理解氧化还原反应的实质掌握配平氧化还原方程式的方法市公开课金奖市赛课一等奖课件.pptx
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1、1.1.理解氧化还原反应实质,掌握配平氧化还原理解氧化还原反应实质,掌握配平氧化还原方程式办法。方程式办法。2.2.理解电极电势概念,以及浓度、沉淀、酸度理解电极电势概念,以及浓度、沉淀、酸度等对电极电势影响。等对电极电势影响。3.3.掌握应用电极电势判断氧化还原反应进行方掌握应用电极电势判断氧化还原反应进行方向和程度及其计算。向和程度及其计算。4.4.理解元素电势图及其利用。理解元素电势图及其利用。第第1111章章 电化学基础电化学基础 基本要求基本要求第1页第1页 11-1 氧化还原反应氧化还原反应 氧化氧化:与:与氧氧化合。化合。还原还原:金属氧化物金属氧化物变成金属单质。变成金属单质。
2、如:如:Fe氧化:氧化:Fe+1/2O2=FeO FeO还原:还原:2FeO+C=2Fe+CO2 氧化、还原氧化、还原概念推广概念推广到与上述反应相同但不到与上述反应相同但不一定包括氧反应。一定包括氧反应。如如Fe氧化反应:氧化反应:2Fe+3Cl2 =2FeCl3 实质相同实质相同:Fe Fe3+3e第2页第2页 氧化:失去电子氧化:失去电子作用。作用。还原:取得电子还原:取得电子作用。作用。一个反应有氧化作用必有还原作用。一个反应有氧化作用必有还原作用。2Fe +3Cl2 =2FeCl3 氧化作用:氧化作用:FeFe3+3e 还原作用:还原作用:Cl2+2e 2Cl-氧化还原反应氧化还原反
3、应:有:有电子得失电子得失反应。反应。氧氧化化作作用用、还还原原作作用用称称为为氧氧化化还还原原半半反反应。应。氧化还原半反应氧化还原半反应氧化还原半反应氧化还原半反应第3页第3页 氧化、还原氧化、还原概念概念再进一步再进一步扩大扩大。如:如:H2+Cl2 =2HCl 该反应没有电子得失,有共用电子正确偏移,该反应没有电子得失,有共用电子正确偏移,共用电子对偏向共用电子对偏向Cl原子、偏离原子、偏离H原子。原子。氧化氧化:失失电子或电子电子或电子偏离偏离作用。作用。还原还原:得得电子或电子电子或电子偏向偏向作用。作用。氧化还原反应氧化还原反应:有有电子得失或偏移电子得失或偏移反应。反应。11-
4、1-1 氧化数氧化数 1948年年格拉斯通格拉斯通(Glasston,S.)提出提出氧化数氧化数(氧化值氧化值)概概念,用来描述氧化还原反应中电子得失或偏移。念,用来描述氧化还原反应中电子得失或偏移。第4页第4页 1.定义定义:氧化数是某元素一个原子氧化数是某元素一个原子荷电数荷电数(形形式电荷式电荷),由假定每个键中电子由假定每个键中电子(即成键电子即成键电子)指定指定给给电负性更大原子而求得电负性更大原子而求得.2.拟定氧化数规则拟定氧化数规则:(1)、在在单质单质中,元素原子氧化数为零。中,元素原子氧化数为零。表示办法:氧化数写于元素符号右上角。表示办法:氧化数写于元素符号右上角。如如S
5、0、Cu0等。等。(2)、化合物中化合物中氧氧氧化数普通情况下为氧化数普通情况下为-2,氢氢氧化数普通情况下为氧化数普通情况下为+1。(3)、中性分子中所有原子氧化数中性分子中所有原子氧化数代数和为零代数和为零。第5页第5页 例例:HNO3分子中,依据此原则可知氮原子分子中,依据此原则可知氮原子氧化数为氧化数为+5。例例:H2O2分子中,氧原子氧化数为分子中,氧原子氧化数为-1。例例:NaH中,氢原子氧化数为中,氢原子氧化数为-1。(4)、单原子离子、单原子离子氧化数等于它所带电荷数。氧化数等于它所带电荷数。例例:S2-离子氧化数为离子氧化数为-2,Al3+离子氧化数为离子氧化数为+3。多原子
6、离子多原子离子中各原子氧化数代数和等于离子中各原子氧化数代数和等于离子所带电荷数。所带电荷数。例例:CrO42-离子中,铬原子氧化数为离子中,铬原子氧化数为+6。第6页第6页 在化学反应中,在化学反应中,氧化数改变要求氧化数改变要求:元素氧化数元素氧化数改变值改变值等于它在化学反应中等于它在化学反应中得失得失或偏移电子数或偏移电子数。反应时假如一个原子失去电子或电子偏离它,反应时假如一个原子失去电子或电子偏离它,则产生则产生正氧化数正氧化数,假如一个原子得到电子或电子,假如一个原子得到电子或电子偏向它,则产生偏向它,则产生负氧化数负氧化数。如:如:Zn0+2H+1Cl-1=Zn+2Cl-12+
7、H02 Zn氧化数改变:氧化数改变:Zn0Zn+2。发生氧化作用。发生氧化作用。H氧化数改变:氧化数改变:H+1H0。发生还原作用。发生还原作用。2e第7页第7页 氧化氧化:氧化数增高作用。:氧化数增高作用。还原还原:氧化数减少作用:氧化数减少作用。氧化还原反应氧化还原反应:发生氧化数改变反应。:发生氧化数改变反应。氧化剂氧化剂:氧化数减少物质。:氧化数减少物质。还原剂还原剂:氧化数增高物质:氧化数增高物质。3.与化合价区别与联系与化合价区别与联系 (1)、氧化数是按一定氧化数是按一定规则规则拟定数值,能够拟定数值,能够是正值、负值、分数或为是正值、负值、分数或为0。(2)、氧化数与氧化数与化
8、合价化合价(某元素一个原子与一某元素一个原子与一定数目其它元素原子相结合个数比定数目其它元素原子相结合个数比)有差别。有差别。第8页第8页 (3)、氧化态:元素原子含有一定氧化数状氧化态:元素原子含有一定氧化数状态。态。(4)、氧化数氧化数不是不是为为配平配平氧化还原反应而取氧化还原反应而取任意值任意值.(5)、氧化数取值与化合物氧化数取值与化合物结构相关结构相关。例例:Na2S2O3。S2O32-结构来自于结构来自于SO42-。平均氧化数:平均氧化数:+2。第9页第9页 Fe3O4 中,中,Fe为为+8/3 Fe()Fe()Fe()O4 CrO5中中铬氧化数:铬氧化数:+6。例例:CrO5。
9、二过氧化铬。二过氧化铬CrO(O2)2:第10页第10页 11-1-2 氧化还原半反应氧化还原半反应 氧化还原反应由氧化还原反应由氧化作用氧化作用和和还原作用还原作用两个半两个半反应构成。反应构成。氧化还原氧化还原半反应特点半反应特点:1、书写方式、书写方式:氧化态氧化态+e=还原态还原态 氧化态氧化态:同一元素氧化数:同一元素氧化数相对较高相对较高状态;状态;还原态还原态:同一元素氧化数:同一元素氧化数相对较低相对较低状态。状态。半反应正向进行则氧化态做半反应正向进行则氧化态做氧化剂氧化剂。半反应逆向进行则还原态做半反应逆向进行则还原态做还原剂还原剂。第11页第11页 例:Zn +Cu2+Z
10、n2+Cu 半反应:Zn2+2e Zn (逆向进行)Cu2+2e Cu (正向进行)半反应式由同一元素两种不同氧化数物种组成 2、氧化还原电对 组成半反应同一元素高低两种氧化态组成氧化还原共轭关系。这两种氧化态合称氧化还原电对。表示方法:氧化态/还原态=电对。第12页第12页 如铜:如铜:氧化数:氧化数:0、+1、+2 相应氧化态:相应氧化态:Cu、Cu+、Cu2+构成构成电对:电对:Cu2+/Cu、Cu2+/Cu+、Cu+/Cu 3、半反应配平、半反应配平:半反应配平半反应配平标志标志:原子个数相等、电荷值相原子个数相等、电荷值相等。等。如酸性条件下:如酸性条件下:MnO4-/Mn2+MnO
11、4-Mn2+第13页第13页 酸性介质:酸性介质:多多n个个O,+2n个个H+,另一边,另一边+n个个H2O 碱性介质碱性介质(中性介质(中性介质):多多n个个O,+n个个H2O,另一边,另一边+2n个个OH-8H+MnO4-+5e Mn2+4H2O 碱性碱性介质介质:SO42-/SO32-SO42-+H2O +2e SO32-+2OH-第14页第14页 Cr2O72-+14H+6e 2Cr3+7H2O (酸性酸性)ClO3-+3H2O+6e Cl-+6OH-(碱性碱性)NO3-+3H+2e HNO2+H2O (酸性酸性)4、半反应中非氧化还原部分主要有、半反应中非氧化还原部分主要有:a、酸碱
12、组分:酸碱组分:H+只出现在氧化态一侧;只出现在氧化态一侧;OH-只出现在还只出现在还原态一侧。原态一侧。第15页第15页 b、沉淀剂和难溶物组分:沉淀剂和难溶物组分:如如Ag+/Ag中加入中加入Cl-:AgCl/Ag 半反应半反应:AgCl+e=Ag+Cl-c、配合物配体:配合物配体:如如Ag+/Ag中加入中加入NH3:Ag(NH3)2+/Ag 半反应半反应:Ag(NH3)2+e=Ag+2NH3 d、氧化物或含氧酸根中氧化物或含氧酸根中O2-(但不能单独在水(但不能单独在水溶液中存在)溶液中存在)第16页第16页 11-1-3 氧化还原方程式配平氧化还原方程式配平 配平原则配平原则:质量守恒
13、:质量守恒、氧化数守恒、氧化数守恒 氧化数改变值相等氧化数改变值相等(氧化数法氧化数法)。得失电子数相等得失电子数相等(离子离子-电子法电子法)。一、氧化数法一、氧化数法 例例1.以以KMnO4在酸性介质在酸性介质(H2SO4)中氧化中氧化FeSO4反应为例阐明。反应为例阐明。1、写出基本反应式并标出氧化数有改变写出基本反应式并标出氧化数有改变 元素氧化数值:元素氧化数值:第17页第17页 KMn+7O4+Fe+2SO4+H2SO4 K2SO4+Mn+2SO4 +Fe+32(SO4)3 2、计算氧化数改变值:计算氧化数改变值:Mn:+7+2,减低,减低5,氧化剂:,氧化剂:KMnO4;Fe:+
14、2+3,增高,增高1,还原剂:,还原剂:FeSO4。3、由由氧氧化化数数增增长长值值等等于于氧氧化化数数减减少少值值找找出出氧氧化剂和还原剂相关系数:化剂和还原剂相关系数:+7 +2 KMnO4+5FeSO4+H2SO4 +2 +3 MnSO4+5/2Fe2(SO4)3+K2SO4 若出现分数,若出现分数,可调整为最小正整数:可调整为最小正整数:第18页第18页 2KMnO4+10FeSO4+H2SO4 K2SO4+2MnSO4+5 Fe2(SO4)3 4、配配平平各各元元素素原原子子数数(先先配配平平非非H、O原原子子,后配平后配平O、H原子)。原子)。2KMnO4+10FeSO4+8H2S
15、O4=K2SO4+2MnSO4+5Fe2(SO4)3+8H2O 氧化数法氧化数法适合用于适合用于溶液、非水溶液、固相反溶液、非水溶液、固相反应应。例例2:FeS2 +O2 Fe2O3 +SO2 解解:1、Fe+2S-12+O02 Fe+32O-23+S+4O-22 2、氧化数增高:氧化数增高:Fe:+2+3;S:1+4 第19页第19页 氧化数减少:氧化数减少:O:0-2 3、氧化数改变值:氧化数改变值:增高值:增高值:Fe:+2+3,增高,增高1,S:1+4,增高,增高 24-(-1)=10 氧化数共增高:氧化数共增高:11。减少值:减少值:O:0-2,减少,减少 2(-2-0)=4。4、F
16、eS2系数为系数为4,即,即O2系数为系数为11。得:得:4FeS2 +11O2 =2Fe2O3 +8SO2第20页第20页 例例3.P4+KOHPH3+KH2PO2 P40+KOHP-3H3+KH2P+1O2 31 13 P4+3KOH+3H2O=PH3+3KH2PO2对于歧化反应对于歧化反应,普通可从普通可从右右左左进行配行配平平.第21页第21页 二、离子二、离子-电子法电子法 例例1.以以KMnO4与与H2O2在酸性条件下生成在酸性条件下生成O2和和Mn2+反应为例。反应为例。环节下列环节下列:1、写出氧化还原作用半反应并配平:写出氧化还原作用半反应并配平:8H+MnO4-+5e =M
17、n2+4H2O H2O2 =2e +O2 +2H+第22页第22页 2、两个半反应各乘一定系数使得得失电两个半反应各乘一定系数使得得失电子数相等,然后相加,化简即得配平离子方程子数相等,然后相加,化简即得配平离子方程式。式。8H+MnO4-+5e Mn2+4H2O 2 H2O22e+O2+2H+5 相加,化简:相加,化简:6H+2MnO4+5H2O2=2Mn2+5O2+8H2O 离子离子-电子法只适合电子法只适合水溶液水溶液中反应。中反应。第23页第23页 例例2 2:配平:配平 +-+Mn SO SO MnO 2 2 4 2 3 4-+-+=+2e 2H SO O H SO 2 4 2 2
18、3 +-+-+=+O 4H Mn 5e 8H MnO 2 2 4 2+5得得第24页第24页+)4 2-+-+=+10e 10H 5SO O 5H 5SO 2 2 3+-+-+=+O 8H 2Mn 10e 16H 2MnO 2 2 4 O 3H SO K 6 MnSO 2 2 4 2 4+=O 3H 5SO 2Mn 6H 5SO 2MnO 2 2 4 2 2 3 4+=+-+-3H SO SO 5K 2KMnO 4 3 2 4+2 第25页第25页例例 3 3:配平配平5+得:得:化简得:化简得:第26页第26页解解:O8H6Br2CrO224+=-3+2得:得:2Br2e=+-(l)Br23
19、eO4H3OHCrO8OH224+=+-(s)Cr(OH)33eO4HCrO5OH即:224+=+-(s)Cr(OH)310OH+-(s)Cr(OH)32(l)Br23+KBrCrOKKOH42+(l)Br(s)Cr(OH)23+例例4:配平方程式配平方程式第27页第27页 课堂练习课堂练习:1.As1.As2 2S S3 3+HNO+HNO3 3 H H3 3AsOAsO4 4+H+H2 2SOSO4 4+NO +NO(氧化数法氧化数法)2.Cr2.Cr3+3+BiO+BiO3 3 BiBi3+3+Cr+Cr2 2O O7 72-2-(酸性介(酸性介质)10KOH+(s)Cr(OH)32(l
20、)Br23+O8H6KBrCrO2K242+=第28页第28页练习:1.As2S3 +HNO3 H3AsO4+H2SO4+NO+3 -2+5+5 +6 +24242833As2S3+28HNO3 6H3AsO4+9 H2SO4 +28NO 3As2S3 +28HNO3 +4 H2O=6H3AsO4+9 H2SO4 +28NO 第29页第29页2.Cr3+BiO3Bi3+Cr2O72-BiO3+6H+2eBi3+3H2O 2Cr3+7H2OCr2O72+14H6e 3+2Cr3+3BiO3+HCr2O72+3Bi3+2H2O 第30页第30页 11-2 原电池原电池 证实证实氧化还原反应发生了电
21、子转移。氧化还原反应发生了电子转移。11-2-1 珈伐尼电池、伏打电池、丹尼尔电池珈伐尼电池、伏打电池、丹尼尔电池 丹尼尔电池丹尼尔电池:Zn片插入片插入Cu2+溶液溶液(如如CuSO4)中现象?中现象?ZnCu2+现象现象:Zn片慢慢溶解,片慢慢溶解,Cu不断析出。溶不断析出。溶液温度升高。液温度升高。第31页第31页 半反应半反应:ZnZn2+2e (锌片溶解锌片溶解)Cu2+2eCu (铜析出铜析出)反应反应:Zn+Cu2+Zn2+Cu 反应放出能量以反应放出能量以热热形式放出温度升高。形式放出温度升高。电子电子传递方向传递方向:无拟定方向。:无拟定方向。电子无序传递电子无序传递原因原因
22、:电电子子传传递递是是在在浸浸入入溶溶液液Zn片片表表面面上上进进行行,即即原因在于原因在于Zn片与片与Cu2+溶液溶液直接接触直接接触。考虑考虑使反应电子传递使反应电子传递定向进行定向进行。第32页第32页 考虑第一步考虑第一步:让让Zn片与片与Cu2+溶液间接接触。溶液间接接触。ZnCu2+考虑第二步考虑第二步:Zn片放入溶液中,如片放入溶液中,如ZnSO4溶液中。溶液中。Cu2+溶液中导线接上一块金属片,如溶液中导线接上一块金属片,如Cu片。片。第33页第33页ZnZn2+Cu Cu2+AB 试验证实试验证实:导线上没有电流通过。:导线上没有电流通过。原因原因:反应一旦进行:反应一旦进行
23、:A溶液带正电,将制止溶液带正电,将制止Zn2+离子进入溶液。离子进入溶液。B溶液带负电,将制止溶液带负电,将制止Cu2+离子离开溶液。离子离开溶液。结果结果:反应刚开始就停止了。:反应刚开始就停止了。第34页第34页 考虑第三步考虑第三步:需要维持溶液需要维持溶液电中性电中性。不能不能通过外加试剂来中和电性。通过外加试剂来中和电性。不能不能将将A、B容器溶液容器溶液直接混合直接混合起来。起来。一个装置一个装置:使:使A容器中多出正电荷传递到容器中多出正电荷传递到B容容器中,器中,B容器中多出负电荷传递到容器中多出负电荷传递到A容器中。容器中。多孔陶瓷多孔陶瓷、离子互换膜离子互换膜、盐桥盐桥等
24、。等。盐桥盐桥:倒置:倒置U形管,内装由形管,内装由电解质饱和电解质饱和琼脂琼脂。见书见书357页图页图11-2。第35页第35页加入加入盐桥时示意示意图(丹尼(丹尼尔电池)池)原电池定义原电池定义 借助于氧化还原反应得到电流装置借助于氧化还原反应得到电流装置或或使化学能直接转变为电能装置。使化学能直接转变为电能装置。第36页第36页 比如,锌比如,锌-铜电池(铜电池(Daniell Cell电池)电池):负极:负极:Zn 2e =Zn2+氧化反应氧化反应 正极:正极:Cu2+2e =Cu 还原反应还原反应 电池反应:电池反应:Zn +Cu2+=Cu +Zn2+第37页第37页 11-2-2
25、半电池、原电池符号、电极分类半电池、原电池符号、电极分类 原电池原电池:借助于氧化还原反应得到电流装:借助于氧化还原反应得到电流装置置或或使化学能直接转变为电能装置。使化学能直接转变为电能装置。原电池有一些原电池有一些术语术语:1、半电池:半电池:A、B两个装置称为半电池。两个装置称为半电池。2、盐桥:连接半电池装置。盐桥:连接半电池装置。3、电极:构成原电池导体。电极:构成原电池导体。4、负极:流出电子电极。如负极:流出电子电极。如Zn电极。电极。5、正极:接受电子电极。如正极:接受电子电极。如Cu电极。电极。6、电极反应:半电池中进行反应电极反应:半电池中进行反应(氧化还原反氧化还原反应中
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