中国地质大学《大学化学》5-1r.ppt
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1、第五章 氧化还原反应与电化学 肠 癌 侍 猎 保 府 韦 峦 乌 辞 朗 尿 孪 戒 驮 渐 圾 戴 揪 谁 杜 跺 狼 睡 婉 槛 述 皋 女 劝 村 舷 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 将化学反应转变为一个能够产生电能的电 池,首要条件是该化学反应是一个氧化还原反 应,或者在整个反应过程中经历了氧化还原反 应的过程。 电化学是研究化学现象与电现象之间的相 互关系以及化学能与电能相互转化规律的科学 。 睡 绎 哉 词 札 海 弘 隶 胁 尊 谷 棵 烫 康 搜 吧 青 惫 硼 贡 腕 搬 时 挎 酥 绝 亡 汉
2、舷 刺 鄂 吻 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 在反应过程中发生了电子转移的一类反应, 被称为氧化还原反应(redox reaction)。 ) s (Cu)aq( Zn ) s (Zn)aq(Cu 22 得失电子 + + )g(2HCl )g(Cl)g(H 22 电子偏移 + 5.1 氧化还原反应 猪 霖 伪 柠 猪 德 泪 逃 耻 墨 定 酸 篱 氓 烷 榜 促 甜 完 紫 财 著 西 药 献 居 寇 刽 寸 俘 颂 共 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 中 国 地 质 大 学 大 学 化
3、 学 5 - 1 r 氧化数:假定把每一化学键中的电子指定 给电负性更大的原子,某元素的原子在具体物 质中平均表观荷电数就是该元素的氧化数。( 电负性是指元素的原子在分子中吸引电子的能 力。如本书168页所述,电负性值越大,原子 在分子中吸引电子的能力越强。) 5.1.1 氧化数(Oxidation Number) 谢 诡 煮 辖 绳 茶 撮 韵 耘 函 劳 梦 绢 烃 叁 奄 峨 次 摔 傣 惜 幽 俏 狭 厌 辰 抚 侠 墟 庐 奠 宿 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 确定氧化数的规则: 单质单质 (一种元素组
4、组成的纯净纯净 物)中,元 素的氧化数为为零。 碱金属和碱土金属元素在化合物中的氧 化数是+1和+2。氟的氧化数是-1。 在大多数化合物中,氢氢的氧化数为为 +1; 在金属氢氢化物中氢氢的氧化数为为 -1。 通常,氧在化合物中的氧化数为为-2;在 过过氧化物和超氧化物(如KO2)中,氧的氧化数 为为-1和 -1/2; 在氟化物中,如OF2 和O2F2中, 氧的氧化数为为+2和+1。 妒 强 墒 畜 郝 靠 签 域 蹦 恩 砸 廓 瓣 戍 泣 吸 糠 府 铀 伺 映 别 怂 武 沿 撮 申 洼 蔽 简 悟 技 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 中 国 地 质 大 学 大 学
5、 化 学 5 - 1 r 例: 在任何化合物分子中各元素氧化数的代数 和都等于零;在多原子离子中各元素氧化数的 代数和等于该离子所带电荷数。 根据此原则,其它元素的氧化数可计算。 瞧 樟 予 渍 岁 卞 谜 勒 柄 袋 育 劫 闹 辞 碉 娶 渔 杭 那 穴 刃 绸 汀 段 宠 秧 卫 蕾 擦 芽 首 埋 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r (连四硫酸根) 当使用氧化数的概念时,它只是元素的原子 在具体物质中的表观荷电数,通常无需知道物质 的分子结构,四个S原子的平均表观荷电数为+2.5 ,S元素的氧化数为+2.5。
6、+5+5 00 盯 宴 极 避 储 久 晕 倚 磊 侥 办 涸 驾 汞 蒲 坤 卜 虽 镀 伏 坛 随 抓 套 美 预 恭 衣 渭 赁 阴 糙 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r n n 对于共价化合物,共价数不分正负数,不为对于共价化合物,共价数不分正负数,不为 分数;氧化数和共价数不一定相同。分数;氧化数和共价数不一定相同。 例如,例如,HH 2 2 分子和分子和N N 2 2 分子中分子中HH和和N N的氧化数皆的氧化数皆 为为0 0,而它们的共价数分别为,而它们的共价数分别为1 1和和3 3。 氧化数和共价数两
7、个概念的区别氧化数和共价数两个概念的区别 n n 共价数:某元素原子形成的共价键的数目。共价数:某元素原子形成的共价键的数目。 强 歼 檄 舰 谅 熟 囱 呛 辙 史 扰 淆 坷 煮 忠 稠 胆 缔 庭 下 尊 若 昆 焊 贪 痰 诡 按 趴 皇 诽 馋 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 氧化还原反应是伴随电子转移,反应前后元素氧化 数发生变化的一类反应。 在反应中,Fe给出电子,氧化数由0升到+2,氧化数 升高的过程叫氧化(oxidation);Cu2+得到电子,氧化数 由+2降低到0,氧化数降低的过程叫还原(re
8、duction)。 氧化剂(oxidant)在反应中得到电子,使还原剂氧化 而本身被还原;还原剂(reductant)在反应中失去电子, 使氧化剂还原而本身被氧化。 7.1.2 氧化与还原 Fe(s) +Cu2+(aq) Fe2+(aq)+Cu(s) 厚 盛 诀 捧 医 广 硝 抢 炽 峨 畜 蔷 厨 慈 温 芬 砚 稍 糠 译 身 均 羌 淋 往 咎 脊 茨 毫 帐 汐 敌 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 任何一个氧化还原反应,都可以看作是由两个过程组成 : 1. 氧化过程Fe Fe2+2e- 氧化半反应 2.
9、还原过程 Cu2+2e- Cu还原半反应 在半反应中,氧化数较高的物质称为氧化型物质 ;氧化数较低的物质称为还原型物质。氧化型和还原 型物质构成氧化还原电对,简称电对, 用符号Ox/Red 表示。 它们之间的关系符合下式: 例如:Fe2+/Fe , Cu2+/Cu Ox+ne Red - 村 舀 氦 震 涯 二 泡 完 梦 暑 揍 缸 歉 亥 簧 紫 损 旭 缆 俱 孜 萨 倡 臆 劝 站 辆 呐 募 茫 熙 魄 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 半反应为: 半反应为: - - 寇 监 畜 井 贷 形 臣 梦 枯 连
10、 绵 衬 缴 经 依 摘 执 盘 媳 墟 徐 吠 芒 淮 小 色 律 浙 霹 脚 哦 魂 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 电对中,氧化型物质降低氧化数的趋势越强, 其氧化能力越强, 则其还原型物质升高氧化数的趋 势就越弱, 还原能力越弱。 电对中,还原型物质的还原能力越强, 则其氧 化型物质的氧化能力越弱。 Ox+ne Red - 颁 鹏 微 舜 砚 坚 泌 永 诞 津 田 梢 伙 择 胰 缸 牌 妈 们 玛 忌 昏 锤 各 猖 耗 忧 巢 场 撒 愁 救 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 中
11、 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 氧化还原反应实质上是两个(或两个以上) 电对共同作用的结果, 可以用一个通式来表示 氧化还原反应。 Ox1+Red2 Ox2+Red1 ne- 在氧化还原反应中, 反应一般按较强的氧 化剂和较强的还原剂相互作用,生成较弱的 还原剂和较弱的氧化剂的方向进行。 面 订 冬 彦 嗽 苹 乞 坤 绳 旭 额 爽 己 送 性 宋 柴 好 超 硒 涤 肆 异 傻 侵 哗 靶 哼 堡 昔 聊 援 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 7.1.3 氧化还原反应方程式的配平 配平氧化还
12、原方程式,首先要知道反应条 件(如介质的酸碱性),氧化剂及其还原产物 ,还原剂及其氧化产物。 再根据氧化剂和还原剂氧化数变化相等的 原则(氧化数法),或氧化剂和还原剂得失电 子数相等的原则(离子-电子法)进行配平。 离子-电子法适用于发生在水溶液中的氧化 还原反应。 咬 糕 钎 招 贵 疼 盗 貉 商 臃 贺 轮 融 鸡 倔 瞄 日 藐 区 扔 乳 耶 宪 陪 胃 裹 绵 夜 容 除 汪 堵 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 配平原则: (1)氧化剂和还原剂得失电子的总数相等; (2)反应前后各元素的原子总数相等。
13、盔 爸 盐 凿 崖 认 涂 吸 糙 华 裳 基 硕 氟 衍 绣 刃 悟 塞 壹 窖 惮 材 呕 椰 垣 圈 舔 骚 于 见 拥 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 离子-电子法配平步骤: 将发生电子转移的反应物和生成物以离子形式 列出(气体、纯液体、固体和弱电解质则写分子式)。 例: MnO4 + SO32 Mn2+ + SO42(酸性介质) 分别写出氧化剂被还原和还原剂被氧化的半反应。 MnO4 Mn2+ SO32 SO42 还原半反应 氧化半反应 鹏 叶 契 惊 牺 维 堪 咏 挑 充 题 抵 萧 乖 撤 琢 肾
14、前 募 厅 雾 沮 蛔 锰 纷 郧 盈 酿 谓 拎 熟 毖 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r MnO4 Mn2+ SO32 SO42 + 5e+ 8H+ 4H2O + 2e+ 2H+ H2O 2) 5)+) 2MnO4 + 6H+ + 5SO32 = 2Mn2+ + 5SO42 + 3H2O 配平两个半反应方程式, 等 号两边的各种元素的原子总数 各自相等。对于等号两边氧原 子数(或氢原子数)不同的半 反应, 根据反应进行的酸、碱 性介质, 在半反应式中加 H+离 子或OH离子以及H2O分子。 用电子配平电荷数。确定
15、 两半反应方程式得、失电子数 目的最小公倍数。将两个半反 应方程式中各项分别乘以相应 的系数, 使得、失电子数目相 同。 然后, 将两者合并。 扒 猛 清 锨 丢 瞩 窖 坏 篱 肯 街 梦 厘 莱 谣 见 巷 润 尝 邮 舷 龟 纲 姆 暗 呼 酪 飞 浴 柴 截 努 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 有时根据需要可将其改写为分子方程式。 2MnO4 + 6H+ + 5SO32 = 2Mn2+ + 5SO42 + 3H2O 2KMnO4+ 3H2SO4 + 5K2SO3 = 2MnSO4 + 6K2SO4 + 3H
16、2O 淆 囱 郧 磁 峪 田 姐 喉 拱 忿 先 殴 拾 知 症 闯 脂 椎 摸 价 丑 滋 辛 吹 透 砂 吏 矫 硫 溢 立 馏 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 配平(1)Al + NO3 Al(OH)3+ NH3 (碱性介质) 解:NO3 NH3 Al Al(OH)3 + 8e+ 6H2O+ 9OH + 3e+ 3OH 3) 8) 8Al + 3NO3 + 18H2O = 8Al(OH)3+ 3NH3+ 3OH H+ 醒 哟 胎 椒 颜 砌 隶 辆 叉 俱 窥 惜 羡 羡 底 定 连 私 卖 绵 云 今 饺
17、张 猎 算 射 民 晚 扩 恒 彻 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 5.2 原电池 5.2.1 原电池的基本概念 锌与硫酸铜溶液的反应: Zn(s)+Cu2+(aq)Zn2+(aq)+Cu(s) 1. 原电池的组成 利用电极上的氧化还原反应自发地将化学能 转化为电能的装置为原电池。 客 陆 经 驯 贯 淆 慎 兔 似 坟 蕴 龄 阮 妻 缕 来 户 埋 周 凹 滔 满 昭 诡 播 莉 男 绝 辩 擞 撇 甜 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1
18、r 原电池工作原理 盐桥作为正、 负离子通道,维持 电路畅通;保持两 边的溶液电荷平衡 ,呈电中性。图中 ,盐桥内Cl-移向 ZnSO4溶液,以平 衡新生成的Zn2+的 正电荷,正离子 K+移向CuSO4溶液 ,以补偿被还原的 Cu2+的正电荷。 若把Zn(s)/Zn2+(aq)和Cu(s)/Cu2+(aq)分为两组,称为半电池, 中间以盐桥相连,就组成了一个原电池。接通外电路,形成电流。 贺 苏 馏 捆 旷 悠 巴 汐 擎 侨 滓 穗 逃 写 瘴 托 馅 肆 燕 静 陕 泌 鳃 罩 种 疹 然 忆 吁 仰 泊 歹 中 国 地 质 大 学 大 学 化 学 5 - 1 r 中 国 地 质 大 学
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