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第八章 氧化还原反应和电极电位,Oxidation-Reduction Reactions and Electrode Potential,第一节氧化还原反应,1.氧化值 2.氧化还原反应 3.氧化还原反应方程式的配平,2024年4月29日星期一,第八章 氧化还原反应和电极电位,3,一、氧化值（氧化数）,1970年IUPAC给出的定义是：氧化值(oxidation number)是某元素一个原子的表观荷电数，这种荷电数是假设把每一个化学键中的电子指定给电负性更大的原子而求得。例：NH3中，N的氧化值是-3，H的氧化值是+1。,2024年4月29日星期一,第八章 氧化还原反应和电极电位,4,确定元素氧化值的规则：（1）单质中原子的氧化值为零。（2）卤族元素。氟的氧化值在所有化合物中为-1。其它卤原子的氧化值在二元化合物中为-1。在卤族的二元化合物中，列在周期表中靠前的卤原子的氧化数为-1，如Cl在BrCl中。在含氧化合物中按氧化物决定，如ClO2中Cl的氧化值为+4。,2024年4月29日星期一,第八章 氧化还原反应和电极电位,5,（3）O的氧化值在大多数化合物中为-2，但在过氧化物中为-1，如在H2O2、Na2O2中；在超氧化物中为,如在KO2中；在OF2中为+2。（4）H的氧化值在大多数化合物中为+1，但在金属氢化物中为-1，如在NaH、CaH2中。（5）电中性的化合物中所有原子的氧化值的和为零;,2024年4月29日星期一,第八章 氧化还原反应和电极电位,6,（6）单原子离子中原子的氧化值等于离子的电荷。例如Na+离子中Na的氧化值为1。（7）多原子离子中所有原子的氧化值的和等于离子的电荷数。例：Fe3O4 中，Fe：+8/3；S4O62-中，S：+5/2。所以，氧化值可为整数，也可为分数。,2024年4月29日星期一,第八章 氧化还原反应和电极电位,7,按确定元素氧化值7条规则的先后顺序，就能正确确定化合物中各元素的氧化值。【例】KMnO4，先确定K的氧化值为+1；再确定O的氧化值为-2；最后确定Mn的氧化值为+7。,2024年4月29日星期一,第八章 氧化还原反应和电极电位,8,【例8-1】求Cr2O72-中Cr的氧化值和Fe3O4中Fe的氧化值。【解】设Cr2O72-中Cr的氧化值为x,由于氧的氧化值为-2，有：2x+7(-2)=-2，x=+6 故Cr的氧化值为+6。设Fe3O4中Fe的氧化值为x，由于氧的氧化值为-2，有：3x+4(-2)=0，x=+8/3 故Fe的氧化值为+8/3。,2024年4月29日星期一,第八章 氧化还原反应和电极电位,9,（二）氧化还原反应 1.电子转移Zn(s)+(aq)Cu2+(aq)=Cu(s)+Zn2+(aq)2.电子偏移CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)这两类不同的氧化还原反应可以用氧化值概念统一：元素的氧化值发生了变化。,二、氧化还原反应,2024年4月29日星期一,第八章 氧化还原反应和电极电位,10,元素的氧化值发生了变化的化学反应称为氧化还原反应。Zn(s)+Cu2+(aq)=Cu(s)+Zn2+(aq)氧化值升高的反应称为氧化反应，例如：Zn(s)Zn2+(aq)氧化值降低的反应称为还原反应，例如：Cu2+(aq)Cu(s),2024年4月29日星期一,第八章 氧化还原反应和电极电位,11,电子供体(Zn)失去电子，称为还原剂；电子受体（Cu2+）得到电子，称为氧化剂。氧化还原反应的实质：（1）氧化还原反应的本质是物质在反应过程中有电子的得失，从而导致元素的氧化值发生变化。（2）氧化还原反应中电子的得失既可以表现为电子的偏移，又可以表现为电子的转移。,2024年4月29日星期一,第八章 氧化还原反应和电极电位,12,（二）氧化还原半反应和氧化还原电对 氧化还原反应可以根据电子的转移，由两个氧化还原半反应构成。例如：Zn(s)+Cu2+(aq)=Zn2+(aq)+Cu(s)一个“半反应”是氧化反应：Zn 2e-Zn2+另一个“半反应”为还原反应：Cu2+2e-Cu,2024年4月29日星期一,第八章 氧化还原反应和电极电位,13,氧化反应和还原反应同时存在，在反应过程中得失电子的数目相等。氧化还原半反应用通式写做：n：为半反应中电子转移的数目；Ox：氧化型物质；Red：还原型物质。,2024年4月29日星期一,第八章 氧化还原反应和电极电位,14,溶液中的介质参与半反应时，虽然它们在反应中未得失电子，也应写入半反应中。如半反应：氧化型包括MnO4-和H+；还原型为Mn2+(不包括溶剂H2O)。,2024年4月29日星期一,第八章 氧化还原反应和电极电位,15,氧化型物质及对应的还原型物质称为氧化还原电对,通常写成：氧化型/还原型（Ox/Red），如：Cu2+/Cu；Zn2+/Zn,2024年4月29日星期一,第八章 氧化还原反应和电极电位,16,氧化还原反应方程式的配平主要有两种方法：1.氧化值法 氧化值法配平氧化还原反应方程式的原则是氧化剂组成元素氧化值降低的总数等于还原剂中组成元素氧化值升高的总数。2.离子电子法 先配平半反应，再合并为总反应。,三、氧化还原反应方程式的配平,2024年4月29日星期一,第八章 氧化还原反应和电极电位,17,【例】（1）写出离子方程式（2）根据氧化还原电对，拆成两个半反应：还原反应：氧化反应：,2024年4月29日星期一,第八章 氧化还原反应和电极电位,18,（3）物料平衡，使半反应式两边各原子的数目相等。如果O原子数目不等，可选择适当的介质如H+和H2O，或OH-和H2O来配平。,2024年4月29日星期一,第八章 氧化还原反应和电极电位,19,（4）电荷平衡（5）配平氧化还原方程式（得失电子数相等）,2024年4月29日星期一,第八章 氧化还原反应和电极电位,20,总反应为：离子电子法的特点是不需要计算元素的氧化值，但它仅适用于在水溶液中进行的反应，而且要特别注意有含氧酸根参与的半反应在不同介质中的配平方法差异。,第二节原电池和电极电位,1.原电池2.电极电位的产生3.标准电极电位,2024年4月29日星期一,第八章 氧化还原反应和电极电位,22,（一）原电池的组成 Zn 2e-Zn2+氧化反应 Cu2+2e-Cu 还原反应,一、原电池,2024年4月29日星期一,第八章 氧化还原反应和电极电位,23,2024年4月29日星期一,第八章 氧化还原反应和电极电位,24,装置：不让Zn与CuSO4直接接触，而是按氧化还原半反应的方式拆分成两个氧化还原电对，使氧化反应和还原反应在不同容器中进行。一只烧杯盛有ZnSO4 溶液，在溶液中插入Zn片。另一只烧杯盛有CuSO4溶液,在溶液中插入Cu片。将两种溶液用盐桥（salt bridge）连接。,2024年4月29日星期一,第八章 氧化还原反应和电极电位,25,原电池:将化学能转化成电能的装置称为原电池(primary cell)，简称电池。原电池可以将自发进行的氧化还原反应所产生的化学能转变为电能，同时对外做电功。从理论上讲，任何一个氧化还原反应都可以设计成一个原电池。,2024年4月29日星期一,第八章 氧化还原反应和电极电位,26,在上述原电池中，ZnSO4 溶液和Zn片构成Zn半电池（half-cell），CuSO4溶液和Cu片构成Cu半电池。半电池中的电子导体称为电极（electrode）根据检流计指针的偏转方向判断，电流从Cu电极流向Zn电极，电子从Zn电极流向Cu电极。Zn电极输出电子，是原电池的负极(anode)；Cu电极输入电子，是原电池的正极(cathode)。,2024年4月29日星期一,第八章 氧化还原反应和电极电位,27,负极上失去电子，反应物发生氧化反应：负极反应：（氧化反应）正极上得到电子，反应物发生还原反应：正极反应：（还原反应）由正极反应和负极反应所构成的总反应，称为电池反应(cell reaction)。,2024年4月29日星期一,第八章 氧化还原反应和电极电位,28,可以看出电池反应就是氧化还原反应，而负极反应是在Zn半电池中发生的氧化反应，正极反应是在Cu半电池中发生的还原反应。正负极之间的电子转移是经由导线（或负载）完成的，从而实现将氧化还原反应的化学能转化为电能。,2024年4月29日星期一,第八章 氧化还原反应和电极电位,29,原电池的组成：1.两个半电池（或电极）：半电池包括电极材料（电极板）和电解质溶液，电极板是电池反应中电子转移的导体,氧化还原电对的电子得失反应在溶液中进行。2.盐桥：连接两个半电池，沟通原电池的内电路，消除液接电位。,