第十一章氧化还原反应

正极：得到电子、发生还原反应。
2020/7/15
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无 机 化 学电池的表示方法（原电池符号）
() Zn Zn 2 (1.0mol L1) Cu2 (1.0mol L1) Cu ()
⑴ 负极写左边，正极写右边
⑵ “ ” 表示不同物相的界面
a 电极与溶液的界面
b 两种不同溶液的界面
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无 机 化 学11.3.1 原电池和电极电势
如果将两个氧化还原对放入电解质溶液中 ① 如果同处于一个容器中，直接发生反应。
化学能 热能 ② 如果分别处于不同的容器中，然后用导线将 两个氧化还原对连接起来，就形成了原电池。
化学能 电能
Zn(s) Cu2 (aq) Zn2 (aq) Cu(s)
不同的电极产生的电位差不同，两个不同的电极 组合时，电子将从负极流向正极，从而产生电流 (注意：电流方向与电子流动方向相反)。
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E () ()
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无 机 化 学 标准电极（参比电极）
1. 标准氢电极
电极反应：
2H (aq) 2e H2 g
电对： H/H 2 Ө 0.000V
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无 机 化 学 常见元素的氧化值
H:：+1 在氢化物中（NaH、CaH2） 为-1 O： -2 在过氧化物中为-1，超氧化物为-1/2
OF2中为+2 F： -1 碱金属 +1 碱土金属 +2
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氧化值的计算
氧化值易变的元素需要通过其它元素的氧化值来 计算。
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FeSO4与酸性KMnO4反应，生成无色Mn2+
Fe2
MnO
4
Fe3
Mn 2
氧化半反应：Fe2 Fe3 e
×5
还原半反应：MnO
4
8H
5e
Mn
2
4
H 2O
×1
5e
5Fe2
MnO
4
8H
5Fe3
Mn 2
4H2O
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5e
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H/H2
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甘汞电极
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表示方法：Pt， Hg (l) Hg 2Cl2 (s) Cl (2.8mol L1) 电极反应： Hg 2Cl2 (s) 2e 2Hg(l) 2 Cl (aq) 标准甘汞电极：c(Cl ) 1.0mol L1
() Cu | Cu2 (c1) || Ag (c2 ) | Ag ()
(2) Fe2 (aq) Ag (aq) Fe3 (aq) Ag(s)
(－) Pt | Fe2 (c1)，Fe3 (c2 ) || Ag (c3) | Ag ()
(3) 2Fe2 (aq) Cl2 (g) 2Fe3 (aq) 2Cl－(aq)
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As2S3(s) HNO3(aq) H3AsO4 (aq) H2SO4 (aq) NO (g)
氧化半反应：
As2S3 20H2O 2H3AsO4 3SO24 34H 28e ×3
还原半反应：
NO3 4H 3e NO 2H2O
×28
28NO
3
3As
2S3
4H2O
10H
K2Cr2O7和浓盐酸反应放出Cl2，溶液变绿（Cr3+）
Cr2O72 Cl Cr3 Cl2
氧化半反应：2 Cl Cl2 2 e
×3
还原半反应：Cr2O72 14H 6 e 2 Cr3 7 H2O×1
Cr2O7 14H 6Cl 2Cr3 Cl2 7H2O
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2．歧化反应 氧化作用和还原作用发生在同一分子内部处于同一氧
化数的元素上的自身氧化还原反应。
Cl2 (g) + H2O (l) = HOCl (aq) + HCl (aq)
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无 机 化 学 11.1.3 氧化剂和还原剂
氧化剂：电子的接受体，在反应中氧化数降低， 被还原。
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离子—电子法
（1）确定合理的反应物及氧化还原产物（用离
子式表达）
（气体、纯液体、固体和弱电解质则写分子式）
（2）确定氧化剂和还原剂
（3）分别写出氧化剂被还原和还原剂被氧化的
半反应。
（4）配平两个半反应（原子数、电荷数相等）
（5）找出两个半反应的最小公倍数，合并整个
反应
（6）复查
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无 机 化 学 第十一章 氧化还原反应
常见的氧化还原反应： 燃烧 电池
葡萄糖氧化提供能量 酿酒
……
某些元素的化合价发生变化，发生了电子的转移 或传递
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化合价升高的过程为氧化 化合价降低的过程为还原
氧化还原反应是由氧化半反应和还原半反应组成 的，两者必然同时发生。
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化学电池
氧化还原反应涉及电子的转移，电子的定向流动 即为电流。
原电池：利用自发的氧化还原反应产生电流的装
置；
化学电池
电解池：利用电流促使非自发的氧化还原反应发
生的装置
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11.1 氧化还原反应的基本概念 11.2 氧化还原反应方程式的配平 11.3 电极电势 11.4 电极图及其应用
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现象：（1）电流从Cu流向Zn （电子从Zn流向 Cu ）
（2）Zn 逐渐减少，Cu逐渐增多 （3）盐桥不存在，则无电流 氧化半反应： Zn Zn 2 2e 电子流出 还原半反应： Cu2 2e Cu 电子流入
表示方法： 氧化型 / 还原型
Cu2 / Cu
Cr2O72 / Cr3
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无 机 化 学 11.2 氧化还原方程式的配平
配平的原则：反应前后各有关原子总数相等， 而且氧化剂、还原剂电子得失数也相等。
配平的基本方法： 氧化数法——适合于非水体系的氧化还原反应的 配平。（氧化剂元素的氧化数降低值等于还原剂 元素氧化数的升高值） 离子-电子法——适合于溶液中的氧化还原反应 （得失电子数目相等的原则）
氧化数（氧化值、氧化态） 元素的一个原子荷电数（氧化态）
（通常假定将成键的电子指定给电负性较大的原子）
电负性较大的为负值：O2- ，Cl电负性较小的为正值：Na+，Cu2+
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无 机 化 学 确定氧化值的原则
(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) 中性分子中，各元素原子的氧化值的代数和 为零； (4)复杂离子的电荷等于各元素氧化值的代数和。
方法： 1利用大电阻的电位差计 2 补偿法
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无 机 化 学 电极电势的产生
金属与盐溶液间存在着电位差，这种电位差称 为电极电势。
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无机化学
扩散双电层理论
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活泼金属溶解倾向大于沉积倾向，平衡时M n＋进 入溶液，则溶液带正电，极板带负电；不活泼金 属溶解倾向小于沉积倾向，平衡时M n＋沉积在极 板上，则溶液带负电，极板带正电。
6H3AsO 4
9SO24
28NO
3As2S3 28HNO 3 4H2O 6H3AsO4 9H2SO4 28NO
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无 机 化 学 11.3 原电池和电极电势
11.3.1 原电池和电极电势 11.3.2 原电池的电动势与Gibbs函数 11.3.3 影响电极电势的因素 11.3.4 电极电势的应用
c 同种溶液不同浓度的界面
⑶ 同相不同物种用“,”分开，要注明ci ，pi ⑷ “ ”盐桥
⑸ 纯液体、固体和气体与惰性电极一边的用“ ”分
开 2020/7/15
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无机化学
将下列反应设计成原电池并以原电池符号表示
(1) Cu(s) 2Ag (aq) 2Ag(s) Cu2 (aq)
还原剂：电子的给予体，在反应中氧化数升高， 被氧化。
同一元素可以具有不同的氧化数
氧化态：高氧化数(Ox) 还原态：低氧化数(Red)
Ox/Red 氧化还原对
Ox + ne
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Red
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氧化还原对
在半反应中，同一元素的两个不同氧化数的物种 所构成的整体叫氧化还原对。
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特征： 反应前后某些元素的氧化数发生了变化。 （氧化－氧化数升高；还原－氧化数降低）
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无 机 化 学 特殊的氧化还原反应
1．自身氧化还原反应 氧化数的升高和降低都发生在同一个化合物分子中的
氧化还原反应。
2KClO3(s) 2KCl(s) 3O2(g)
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无 机 化 学 11.1.2 氧化还原反应的特征
氧化还原反应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”。
氧化还原反应是由氧化半反应和还原半反应组成 的，两者必然同时发生。
H5IO6 S2O32 S4O62 Fe3O4
I的氧化值为+7 S的氧化值为+2 S的氧化值为+2.5 Fe的氧化值为 83
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氧化值和共价数的区别 共价数：原子间公用电子对数（仅有正整数）
氧化值和化合价的区别： 化合价有正负、无分数；氧化数有正负、有分数
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歧化反应
KClO3
KClO4 + KCl
Fra Baidu bibliotek
1、 KClO3既是氧化剂，又是还原剂，可分开写
3 KClO3 + KClO3
2、再配平O原子数目
3 KClO4 + KCl
3、合并
4KClO3
3KClO4 + KCl
必要时需要约简计量系数
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(－) Pt | Fe2 (c1)，Fe3 (c2 ) || Cl－(c3) | Cl2 (p) | Pt ()
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无 机 化 学 原电池的电动势的测量
原电池的电动势 E： 指原电池正、负电极之间
的平衡电势差。是迫使电子做定向运动的推动力。
测量原则：必须使通过电流非常小以至于化学反 应基本不发生，从而保证浓度不改变。
(Hg2Cl2/Hg) 0.268V 饱和甘汞电极：c(Cl ) 2.8mol L1( KCl 饱和溶液 )
(Hg2Cl2/Hg) 0.2415V
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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：KMnO4 + FeSO4 + H2SO4
物料平衡 电荷平衡 介质酸碱性
2 KMnO4 +10 FeSO4 + 8 H2SO4 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 8 H2O
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歧化反应
Cl2 NaOH NaClO3 NaCl
氧化半反应：
Cl2
12 OH
2
ClO
3
6
H 2O
10
e
×1
还原半反应：
Cl2 2e 2 Cl
×5
6Cl2
12OH
2ClO 3
10Cl
6H2O
约分：
3Cl2
6OH
ClO 3
5Cl
3H2O
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无 机 化 学 11.1 氧化还原反应的基本概念
11.1.1 原子价和氧化数 11.1.2 氧化还原反应的特征 11.1.3 氧化剂和还原剂 11.1.4 氧化还原电对
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无 机 化 学 11.1.1 原子价和氧化数
原子价（化合价）：元素的原子能够合成置换1 价原子（H+）或一价基团（OH-）的数目。
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无机化学
电池的结构
①、盐桥：充满胶冻状电解质饱和溶液的倒立U 型管。
作用：离子传输通道，中和因反应产生的过剩的正、负 电荷。
②、两个半电池
半电池称电极， 电极由导体和电解质溶液组成；导 体按需要选用活性金属（Zn、Fe等）或惰性金属（Pt） 及石墨等。
负极：失去电子、发生氧化反应；