2、专属指示剂 有些物质本身不具有氧化还原性，但它能与氧化剂或 还原剂产生特殊的颜色，这种利用能与氧化剂或还原 剂产生特殊颜色以指示滴定终点的物质，称为专属指 示剂（特殊指示剂）。
例如：可溶性淀粉与碘反应生成深蓝色化合物，可 根据蓝色的出现或消失指示滴定终点。所以，可溶 性淀粉是碘的专属指示剂。
(n1 n2 )sp
(n11 '
n2
C C '
OX1sp OX 2sp
[PPT模板]水环境污染及其生态效应
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一般情况下，若天然水或养殖用水中的氧化还原 电位为0.4V(400mV)左右，可认为该水体处于良 好的氧化状态。
氧化还原电位测定具有一定灵敏性，且可在线测 定，常被水族馆、水产养殖所采用。
在线氧化还原电位（ORP）测定仪和控制装置
表5-6 无锡某鱼池塘泥的氧化还原电位(Eh)随底泥深 度的变化（1984.12）
天然水环境中常见处于氧化态的物质： O2,、SO42-、 NO-3、 PO43-，以及Fe3+ , Mn4+ ,
Cu2+, Zn2+等金属离子； 天然水环境中常见处于还原态的无机物质： Cl-,、Br-、F-、N2、NH3(NH4+)、NO-2、H2S、
CH4等。
表X1 不同氧化还原水环境中常见元素的存在形态对比
剂，在厌氧菌的作用生成有害的NH3与H2S：
(CH2O)106(NH 3)16H3PO4 53H2SO4 106CO2 53H2S 16NH3
后两式是当水中溶解氧被耗尽，有机物所进行的氧 化分解，使有机物中的氮与硫元素最后以还原态形 式存在。
这意味着水质已恶化，对水产养殖是极不利，故在 养殖水质的管理中，应尽量降低耗氧因子的强度， 维持池水丰富的溶氧。
2） “反离子”：胶体表面带电后，因静电引力， 可从溶液中再吸附电荷相反离子，它们与胶体表面 保持一定距离
3）“固定层”(吸附层)：离表面近的，受引力较大， 总随胶体粒子一起移动。
4）“扩散层”： 离胶体表面更远的，受引力较小，在胶体粒子移动
时，并不随之移动。 5）“分界” ： 当与胶体表面距离增大到一定值，反离子浓度与溶
塘泥深度(cm) 底层水 0—1 5—6 10—11 14—15 18—19
第六章氧化-还原反应、电化学DOC
第六章 氧化─还原反应和电化学Chapter 6 Oxidation-Reduction Reactions & Electrochemistry本章研究另一类化学反应──氧化─ 还原反应（有电子转移的反应）§1 氧化─ 还原反应（Oxidation —Reduction Reactions ）一、氧化数（Oxidation Number ）1．氧化数是一个经验值，是一个人为的概念。
2．引入此概念，有以下几方面的应用：(1) 判断是否发生氧化──还原反应：氧化数升高、氧化反应、还原剂 reducing agent (reductant)，氧化数降低、还原反应、氧化剂 oxidizing agent (oxidant). (2) 计算氧化──还原当量 (3) 配平氧化──还原反应方程式(4) 分类化合物，如Fe ( Ⅲ )、Fe (Ⅱ)；Cu (Ⅰ)、Cu (Ⅱ)。
引入氧化数，可以在不用详细研究化合物的结构和反应机理的情况下，实现上述四点。
3．怎样确定氧化数(1) 在离子化合物中，元素的氧化数等于离子的正、负电荷数。
(2) 在共价化合物中，元素的氧化数为两个原子之间共用电子对的偏移数。
a ．在非极性键共价分子（单质）中，元素的氧化数为零，如P 4、S 8、Cl 2中P 、S 、Cl 的氧化数都为零；b ．在极性键共价分子中，元素的氧化数等于原子间共用电子对的偏移数，例如：11H :F +-，1111(-2)H :O :H +--+，1100111H :O :O :H +--+-，11+11(0)H :O :F +--。
(3) 具体规定：a ．单质的氧化数为零，例如P 4、S 8中P 、S 的氧化数都为零，因为P －P 和S －S键中共用电子对没有偏移；b ．除了在NaH 、CaH 2、NaBH 4、LiAlH 4中氢的氧化数为-1以外，氢的氧化数为+1；c ．所有氟化物中，氟的氧化数为-1；d ．氧的氧化数一般为-2，但有许多例外，例如2O (1/2)--、22O (1)--、3O (1/3)--、21/2O ()++、2OF 2)(+等；目前元素的最高氧化数达到+8，在OsO 4、RuO 4中，Os 和Ru 的氧化数均为+8，其它元素的最高氧化数至多达到其主、副族数。
刘兴强水分析化学_第六章氧化还原
6.2
氧化还原反应进行的完全程度
n2Ox1 n1Red 2 n2 Red1 n1Ox2
`
p187
例: 4Fe2+ + 8HCO3- + O2 + 2 H2O
Fe
3
4Fe(OH)3 + 8CO 2
/ Fe2
0.77V
[ Fe ]
3
O
2 / OH
0.40V
KspFe(OH)3 = 3 10-39
K spFe(OH )3 [OH ]3
K spFe (OH )3
当[H3AsO4]/[H3AsO3]=1时
pH=1.0 时,
'
As ( Ⅴ ) / As ( Ⅲ )
0.059 As(Ⅴ ) / As( Ⅲ ) lg[ H ]2 2
'
As ( Ⅴ ) / As ( Ⅲ )
0.059 0.559 lg( 10 1 ) 2 0.509 2
2Cu
′ Cu
2
2+
+ 4I = 2CuI +I 2
2
S2O3 2-
/ Cu
0.159V I / I 0.536V K spCuI 1.11012
Cu
′
2
/ CuI
Cu 2 / CuI 0.059
1 K spCuI
0.865V I / I 0.536V
实测或 理论计算
对于可逆的氧化还原 半反应：
Ox + ne
ne-
-
Red
还原型
RT a(Ox) ln nF a(Red)
水环境中的氧化还原作用
2.303RT [Re d ] lg nF [Ox]
E0 =
2.303RT lg K nF
（3-31）
nFE0 n × 9.65 × 104 E0 nE0 = = 由式 3-31 得知： lg K = 2.303RT 2.303 × 8.314 × 298 0.0591
（3-32）
（25℃）
从理论上考虑亦可将式(3-29)的平衡常数(K)表示为：
Fe(OH ) 2 ( s ) + H + U FeOH + + H 2O
K= [ FeOH ]+ [H + ]
lg K = 4.6
可得这两种形态的边界条件：
pH = 4.6 − lg[ FeOH + ]
将 [ FeOH + ] = 1.0 × 10−7 mol / L 代入，得：
pH = 11.6
因此，pE 是平衡状态下(假想)的电子活度，它衡量溶液接受或迁移电子的相 对趋势，在还原性很强的溶液中，其趋势是给出电子。从 pE 概念可知，pE 越小， 电子浓度越高，体系提供电子的倾向就越强。反之，pE 越大，电子浓度越低，体 系接受电子的倾向就越强。 2、氧化还原电位 E 和 pE 的关系 如有一个氧化还原半反应 Ox + ne U Re d （3-29） 根据 Nernst 方程一般式，则上述反应可写成： E = E0 − （3-30） 当反应平衡时：
一、电子活度和氧化还原电位
1、电子活度的概念 酸碱反应和氧化还原反应之间存在着概念上的相似性，酸和碱是用质子给予 体和质子接受体来解释。故 pH 的定义为：
pH = − lg(aH + ) (3-26)
式中：aH + --水溶液中氢离子的活度， 它衡量溶液接受或迁移质子的相对趋势。 与此相似，还原剂和氧化剂可以定义为电子给予体和电子接受体，同样可以 定义 pE 为： pE = − lg(ae )
天然水的性质------氧化还原作用(精选)PPT文档共58页
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
天然水的性质------氧化还原作用（精
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
Hale Waihona Puke 选）谢谢！51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
水质工程学课件第六章氧化还原与消毒
HOCl
Ki=平衡常数,与温度有关
t↑, ki↑
HOCl
所占的比例与温度、PH有关
PH↓(H+↑), t ↓(ki↓), HOCl所占的比例↑
例如: 当PH=7,t=20℃时,HOCl所占比例为75.2%
当PH=6,t=15℃时,HOCl所占比例为97.1%
生产实践证明: PH低时,消毒效果好
(3)加氯间面积及布置按设备台数及操作、 检修要求决定； (4)氯库面积,由贮存天数决定 (5)要有安全措施 ① 加氯间及氯库大门应向外开,并有观察孔 ② 加氯间应设事故井或喷淋装置、防毒面具 ③ 要有通风设备,排气孔设在低处,进气孔在 高处； (6)氯库大门要考虑进、出车,并设吊车设 备。
第二节 其他消毒法 一 物理方法 1.加热煮沸 2.紫外线照射 3.超声波 二 化学方法 1、二氧化氯（ClO2）-P225 ClO2气体具有与氯相似的刺激性气味，可 溶于水，不与水发生化学反应，其消毒作 用受水的PH值影响小。
消毒效果胜于 O C l 2.消毒机理 HOCl呈中性,而细菌带负电,故HOCl能接近
HOCl
细菌 胞死亡。
细胞壁
细胞内部,破坏酶系统,而使细
（二）水中有氨氮
C l2 +H 2O H O C l+ H C l
N H 2 C l+ H 2 O NH 3 + HOCl
N H 2C l + H O C l
ClO2对细菌的细胞壁有较强的吸附和穿 透能力，能有效地消灭细菌、病毒。 2.漂白粉（CaOCl2） 用氯气和石灰加工而成，有效氯约30% 水解：
2C aO C l 2 + 2H 2 O 2H O C l+ C a 2 O H 2 + C aC l 2
第六章 水中有机物的氧化还原作用
精品课件
29
• BOD5虽然不能代表总的生化需氧 量，但对生活废水和大多数工业废水，
BOD5可占总BOD的70-80%，而且 采用五天培养期，可减少有机物降解释
放NH3的硝化作用的干扰，因此仍广 泛用BOD5表示水中有机物污染程 度。
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30
（2）化学需氧量( COD)
• COD是指在一定条件下，用强 氧化剂氧化水中有机物时所消耗的 氧化剂相当于氧的量。
第六章
水中有机物 的氧化还原作用
黄甫
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1
第一节 氧化还原作用基本理论
• 一、天然水中的氧化还原反应
• 天然水中只有少数元素——C、N、 S、O、Mn、Fe、Cr及I等是氧化 还原过程的主要参加者。
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2
• 天然水中的大多数氧化还原过程
都需要生物做媒介。生物参与的天
然水的氧化还原反应主要包括：有
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25
2.水中有机物的来源
• 水中的有机物86%来源于生产 和生活活动，只有14%的有机物 来源于自然环境。
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3.有机物含量的表示方法
• 水体中有机污染物组成非常复杂，难以 一一测定。传统上常用一些“间接性指标” 反映水体中有机物的含量和污染状况，这些 指标主要有几类：
• （1）生化需氧量 （BOD）
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作业
•P248页
• 第2、3题
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42
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7
• 在缺氧条件下，有机物氧 化分解不完全，会产生对水 生生物无益甚至有害的物质 .
第六章 氧化还原滴定法
Cu2/Cu 0.87 V
• 5-3.氧化还原反应进行的程度 一平衡常数与电极电位的关系
在氧化还原滴定反应过程中，需要判断：
(1) 反应是否进行完全，即终点误差是否满足要求；
(2) 如果两个电对反应完全，应满足什么条件?
n2 Ox1 + n1 Red2 = n2 Red1 + n1 Ox2
两个半电池反应的电极电位为：
增加反应物浓度可以加速反应的进行； (2) 催化剂
改变反应过程，降低反应的活化能； (3) 温度
通常，温度每升高10度,反应速度可提高2-3倍。 反应机理复杂, 需要综合考虑各种因素
• 例如：在高锰酸钾法滴定中 (1) KMnO4与C2O42-的滴定反应需要在75-85C下
进行，以提高反应速度。但温度太高将使草酸分 解。
• 4.3 氧化还原滴定法的应用
• 1 高锰酸钾法 （permanganate titration） 高锰酸钾法优点：氧化能力强，可以直接、间接地测定多种
无机物和有机物；Mn2+近于无色，一般无需另加指示剂。 1）直接滴定法：适用于还原性物质测定FeSO4、H2C2O4、
H2O2、As(Ⅲ)、NO2- 等 • （2）返滴定法：适用于氧化性物质测定 MnO2、PbO2、
• =1.06V
• 3 滴定突跃范围 从滴定分析的误差要求小于-0.1～+0.1％出
发，可以由能斯特公式导出滴定的突跃范围。取 决于两电对的电子转移数与电势差，与浓度无关。
• 两电对的电子转移数相等，Esp正好位于突跃范 围的中点。若不相等，偏向电子转移数大的电对 一方。 与氧化剂和还原剂两电对ΔφØ差值大，滴定 突跃就大，差值小，滴定突跃就小 滴定突跃的大小与氧化剂和还原剂的浓度无关。
水环境化学3-3
S(VI)等，其被还原后依次被转变为H2O、Fe(II)、 Mn(II)、S(-II)等。 水中主要还原物质是各种有机化合物，有机化
合物被氧化后，生成各种复杂结构的物质。
由于天然水是一个复杂的氧化还原混合
体系, 其pE应介于其中各个单体系的pE之间，
而且接近于含量较高的单系pE值。
决定电位：某个单体系的含量比其他体系高
5、无机铁的氧化还原
天然水中的铁主要以Fe(OH)3(s)或Fe2+形态 存在。铁在高pE水中将从低价氧化成高价态或 较高价态，而在低的pE水中将被还原成低价态 或与其中硫化氢反应形成难溶的硫化物。
现以Fe3+-Fe2+-H2O体系为例讨论 pE 对铁形态浓度的影响 。 设总溶解铁浓度为1.0×10-3mol/L ：
2
NH3 Zn(NH3 ) 2
2
2
[ Zn(NH3 ) 2 ] K2 2.1 102 2 [ ZnNH3 ][NH3 ] Zn2 2 NH3 Zn(NH3 ) 2
2 2
[ Zn(NH3 ) 2 ] 2 K1 K 2 8.2 104 [ Zn2 ][NH3 ]2
令 pEθ = 1/n lg[K]
得 pE = pEθ + 1/n lg[氧化态]/[还原态]
根据Nernst方程:E = Eθ + 0.059/n lg[氧化态]/[还原态] 比较两式可得： pE=E/0.059 pEθ= Eθ /0.059
下面以Fe为例，讨论如何绘制pE—pH图。 假定溶液中溶解性铁的最大浓度为1.0×10-7mol/L， Fe的pE—pH图必须落在水的氧化还原限度内。
以pE对1gC作图
pE
0 -3 -6 -9 -12 -15 -6 -3 0 3 6 9 12
水污染控制工程——化学氧化还原
有机物的氧化还原过程
由于涉及共价键，电子的移动情形很复杂。许多反应 并不发生电子的直接转移。只是原子周围的电子云密度发 生变化。目前还没有建立电子云密度变化与氧化还原反应 的方向和程度之间的定量关系。因此，在实际上，凡是加 氧或脱氢的反应称为氧化，而加氢或脱氧的反应则称为还 原，凡是与强氧化剂作用使有机物分解成简单的无机物的 反应，可判断为氧化反应。甲烷的降解历程历程如下：
第三节 化学还原法
废水中的某些金属离子在高价态时毒性很大，可用化 学还原法将其还原为低价态后分离除去。 常用的还原剂有下列几类。 ①某些电极电位较低的金属，如铁屑、锌粉等。
简单无机物的化学氧化还原过程
实质是电子转移。失去电子的元素被氧化，是还原剂； 得到电子的元素被还原，是氧化剂。在一个化学反应中，氧 化和还原是同时发生的，某一元素失去电子，必定有另一元 素得到电子。氧化剂的氧化能力和还原剂的还原能力是相对 的，其强度可以用相应的氧化还原电位的数值来比较。许多 种物质的标准电极电位值可以在化学书中查到。值愈大，物 质的氧化性愈强，值愈小，其还原性愈强。
一、空气氧化
空气氧化法就是把空气鼓入废水中，利用空气中的氧气氧 化废水中的污染物。空气氧化法具有以下特点： ①电对O2/O2-的半反应式中有H+或OH-离子参加，因而氧化 还原电位与pH值有关。 ②在常温常压和中性pH值条件下，分子氧O2为弱氧化剂， 反应性很低，故常用来处理易氧化的污染物。 ③提高温度和氧分压，可以增大电极电位；添加催化剂， 可以降低反应活化能，都利于氧化反应的进行。
第六章 化学氧化还原
第一节 概述 第二节 化学氧化法 第三节 化学还原法 第四节 电解
第一节 概述
化学氧化还原是转化废水中污染物的有效方法。废水中 呈溶解状态的无机物和有机物，通过化学反应被氧化或还原 为微毒、无毒的物质，或者转化成容易与水分离的形态，从 而达到处理的目的。
海洋生态系统中的氧化还原过程与保护
海洋生态系统中的氧化还原过程与保护海洋是地球上最大的生态系统之一，其中的氧化还原过程对于海洋的生态平衡和生命多样性起着至关重要的作用。
本文将探讨海洋生态系统中的氧化还原过程，并提出相应的保护措施。
一、氧化还原过程的定义氧化还原是指化学反应中电子的转移过程。
在海洋生态系统中，氧化还原过程主要涉及有机物和无机物之间的电子转移。
典型的氧化反应是有机物的降解过程，通过释放电子来氧化有机物。
而还原反应则是无机物的还原为有机物的过程。
这些反应在海洋生态系统中不断进行，维持着生态系统的平衡。
二、氧化还原过程的重要性1. 营养循环：氧化还原过程参与海洋中有机物和无机物的循环，对于营养物质的供给起着关键作用。
通过有机物的降解和还原反应，海洋中的无机盐和元素得以释放，供给浮游植物和底栖生物的生长和繁殖所需。
2. 氧气循环：海洋中的氧气来源主要是来自光合作用和氧化还原过程。
氧化还原过程通过有机物的降解释放出二氧化碳，供给光合作用产生氧气。
同时，在还原反应中，海洋中的溶解氧也被还原为水，保持了海洋生态系统中氧气的平衡。
3. 有毒物质的降解：某些有害的物质如油污、重金属等进入海洋后，通过氧化还原过程可以被降解为无害物质，保护海洋生物的健康和生存环境。
三、氧化还原过程的保护措施1. 控制污染源：减少有害物质的排放是保护海洋生态系统的首要任务。
加强对工业废水和污水处理厂的监管，采取适当的措施减少排放物对海洋的污染，减少氧化还原过程受到干扰。
2. 推动生态修复：对受到污染的海域进行生态修复，如油污污染的区域可以进行海洋生物的引种，促进有机物的降解，加速氧化还原过程的恢复。
3. 保护海洋植被：海洋中的浮游植物是氧化还原过程的重要参与者之一，也是海洋生态系统中的重要组成部分。
加强海洋保护区的建设，限制过度捕捞和破坏海洋植被的行为，保护海洋生态系统的稳定和氧化还原过程的进行。
4. 提高环境意识：加强对公众的环保教育，提高人们对于海洋生态系统的认识和重视程度。
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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•
但是,我国环境水质标准中仍然 规定了高锰酸盐指数标准。
（3）总需氧量(TOD)
• TOD是指水中能被氧化的有机 和无机物质燃烧变成稳定的氧化物
所需要的氧量，包括难以分解的有
机物含量，同时也包括一些无机硫、
磷等元素全部氧化所需的氧量。
（4）总有机碳(TOC)
•
TOC是以碳的含量表示水中有 机物质总量的综合指标。它能较全
对水生生物有益。
• (CH2O)106(NH3)16H3PO4+ 138O2 → 106CO2
+ 16HNO3 + 122H2O + H3PO4
•
在缺氧条件下，有机物氧 化分解不完全，会产生对水
生生物无益甚至有害的物质 .
•
例如，当溶解氧耗尽，以 NO3-作为氧化剂时，有机物的氧
化分解将在厌气菌的作用下发生
• • • •
（1）生化需氧量 （BOD）
•
BOD是指好氧条件下，单位体积水 中需氧物质在微生物作用下,发生生物 化学反应过程中所消耗的溶解氧的量。
•
为相互比较、缩短分析测定时 间，国内外普遍规定：在20℃，于 水中接种微生物培养五天内生物氧 化过程所消耗的溶解氧量作为反映 水体耗氧有机物含量的统一指标， 称为五日生化需氧量，记为BOD5。
第六章
水中有机物 的氧化还原作用
黄甫
第一节 氧化还原作用基本理论
• 一、天然水中的氧化还原反应
• 天然水中只有少数元素——C、N、 S、O、Mn、Fe、Cr及I等是氧化
还原过程的主要参加者。
•
天然水中的大多数氧化还原过程
都需要生物做媒介。生物参与的天 然水的氧化还原反应主要包括：有
机物的分解矿化作用、硫元素的氧
由图可见，在溶氧丰富的水环 境中，高价元素的化合物，如NO3-、
Fe3+、SO42-、MnO2等是稳定的；
如果水中溶解氧被耗尽而成为无氧
水，NO3-、Fe3+、SO42-、MnO2
将被还原为NH4+、Fe2+、S2-、 Mn2+等。
三.天然水氧化还原电位
•
天然水的氧化还原电位(Eh)主 要受溶氧量的影响。水中溶氧丰
脱氮反应，使池水的肥力降低：
• (CH2O)106(NH3)16H3PO4+84.8HNO3 →106CO2+42.4N2+148.4H2O+ 16NH3 + H3PO4
•
若水中尚含有足量的
NO3
-，则NH
3可以继续被氧化，
发生脱氮反应：
• 5NH3 + 3HNO3→ 4N2 + 9H2O
•
若水中NO3-也被消耗尽，有
有毒有机污染物
• 指本身具有生物毒性的各种有机 化合物。有主要包括农药、多氯联苯 （PCBs）、卤代脂肪烃、醚类、单 环芳香族化合物、多环芳香烃类 （PAHs）、酚类、酞酸酯类、亚硝 胺类和其它各种人工合成的具累积性 生物毒性的有机化合物等。石油污染 物亦可属此类。
•
有毒有机污染物在水中可通过光 解、水解、生物降解等途径分解。
其污染危害主要通过在水生食物链
中的传递和积累实现。
2.水中有机物的来源
•
水中的有机物86%来源于生产
和生活活动，只有14%的有机物
来源于自然环境。
3.有机物含量的表示方法
• 水体中有机污染物组成非常复杂，难以 一一测定。传统上常用一些“间接性指标” 反映水体中有机物的含量和污染状况，这些 指标主要有几类： （1）生化需氧量 （BOD） （2）化学需氧量( COD) （3）总需氧量(TOD) （4）总有机碳(TOC)
•
BOD5虽然不能代表总的生化需氧 量，但对生活废水和大多数工业废水， BOD5可占总BOD的70-80%，而且 采用五天培养期，可减少有机物降解释 放NH3的硝化作用的干扰，因此仍广 泛用BOD5表示水中有机物污染程 度。
（2）化学需氧量( COD)
•
COD是指在一定条件下，用强 氧化剂氧化水中有机物时所消耗的
CO2+H2O
•
耗氧有机物本身并无毒性， 在富氧条件下，氧化降解的最
终产物是CO2、水等简单无机 化合物，对水质无害。
•
但当氧化降解过程中消耗的氧不能
及时得到补充时，将导致水中的溶解 氧迅速降低，有机物将进行厌氧分解， 产生有机酸、醇、醛类物质及其它还 原性产物如H2S、CH4等, 使水体缺氧、 变黑发臭，水质恶化，导致鱼类及水 生生物缺氧窒息或中毒死亡。
段，首先是大分子的有机物在细胞外
酶的作用下发生水解，变为各自的单
体；然后是（单体）小分子有机物进
一步分解，此时涉及的反应较多，除 氨基酸的脱氨、脱羧、脱巯、水解等 反应外，最重要的是氧化还原反应。
•
根据反应中氧化剂的不同，
有机物的降解矿化作用存在
着好氧分解和厌氧分解两条 可能的途径。
2.好氧分解
机物便以SO42-作为氧化剂，通过 厌氧菌的作用生成对水生生物有
害的NH3与H2S：
• (CH2O)106(NH3)16H3PO4+
53H2SO4 → 106CO2 + 53H2S +
16NH3
•
水环境中有机物的氧化分解 通常按下图的顺序由上向下消
耗氧化剂，同时水体的氧化还
原电位值逐பைடு நூலகம்降低。
•
氧化剂相当于氧的量。
• 所用的氧化剂主要有重铬酸钾
和高锰酸钾。
•
用高锰酸钾氧化可在酸性或碱
性条件下进行，而重铬酸钾只在酸 性条件下使用。重铬酸钾对有机物
的氧化率一般为90-100%，高锰
酸钾对有机物的氧化率约为50-
59%，因此CODCr值高于CODMn
值。
•
由于重铬酸钾法对水中有机物
的氧化更为彻底，国际上倾向于用
• 耗氧有机物——指能被水体中溶解氧所 氧化的各种有机物质，包括动、植物残 体、生活污水及某些工业废水中的碳水
化合物、脂肪、蛋白质等易分解的有机
物。
•
耗氧有机物氧化过程大多在微
生物作用下进行，分解过程中要消 耗水中的溶解氧，使水质恶化。由
于其危害作用主要是耗氧，因此统
称为耗氧有机物：
• {CH2O}+O2
化还原反应、氮元素的氧化还原反 应、铁的转化等等。
二.天然水中物质的存在形态
•
如氮元素在富氧水中，主要以 NO3-的形式存在,在还原环境中， 则主要以NH4+（NH3）的形式存
在。
不同氧化还原水环境中 常见元素的存在形态
常见元素 C 氧化环境 CO2, HCO-3, CO2-3 NO-3, NO-2, N2, NH3 SO42Fe3+ Mn4+ Cu2+ 还原环境 CH4,CO
•
水中有机物种类繁多，按其分散度的大 小可分为颗粒状有机物和溶解性有机物。
• 按对水质的影响和污染危害方式，可分为耗 氧有机物与有毒有机物两大类。
（1）按分散状态分类
分：颗粒状有机物、溶解性有机物
• 颗粒状有机物——直径大于
0.45M的有机物称为颗粒状有 机物，以符号POM表示。
•
颗粒状有机物由有生命的有 机体和无生命的有机碎屑组成。
溶解性有机物
• 直径小于0.45M的有机物称为溶
解性有机物，以符号DOM表示。包括 溶胶状态和真溶液状态存在的有机物， 其中大部分呈溶胶状态。其成分很复杂， 比较重要的有碳水化合物、蛋白质及其 衍生物、类脂化合物、维生素和腐殖质 等。
（2）按对水质影响和污染危害方式分 类（耗氧有机物 、有毒有机污染物 ）
富时,其氧化还原电位(Eh)较高，
可达0.4V左右。但这还未达到达
到理论计算值（0.77V） 。
。 •
底泥属于缺氧的还原性环境，
因此氧化还原电位均呈现负值。 所以，养殖塘的彻底清淤对于降
低池塘耗氧强度、维持池水丰富
的溶氧量和改善水质至关重要。
第二节 天然水中有机物的氧化作用
• 一、天然水中有机物的种类与来源 • 1.种类
面地反映出水中有机物的污染程度。
在国外已较普遍应用于水质监测。
二、有机物的降解、矿化作用
• •
1.基本概念
有机物的降解和矿化作用，是指有 机物在生物特别是各类微生物及酶的
作用下分解以至最终变为无机物的过
程。据估计，表层水中的有机物质，
大约以每日1%的速率被分解矿化。
•
有机物的降解矿化大体分为两个阶
•
好氧分解以溶解氧作为氧化剂，有 好气微生物参加，降解的最终产物是 CO2、NO3-、PO43-、SO42-和H2O等 高价态的无机物。好氧分解只在溶解 氧充足的水层进行，它一般分为两个 阶段，第一阶段是含碳有机物的氧化， 第二阶段则以硝化作用为主。
•
在20℃，含碳有机物的氧化需要 10-15天，温度升高，需要的时间则 相应缩短。好气微生物分解有机物的 速率，大体与微生物的生长阶段相适 应，在微生物生长的四个阶段（停滞 期、对数期、静止期和衰老期）中， 仅在微生物生长对数期和静止期的早 期，有机物才被迅速氧化分解。
N
NH3, N2 H2S, HS-,S2Fe2+ Mn2+ Cu+
S Fe Mn Cu
•
在不同的氧化还原环境中，
• 随着氧化还原电位的降低，使 有机物氧化的氧化剂也随着改
变，因而生成的产物也不一样。
•
当水中溶解氧含量丰富时，溶 解氧作为氧化剂，此时水的氧化还
原电位一般约为0.4V左右。在这种
水环境中，通过好气菌的作用，有 机物可以彻底氧化分解，最终产物