第六章氧化还原反应 78 第六章氧化还原反应 一、教学基本要求 1、氧化还原反应与原电池 掌握氧化值的概念，掌握离子 一电子法配平：了解原电池、氧化还原电对、半 反应、电极反应、电池反应、电池符号（最简单的）等基本概念。 2、电极电势 理解双电层理论：掌握标准电极电势的概念：熟悉标准氢电极、参比电极和甘汞电 极：会用标准电极电势表。 3、影响电极电势的因素 掌握能斯脱方程：掌握酸度、沉淀的生成、配合物的生成对电极电势的影响。 4、电极电势的应用 会用电极电势判断氧化剂（或还原剂的相对强弱：会计算氧化还原反应的平衡常 数：会判断氧化还原反应进行的方向：会应用元素的标准电极电势图判断某一物质能否发生 歧化反应，并会计算相应电对的电极电势。 二、学时分配 讲授 学时数(5.0) 1.氧化还原反应与原电池 1.0 2.电极电势 1.0 影响电极电势的因素 1.5 4.电极电势的应用 1.5 三、教学内容 §6.1氧化还原反应与原电池 6.1.1基本概念 参加反应的物质之间有电子的得失或偏移的一类反应称为氧化还原反应。 例如： Zn+Cu=Zn2+Cu(电子的得失) H(g)+C1,(g)=HC1(g)(电子的偏移) 一、氧化数（值） 1.氧化数1970年纯粹和应用化学国际联合会(IUPAC)确定：氧化数是某元素的一个原子 的荷电数，该菊 把每一化学键中的电子指定给电负性更大的原子而求得。 2.定氧化值的几条规则如下： (1)在单质中元素的氧化数为零：在单原子离子中元素的氧化数等于离子所带的电荷数。 (2)在多原子分子中，所有原子的氧化数代数和为零：在多原子离子中，所有元素的氧化数 的代数和等于该离子所带的电荷数。 (3)含氢大多数化合物时 北数为+1，但在金属氢化物中，氢的氧化值为 (4)氧在 一般化合物中的氧化数为-2：在过氧化物中为-1：在超氧化物(K0z)中为-1/2： 在臭氧化物(K0)中为-1/3：在0F2中为+2，在02F,中为+1。 (5)所有含氟化物中氟的氧化数为1：碱金属的氧化数为+1；碱土金属的氧化数为+2。 3.氧化数可以是正值，可以是负值，也可以是分数和零，从数值上可以看出，氧化值是化合
第六章 氧化还原反应 78 第六章 氧化还原反应 一、教学基本要求 1、氧化还原反应与原电池 掌握氧化值的概念，掌握离子 ⎯⎯ 电子法配平；了解原电池、氧化还原电对、半 反应、电极反应、电池反应、电池符号（最简单的）等基本概念。 2、电极电势 理解双电层理论；掌握标准电极电势的概念；熟悉标准氢电极、参比电极和甘汞电 极；会用标准电极电势表。 3、影响电极电势的因素 掌握能斯脱方程；掌握酸度、沉淀的生成、配合物的生成对电极电势的影响。 4、电极电势的应用 会用电极电势判断氧化剂(或还原剂)的相对强弱；会计算氧化还原反应的平衡常 数；会判断氧化还原反应进行的方向；会应用元素的标准电极电势图判断某一物质能否发生 歧化反应，并会计算相应电对的电极电势。 二、学时分配: 讲 授 内 容 学时数(5.0) 1．氧化还原反应与原电池 1.0 2．电极电势 1.0 3．影响电极电势的因素 1.5 4．电极电势的应用 1.5 三、教学内容 §6.1 氧化还原反应与原电池 6.1.1 基本概念 参加反应的物质之间有电子的得失或偏移的一类反应称为氧化还原反应。 例如： Zn + Cu2+=Zn2+ + Cu (电子的得失) H2(g)+ Cl2(g)=HCl(g)（电子的偏移） 一、氧化数（值） 1．氧化数 1970 年纯粹和应用化学国际联合会(IUPAC)确定:氧化数是某元素的一个原子 的荷电数,该荷电数是假定把每一化学键中的电子指定给电负性更大的原子而求得。 2．定氧化值的几条规则如下: （1）在单质中元素的氧化数为零；在单原子离子中元素的氧化数等于离子所带的电荷数。 （2）在多原子分子中,所有原子的氧化数代数和为零；在多原子离子中,所有元素的氧化数 的代数和等于该离子所带的电荷数。 （3）含氢大多数化合物中氢的氧化数为+1，但在金属氢化物中,氢的氧化值为-1。 （4）氧在一般化合物中的氧化数为-2；在过氧化物中为-1；在超氧化物（KO2）中为-1/2； 在臭氧化物（KO3）中为-1/3；在 OF2中为+2，在 O2F2中为+1。 （5）所有含氟化物中氟的氧化数为-1；碱金属的氧化数为+1；碱土金属的氧化数为+2。 3．氧化数可以是正值,可以是负值, 也可以是分数和零,从数值上可以看出,氧化值是化合
第六章氧化还原反应 物中元素原子的形式电荷数。 二、氧化剂和还原剂 在氧化还原反应中，其元素原子失去由子，氧化数升高，即被氧化：某元素的原子得到 电子，氧化数降低，即被还原。 失去电子的物质是还原剂，得到电子的物质是氧化剂。还原 剂是电子给予体，氧化剂是电子接受体。 小结如下： 反应物 氧化剂 还原剂 氧化数变化 氧化数降低 氧化数升高 表观性质 氧化性 还原性 反应过程 还原 氧化 自身发生的反应■还原反应 氧化反应 二、半反应与电对 1.半反应 任何一个氧化还原反应都由两个“半反应”组成，例如：金属锌与硫酸铜溶液的反应为 aq) (s (s)+Zn 其中Zn 失去电技氧化，为化半发显，以表为《) →Zn(aq)+2e 而Cu(aq)得到电子被还原，为还原半反应，可以表示为Cu”(aq)+2e Cu(s)。氧化 半反应和还原半反应相加可以得到完整的氧化还原反应。 2.由对 在半反应中，同 元素两个不同氧化态的两种物质间构成 较高氧化态，可做氧化剂的氧化态物质称氧化型，另 一个电对。电对中一种是处于 态物质称还原型。电对的表示方法： 化型茶种是较低氧化态，可做还原剂的还 例如：如半反应：Cu+2e→Cu电对：Cu/Cu。在电对Cu2/Cu中Cu为氧化型，Cu为还原 型。 半反应：Zn→Zn+2e电对：Zn2/Zn。在电对Zn/Zn中Zn为氧化型，Zn为还原 型 常见电对的种类： ①金属与其离子组成。如：Cu"/Cu、Zn”/2n:②同种金属不同价态的离子组成。如：Fe"/Fe ③非金属单质与其相应的离子。如：矿凡：④金属与其难溶盐组成如：Ag/AC1 任何氧化还原反应都有两个电对构成，若用(1)表示氧化剂所对应的电对，用(2)表 示还原剂对应的电对。 则氧化还原反 可表示为： 氧化型(1)+还原型(2)→还原型 (1)+氧化型(2) 氧化还原反应的实质就是两个电对之间的电子转移。 6.1.2氧化还原反应方程式的配平 一、离子电子法 1.配平原则 (1)反应过程中氧化剂所得电子总数必须等于还原剂所失电子总数 (2)反应前后各元素的原子总数必须相等，各物种的电荷数的代数和必须相等。 2.离子 电子法的配平步深 (1)找出两个电对，写出未配平的离子反应方程式（弱电解质和难溶物必须写成分子 式)。Mn0,+S0,2 (2)将反应分解为两个半反应，并使两边相同元素的原子数相等。 (3)用加减电子数的方法使半反应 两边电荷数相等 (离子电子式 (4)两个离子电子式各乘以适当系数，使得失电子数相等，将两式相加，消去电子，必要 时消去重复项，即得到配平的离子反应式
第六章 氧化还原反应 79 物中元素原子的形式电荷数。 二、氧化剂和还原剂 在氧化还原反应中，某元素原子失去电子，氧化数升高，即被氧化；某元素的原子得到 电子，氧化数降低，即被还原。失去电子的物质是还原剂，得到电子的物质是氧化剂。还原 剂是电子给予体，氧化剂是电子接受体。 小结如下： 反应物 氧化剂 还原剂 氧化数变化 氧化数降低 氧化数升高 表观性质 氧化性 还原性 反应过程 还原 氧化 自身发生的反应 还原反应 氧化反应 二、半反应与电对 1．半反应 任何一个氧化还原反应都由两个“半反应”组成，例如：金属锌与硫酸铜溶液的反应为 Cu2+(aq)+ Zn （s）⎯→Cu(s) + Zn2+( aq) 其中 Zn （s）失去电子被氧化，为氧化半反应，可以表示为 Zn （s）⎯→Zn2+（aq）+2e- 而 Cu2+(aq)得到电子被还原，为还原半反应，可以表示为 Cu2+（aq）+2e-⎯→Cu（s）。氧化 半反应和还原半反应相加可以得到完整的氧化还原反应。 2．电对 在半反应中，同一元素两个不同氧化态的两种物质间构成一个电对。电对中一种是处于 较高氧化态，可做氧化剂的氧化态物质称氧化型，另一种是较低氧化态，可做还原剂的还原 态物质称还原型。电对的表示方法： “氧化型/还原型” 例如：如半反应:Cu2++2e-→Cu 电对：Cu2+/Cu。在电对 Cu2+/Cu 中 Cu2+为氧化型，Cu 为还原 型。 半反应:Zn→Zn2++2e- 电对：Zn2+/Zn。在电对 Zn2+/Zn 中 Zn2+为氧化型，Zn 为还原 型。 常见电对的种类： ①金属与其离子组成。如：Cu2+/Cu、Zn2+/Zn；②同种金属不同价态的离子组成。如：Fe3+/Fe2 ③非金属单质与其相应的离子。如：H + /H2；④金属与其难溶盐组成如：Ag/AgCl 任何氧化还原反应都有两个电对构成，若用（1）表示氧化剂所对应的电对，用（2）表 示还原剂对应的电对，则氧化还原反应可表示为： 氧化型（1）+还原型（2）→还原型（1）+ 氧化型（2） 氧化还原反应的实质就是两个电对之间的电子转移。 6.1.2 氧化还原反应方程式的配平 一、离子电子法 1．配平原则 （1）反应过程中氧化剂所得电子总数必须等于还原剂所失电子总数。 （2）反应前后各元素的原子总数必须相等，各物种的电荷数的代数和必须相等. 2．离子⎯⎯电子法的配平步骤 （1）找出两个电对，写出未配平的离子反应方程式（弱电 解 质和 难 溶物 必 须写 成 分子 式）。MnO 4 - + SO3 2-⎯→ M n 2 + + SO4 2 - （2）将反应分解为两个半反应，并使两边相同元素的原子数相等。 （3）用加减电子数的方法使半反应两边电荷数相等。（离子电子式） （4）两个离子电子式各乘以适当系数，使得失电子数相等，将两式相加，消去电子，必要 时消去重复项，即得到配平的离子反应式
第六章氧化还原反四 (5)检查所得反应式两边的各种原子数及电荷数是否相等。必要时还原为分子反应式。 *在不同介质条件下，配平氧原子的经验规则 质 件 左边比右边多 左边此右边 个氧原子 中性 数加 0,右边 主成2个0州离子。 左边加入一个0， 右边生成2个离 碱性 0, 使之在另一边生成0离子，有 多 一个氧原子就加一个0 少氧的一边生成2个0离子。 Cr0,+220+3e→Cr02+40H 酸性 在多氧的一边加入日离子，使之在另一边生成水，加入F离子的数目是氧原子数目 的2倍 Mn0,+8H+5e→Mm2"+4H0：S0,2+H.0-2e→S0,2+2H 井改写成离子方 还项半反应：MnO,+Mn 氧化半反应 s0-s0 边的净电数相等，方法是先配平原子数，然后在半反应的左边或右 上式左边净电荷+？，右边+2，因此在左边加5个电子，此时两边电衔数亦相等 时生化0有了个氧子在介顶中氧可由0分子桃供， MnO+8H +5e 42 s032+H0·s07 +2H 上式左边净电荷2右边为0，因在右边加？个 从以主时论可知，配乎半应是利用半反应前后子数和电传守面的原，反 应物和产物间氧原子数的多寡可结合氧化还反应的酸性，在半反应中分用 皮5来失电子总数与还原半反应行用子数相等的，在调个半 反应中乘以适当系数，求得符失电子的最小公倍数，在本例中为10。面后格两个半反应 相，首去电子及学式两边同物种的相同趾 2M0,+5s0+6=2Mm+5S0+3H0 无氧化性又无还原性。 不种物质，这种反应叫自氧化还 :(NHaCr.Ox +N2 4HO 而当氧化剂和还原剂是同 同种元素时又称为歧比反应，它是白氧化还原反应的特例。本虹是化反成 还原半反应 6C+120H=2C
第六章 氧化还原反应 80 （5）检查所得反应式两边的各种原子数及电荷数是否相等。必要时还原为分子反应式。 *在不同介质条件下，配平氧原子的经验规则 介质条件 左边比右边多一个氧原子 左边比右边少一个氧原子 中性 左边加入一个 H2O，右边生成 2 个 OH-离子。 MnO4 - +2H2O+3e-→MnO2+4OH- 左边加入一个 H2O，右边生成 2 个 H +离 子。SO3 2- +H2O-2e-→SO4 2- +2H+ 碱性 在多氧的一边加入 H2O，使之在另一边生成 OH-离子，每多一个氧原子就加一个 H2O， 少氧的一边生成 2 个 OH-离子。 CrO4 2- +2H2O+3e-→CrO2 2- +4OH- 酸性 在多氧的一边加入 H +离子，使之在另一边生成水，加入 H + 离子的数目是氧原子数目 的 2 倍。 MnO4 - +8H+ +5e-→Mn2++4H2O ； SO3 2- +H2O-2e-→SO4 2- +2H+
第六章氧化还原反应 讨论 氧化还原反应的介质条件，一般由题意提供，有时也要根据反应式中的物质存在形式来 判断，如：Cr0 ,S等均在碱性介质中存在。 ◇用离子电子法配平氧化还原反应时，最大的优点是，无需知道元素的氧化数，就可以直接 配平，且得到的是离子反应方程式：缺点是只适合于水溶液体系，不适合于非水体系。 例题：（略） 6.1.3原电池及其组成 一、原电池 能把化学能直接转化为电能的装置称为原电池 图6-1铜锌原电池 例：Cu-Zn原电池 1.基本概念 1) 原电池的构成：两个半电池、导线、盐桥（其作用在于使两个半电池保持电中性 (2)原电池产生电流的原理：锌比铜活泼，易失去电子，而C比Z易获得电子。所以当 电路接通后，在锌半电池发生氧化半反应：Zn→Zn+2e;在铜半电池发生还原半反应： Cu+2e- →Cu:这样一个完整的氧化还原反应：Cu+ZnCu+Zn2在两个区域进行， 电子定向移动形成电流，化学能转化成电能。 (3)电极、电极反应、电池反应 电极：原电池中起导体作用的材料叫电极。在原电池中失电子的一极为负极，得电子的一极 为正极。有的电极参与氧化还原反应，如Cu-Z原电池中铜片和锌片。另有一类原 电池其氧化型物质和还原型物质均为非固体，需一种不参与电极反应的物质作导体， 这种在原电池中仅作导体起导电作用而不参与电极反应的物质叫惰性电极。 电极反应：在原电池两个半电池中发生的反应叫半电池反应。原电池反应是由两个半反应（电极 反应构成的 半反应通式： 氧化型+ne→还原型：还原型-ne→氧化型 原电池反应通式： 氧化型(1)+还原型(2)→还原型(1)+氧化型(2) 二、原电池符号 原电池装置是由两个半电池（电极）装置构成的，其表示是复杂的，为了比较容易的表示 原电池装置，为此规定了原电池装置的符号。 如：原电池反应Cu+Zn Cu+7n 原电池符号为：-)Zn(s)1zn(c)1ICu(c)1Cu(s)(+)
第六章 氧化还原反应 81 讨论: 氧化还原反应的介质条件,一般由题意提供,有时也要根据反应式中的物质存在形式来 判断,如:CrO4 2- ,S2-等均在碱性介质中存在。 用离子电子法配平氧化还原反应时,最大的优点是,无需知道元素的氧化数,就可以直接 配平,且得到的是离子反应方程式；缺点是只适合于水溶液体系,不适合于非水体系。 例题：（略） 6.1.3 原电池及其组成 一、原电池 能把化学能直接转化为电能的装置称为原电池. 例:Cu-Zn 原电池 1．基本概念 （1）原电池的构成：两个半电池、导线、盐桥（其作用在于使两个半电池保持电中性）。 （2）原电池产生电流的原理：锌比铜活泼，易失去电子，而 Cu2+比 Zn2+易获得电子。所以当 电路接通后，在锌半电池发生氧化半反应: Zn ⎯→Zn2++2e-；在铜半电池发生还原半反应: Cu2++2e-⎯→Cu；这样一个完整的氧化还原反应: Cu2++ Zn ⎯→Cu + Zn2+在两个区域进行， 电子定向移动形成电流，化学能转化成电能。 （3）电极、电极反应、电池反应 电极：原电池中起导体作用的材料叫电极。在原电池中失电子的一极为负极,得电子的一极 为正极。有的电极参与氧化还原反应，如 Cu-Zn 原电池中铜片和锌片。另有一类原 电池其氧化型物质和还原型物质均为非固体，需一种不参与电极反应的物质作导体， 这种在原电池中仅作导体起导电作用而不参与电极反应的物质叫惰性电极。 电极反应：在原电池两个半电池中发生的反应叫半电池反应。原电池反应是由两个半反应(电极 反应)构成的. 半反应通式: 氧化型 + ne-→还原型 ；还原型 - ne -→氧化型 原电池反应通式: 氧化型（1）+还原型（2）→还原型（1）+ 氧化型（2） 二、原电池符号 原电池装置是由两个半电池(电极)装置构成的,其表示是复杂的,为了比较容易的表示 原电池装置,为此规定了原电池装置的符号。 如:原电池反应 Cu2++ Zn ⎯→Cu + Zn2+ 原电池符号为:(-)Zn(s)|Zn2+(c1)||Cu2+(c2)|Cu(s)(+)
第六章氧化还原反应 又如反应：C1,+20H→C1+C10+Hl.0 其原电池符号为：(-)Cl.(Pa,)C10(c)IICI(c.)1Clz(Pa,)(+) 书写原电池符号要注意的问题 令电极中的物质要注明聚集状态，固体，有同素异形体的要注明晶型，气体要注明分压，溶 液要注明浓度：还要注明温度，当温度为298.15K,溶液的浓度为标准浓度，固体无同素异 形体时，可不注明。 ◇“|“表示界面，“川“表示盐桥：(-)写在左边，(+)写在右边，其余按从（一）到(+)的顺序写。 确定电极材料 根据电对类型选择电极材料： ①金属与其离子组成的电对选用金属电极。如：Cu/Cu、Zn/Zm。 ②同种金属不同价态的离子组成的电对选用氧化还原电极。如：Fe”/F® ③非金属单质与其相应的离子的电对选用气体-一离子电极。如：Ⅲ： ④金属与其难溶盐组成的电对选用金属-金属难溶盐（或氧化物）。如 Ag/AgC】 若参 加电极反应的物质中有纯 气体 液体或固体，则应写在惰性导体的一边。 液中有两种或两种以上物质用逗号分开。 令可将任一氧化还原反应设计为原电池，用原电池符号表示之；也可将任一原电池符号，还 原为氧化还原反应。 §6.2电极电势 6.2.1双电层理论 电极电势及双电层的概念 令金属离子化倾向： 金属离子沉积化倾向 M(金属) →Mr(aq)+ne (aq)+ne →M(金属〉 M 围6~2金属的双电层 当金属离子化倾向大于金属离子沉积化倾向时，金属极板上带有过量的负电荷：当金属 离子沉积化倾向大于金属离子化倾向时，金属极板上带有过量的正电荷 ◆由于金属极板和所在盐溶液的界面处所带的电荷不同，在金属和溶液之间形成双电层 就产生了电势差或称电极电势，又由于体系此时处于平衡态，所以此时的电极电势为平 衡申热。由干该由势差很小，到目前为止其绝对值无法测得 当外界条件一定，不同的电对电极电势值不同：当电对一定，溶液中的离子浓度不同、酸 度不 、温度不同时电极 电势值值也不同，即影响电极电势的因素有，电极的本性、体 系的温度、溶液的介质、离子浓度等。 ◇用导线连接两个不同的电极，由于电极电势的不同，则电子从电势较高的一极流向电势 较低的一极，产生了电流。原电池的电动势就是电势较高的电极（正极）与电势较低的电 极（负极）的电势差（即电池电动势），单位为”伏特”，符号为“V
第六章 氧化还原反应 82 又如反应: Cl2+2OH-→Cl- +ClO- +H2O 其原电池符号为:(-)Cl2(P Cl 2 )|ClO- (c1)||Cl- (c2)|Cl2(P Cl 2 )(+) 书写原电池符号要注意的问题: 电极中的物质要注明聚集状态,固体,有同素异形体的要注明晶型,气体要注明分压,溶 液要注明浓度；还要注明温度,当温度为 298.15K,溶液的浓度为标准浓度,固体无同素异 形体时,可不注明。 "|"表示界面,"||"表示盐桥；(-)写在左边,(+)写在右边,其余按从(-)到(+)的顺序写。 确定电极材料 根据电对类型选择电极材料： ①金属与其离子组成的电对选用金属电极。如：Cu2+/Cu、Zn2+/Zn。 ②同种金属不同价态的离子组成的电对选用氧化还原电极。如：Fe3+/Fe2 ③非金属单质与其相应的离子的电对选用气体-离子电极。如：H + /H2 ④金属与其难溶盐组成的电对选用金属-金属难溶盐(或氧化物)。如：Ag/AgCl 若参加电极反应的物质中有纯气体、液体或固体，则应写在惰性导体的一边。 溶液中有两种或两种以上物质用逗号分开。 可将任一氧化还原反应设计为原电池,用原电池符号表示之；也可将任一原电池符号,还 原为氧化还原反应。 §6.2 电极电势 6.2.1 双电层理论 电极电势及双电层的概念 金属离子化倾向； 金属离子沉积化倾向 M(金属) ⎯→ M n+(aq)+ne- M n+(aq)+ne-⎯→ M(金属) 当金属离子化倾向大于金属离子沉积化倾向时,金属极板上带有过量的负电荷；当金属 离子沉积化倾向大于金属离子化倾向时,金属极板上带有过量的正电荷。 由于金属极板和所在盐溶液的界面处所带的电荷不同, 在金属和溶液之间形成双电层， 就产生了电势差或称电极电势,又由于体系此时处于平衡态,所以此时的电极电势为平 衡电势。由于该电势差很小，到目前为止其绝对值还无法测得。 当外界条件一定,不同的电对电极电势值不同；当电对一定,溶液中的离子浓度不同、酸 度不同 、温度不同时电极电势值值也不同,即影响电极电势的因素有,电极的本性、体 系的温度、溶液的介质、离子浓度等。 用导线连接两个不同的电极,由于电极电势的不同,则电子从电势较高的一极流向电势 较低的一极，产生了电流。原电池的电动势就是电势较高的电极(正极)与电势较低的电 极(负极)的电势差(即电池电动势) ,单位为"伏特",符号为"V