第五讲 氧化还原反应

CO2 + H2O
太阳能 叶绿素
C6H12O6 + O2
2H2O 2H2 O2
电能/光
本章知识要点
一、基本概念
氧化还原反应，氧化，还原，氧化剂，还原剂 氧化数，氧化还原电对
二、氧化还原反应配平 三、电极电势
原电池，电极反应，奈斯特方程式，影响电极 电势的因素
四、电极电势的应用
判断氧化还原反应的方向和氧化剂还原剂的强 弱，判断氧化还原反应进行的方向， 求算标准 平衡常数
反应过程中有电子得失或电子对偏移
自然界中无时无刻不在进行着氧化还原反应
化学能转变为其他形式的能量
C6H12O6 6O2 6CO2 +6H2O Q
煤,汽油 O2 CO2 H2O Q
PbO2 + Pb + 2H2SO4
放电 充电
2PbSO4 + 2H2O
其他形式的能量转变为化学能

o Cu 2+ /Cu
例5-2：
2FeCl3 SnCl2 2FeCl2 SnCl4
写出电对半反应，以发生氧化反应的为负极 负极： 正极：
Sn Sn 2e 氧化产物/还原剂
2+ 4+
Fe e Fe
3+
2+
氧化剂/还原产物
例5-3：
电池反应（总反应）：
H2 2Fe 2H 2Fe
3+ +
Ag Ag Cl Ag AgCl(s)
+ -
负极： Ag Cl- AgCl e 正极： Ag e Ag
+
二、电极电势
1. 电极电势的产生
原电池能产生电流，说明电极间存在电势差。 每个电极都有一定的电势，即为电极电势。
电极电势 (电位)的符号
电极电势

o Mn /M
氧化还原反应就是某元素在反应中有氧化数变 化的反应。
二、氧化还原作用
还原过程，得电子
10HClO3 3P4 = 10HCl 12H3PO4
氧化过程，失电子 氧化剂 还原剂 还原产物 氧化产物
+5
0
-1
+5
氧化过程： 氧化数升高的过程。（氧化反应） 还原剂被氧化，得到氧化产物 还原过程： 氧化数降低的过程。（还原反应） 氧化剂被还原，得到还原产物
+

o O2 /H 2 O o O2 /H 2 O2 o Fe2+ / Fe o Fe3+ / Fe2+
1.229V 0.695V 0.447V 0.771V
3. 标准电极电势表及使用注意事项
2）标准电极电势一律采用还原电极电势。因此 o 值与半反应的方向和反应式中的计量系 数都无关。 (配平总反应时常有此类问题)
2+
负极反应： 正极反应：
H2 2H+ 2e
还原剂被氧化 氧化剂被还原
Fe3+ e Fe2+
例5-4：
电池反应（总反应）：
H2 Cl2 2H+ 2Cl负极反应： 正极反应：
H2 2H 2e
+
Cl2 2e 2Cl-
Ag Cl AgCl(s)
+ -
4）检查H个数，最后检查O个数。 （通过两边加H2O的方法）
3As2S3 28HNO3 4H2O 6H3AsO4 28NO 9H2SO4
5）配平其他元素，核对
§5.3 原电池与电极电势
一、原电池
1、原电池的组成与工作原理
Zn Cu
2+
Zn Cu
2+
直接反应∶产生热量，不 能直接观察到电子转移； 原电池中∶产生电能， 能观察到有电子转移。
Cl2 2e 2Cl2Cl Cl2 2e 1 2 Cl2 e Cl

o Cl2 /Cl-
1.3583V
3） 值、电极反应式、电对物质的存在形 式与溶液的酸碱性有关。（酸表、碱表）
o
o Zn 2+ 2e Zn Zn -0.7618V 2+ /Zn ZnO2 2H O 2e Z n 4OH 2 2 o ZnO -1.215V 2/Zn
离子化合物中，氧化数 = 离子电荷数 共价化合物中，氧化数 = 形式电荷数 离子总电荷数 = 各元素氧化数的代数和。 中性化合物，各元素氧化数的代数和为0。 例： K2Cr2O7 Cr为+6 Fe3O4 中，Fe为+8/3 Na2S2O3中，S 为+2 Na2S4O6中， 平均为+ 2.5 (2个S 为0, 二个S为+5)
一、半反应法
1. 半反应式配平 如酸性溶液中MnO4-/Mn2+ 电对
MnO Mn
4
2+
§5.2 氧化还原反应方程式的配平
MnO-4 Mn2+
1）配平两边氧化数发生变化原子的数目，及氧 化数变化总值与得失电子的数目
MnO 5e Mn
4
2+
2）根据介质的不同在反应式两边加上适当的H+ 或OH-以配平电荷数，最后加 H2O 使两边H、O 平衡。 + 2+
MnO4 8H 5e Mn 4H2O
3）检查配平其他元素
注意：酸性介质中配平的半反应式里不应出现
OH –，在碱性介质中配平的半反应不应出现H+。 左边 酸性 多O缺H时，多一个O加2 介质 个H+, 缺1个H加1个H+ 碱性 多H缺O时，多一个H加1 介质 个OH – ，缺1个O加2个 OH右边 加相应的 H2O 加相应的 H2O
三、氧化还原电对
Zn Cu 2+ Zn 2+ Cu
还原剂 氧化剂 氧化产物 还原产物
氧化还原电对： Cu2+/Cu
Zn2+/Zn
(氧化剂）（还原产物） （氧化产物）（还原剂）
氧化态/还原态
氧化态：氧化数高的物质 （氧化剂或氧化产物） 还原态：氧化数低的物质 （还原剂或还原产物）
10HClO3 3P4 = 10HCl 12H3PO4
2SO3 SO24
2. 化学方程式配平
4）按照得失电子数相同原则，两个半反应乘以 适当系数后相加，得配平了的离子反应方程式 + 2+ MnO 8H 5e Mn 4H2O ×2 4 22+ SO3 H2O SO4 2H+ 2e ×5
2MnO 5SO 6H =2Mn 5SO +3H2O 5）加上其他离子，配平，写成分子反应方程式
o H 0.0000V /H
+ 2
2H 2e H2
+
对于任意标准电极，可作为正极，与作为负极的 标准氢电极组成下列原电池： （-）氢电极 || 指定电极（+）
E
o o + o -
o +
(－) Pt H2( 100kPa)H+ (1mol/L) Zn2+(1mol/L) Zn (+) 测得 E 0.76V
2
与酸碱性无关的电极反应一般列在酸表中。 酸性溶液中，[H+] = 1mol· L-1 碱性溶液中，[OH-] = 1mol· L-1
三、影响电极电势的因素
1. 能斯特(Nernst)方程式
氧化态 + ne
o
还原态
：电极在某一态时的电极电动势 o ：电极标准电极电势
RT ln J nF
第五讲 氧化还原反应
邬 泉 周
广州中医药大学中药学院 2015年5月7日星期四
化学反应两大基本类型
一、非氧化还原反应
BaCl2 Na 2SO4 BaSO4 2NaCl H+ OH- H2O
反应过程中无电子得失 二、氧化还原反应
2e
Zn Cu 2+ Zn 2+ Cu
H2 Cl2 2HCl
4 23 + 2+ 24
2KMnO4 5K2SO3 3H2SO4 2MnSO4 6K2SO4 3H2O
6）核对
二、氧化数法
原则：还原剂氧化值升高数和氧化剂氧化值降 低数相等(得失电子数目相等）
As2S3 HNO3 H3AsO4 NO H2SO4
1）找出氧化值有改变的元素
例5-1：
MnO4-/MnO2 电对在碱性介质中的半反应式
MnO 2H2O 3e MnO2 4OH
4
-
SO42-/SO32- 电对在酸性介质中的半反应式
+ 2SO2 2H 2e SO 4 3 H2O 22SO3 H2O SO4 2H+ 2e
H2O2/OH- 电对的半反应式
氧化还原电对 ClO3-/ClH3PO4/P4
氧化还原电对的半反应
氧化态 + ne 还原态
2+
还原态 氧化态 + ne
Cu 2+ 2e Cu
Zn Zn 2e
又如 MnO4-/Mn2+ 电对在酸性介质中的半反应 式为： + 2+ MnO 8H 5e Mn 4H2O 4
§5.2 氧化还原反应方程式的配平
As2S3 HNO3 H3AsO4 NO H2SO4
2）按最小公倍数法确定氧化剂和还原剂的系数 (2×2) + 8×3 = 28 28×3
+3 -2
+5
+5
+2