大学化学基础：氧化还原反应

左() Zn Zn 2 C Zn
2

Cu 2 C Cu 2 Cu ( )右
正极
负极 电极 溶液条件 溶液条件 电极 相界面 盐桥 相界面
半电池
半电池
写电池符号应注意事项： • 正、负极： (－) 左， (＋) 右 • 界面“|”: 单质与“极棒”写在一起，写在“|” 外面。 • 注明离子浓度（c),气态时用分压（p). 物质状态： 固态（s), 液态（l) 等 • 盐桥: “||”
氧化还原反应 电化学基础
§ 11.1 氧化还原反应的基本概念
年代 历 史 发 展 18世纪末 氧化反应 与氧化合 还原反应 从氧化物夺取氧
认 识 不 断 深 化
19世纪中 20世纪初
化合价升高 失去电子
化合价降低 得到电子
Fe
氧化 还原
Fe2+ +
还原 氧化
2e Cu
Cu2+ + 2e
氧化、还原 半反应
电极的类型及符号
四种电极 （1）金属－金属离子电极 如： Zn2+/Zn， Cu2+/Cu 等 电极符号： Zn|Zn2+ (c) Cu|Cu2+ (c) （2）气体－离子电极 如： H+/H2 Cl2/Cl需用一个惰性固体导体如铂（Pt)或石墨。 Pt | H2(p)|H+(c) Pt | Cl2(p)|Cl－(c) Pt与H2之间用逗号隔开，p 为气体的压力。 （3）离子电极 如 Fe3+/Fe2+ 等体系 将惰性电极插入到同一种元素不同氧化态的两种离子的溶液中 所组成的电极。 Pt|Fe2+(c1), Fe3+(c2) （4）金属－金属难溶盐电极 如 Hg2Cl2/Hg 由金属及其难溶盐浸在含有难溶盐负离子溶液中组成的电极。 如甘汞电极： Hg2Cl2 + 2e = 2 Hg + 2 Cl－ Pt,Hg,Hg2Cl2(s)|Cl-(c)
Fe
+
Cu2+
=
Fe2+ +
Cu
氧化还原反应
氧化态 + n e = 还原态, 电子转移 ( 酸 ＝ 碱 + n H+ , 质子转移)
氧化态、还原态的共轭关系
1.氧化还原作用 氧化还原反应: 某些元素氧化态发生改变的反应 氧化过程： 氧化态升高的过程, 还原剂 还原过程： 氧化态降低的过程, 氧化剂 氧化型：高氧化态 氧化剂 还原型：低氧化态 还原剂 中间态： 既可作为氧化剂, 又可做为还原剂 还原型 = 氧化型 + ne
【计算原子的氧化数】
碱金属+1：碱土金属+2；F:-1； H +1（LiH、CaH2例外-1）； O -2（H-O-O-H中为-1） 例：Fe3O4中Fe：
2 4 8 3 3 CrO5中Cr：2×5=10
O O Cr O O O
连四硫酸根S4O62-中S
2 6 2 10 2.5 4 4 _ _
O O S O S S S O
O
O
思考题： 确定氧化数
（1）Na2S2O3 +2 （2）K2Cr2O7 +6 （3）KO2 Na2S4O6 +2.5 CrO5 +10 -0.5
注意：1） 同种元素可有不同的氧化数； 2） 氧化数可为正、负和分数等； 3） 氧化数不一定符合实际元素的电子转移情况。 S的氧化数为＋2，
应在左边加18个H2O
2.离子电子法
• 写出相应的离子反应式 • 将反应分成两部分，即还原剂的氧化反应 和 氧化剂的还原反应。 • 配平半反应 • 确定二个半反应的系数得失电子数相等的原则 • 根据反应条件确定反应的酸碱介质，分别加 入H+, OH-, H2O, 使方程式配平。
注意：介质水参与，H+与OH-不能同时出现在反 应式中，酸性体系可有H+与H2O，碱性体系可有 OH-，H2O
Mn 2 SO 2 例：配平 MnO SO 4
2 MnO 5 e Mn 4
4
2 3
H

SO
2 3
2e SO

2 4

2 MnO 8 H 5 e Mn 4H 2 O 4 2 SO 3 H 2 O 2e SO 2 2 H 4
10 HClO3 + 3P4 = 10HCl + 12H3PO4
2 氧化数与电子转移
Fe
+
Cu2+
=
Fe2+ +
H 2O
Cu
2个 “e” 的转 移
H2 + 0.5 O2
共价键
“形式电荷” +1 -2 称为“氧化数”
（电子偏移情况的反映）
经验规则： 各元素氧化数的代数和为零。 1）单质中，元素的氧化数等于零。（N2 、H2 、O2 等） 2）离子化合物中，与元素的电荷数相一致。 NaCl CaF2 +1,-1 +2,-1 3) 共价化合物中，成键电子对偏向电负性大的元素。 O: -2 (H2O 等）； －1 （H2O2); -0.5 (KO2 超氧化钾） H: +1, 一般情况； －1， CaH2 、NaH
1．原电池
1 原电池（primary cells） 化学能转化成电能的装置 1）组成： ① 半电池（电极） ② 检流计 ③ 盐桥（琼脂 ＋ 强电解质 （KCl, KNO3等） 补充电荷、维持电荷平衡 2）电极反应： 正极（Cu）: Cu2＋ + 2e = Cu (还原反应） 负极（Zn）: Zn = Zn2+ + 2e （氧化反应） 3）电池反应及电池符号： Zn + Cu2＋ = Zn2+ + Cu (－) Zn | Zn2+ (c ) || Cu2＋ (c ) | Cu (＋) 1 2
S2O32-
O O S OS
+4, (+6) 0, (-2)
11.2 氧化还原反应方程式的配平
配平原则：
① 电荷守恒：氧化剂得电子数等于
还原剂失电子数。 ② 质量守恒：反应前后各元素原子 总数相等。
1.氧化数法： 原则：还原剂氧化数升高数和氧化剂氧化数 降低数相等(得失电子数目相等） •写出化学反应方程式 •确定有关元素氧化态升高及降低的数值 •确定氧化数升高及降低的数值的最小公倍 数。找出氧化剂、还原剂的系数。 •核对，可用H+, OH–, H2O配平。
2 2 5 5
检查
2 得失电子数相等 2MnO 4 6H 5SO3 = 2Mn
2
5SO 2 4 3H 2 O
小结： 酸性介质： 多n个O+2n个H+，另一边 +n个H2O 碱性介质： 多n个O+n个H2O，另一边 +2n个OH-
11.3 原电池与电极电位
例： HClO3 + P4 HCl + H3PO4
Cl5+
P4
C升高20 10HCl + 12H3PO4
10 HClO3 + 3P4
10 HClO3 + 3P4 +18H2O 10HCl + 12H3PO4 方程式左边比右边少36个H原子，少18个O原子，