《氧化还原反应》PPT课件.pptx
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1、 Zn+Cu2+=Zn2+Cu氧化半反应:氧化半反应:Zn=Zn2+2e-还原半反应:还原半反应:Cu2+2e-=Cu1.1.元素的氧化数元素的氧化数 1.氧化还原反应氧化还原反应第第 八八 章章 氧氧 化化 还还 原原 反反 应应元素氧化数的计算原则:元素氧化数的计算原则:a.a.任何单质(包括各种同素异形体)的氧化数为零。任何单质(包括各种同素异形体)的氧化数为零。例如:例如:I2、Br2、Cu、Zn.b.两元离子化合物中,离子的电荷数等于元素的氧化两元离子化合物中,离子的电荷数等于元素的氧化 数。数。例如:例如:NaClNa+(+1)Cl-(-1)CaCl2Ca2+(+2)Cl-(-1)
2、人们把反映电子偏移情况的人们把反映电子偏移情况的“形式电荷数形式电荷数”称为氧称为氧化数,也称为氧化态化数,也称为氧化态如:如:H O HH:+1,O:-2c共价化合物中:共价化合物中:F(-1)O(-2)H(+1)在此三个元素的氧化数基础上,计算其它元素的氧化数。在此三个元素的氧化数基础上,计算其它元素的氧化数。电中性化合物中,各元素氧化数的代数和为零。电中性化合物中,各元素氧化数的代数和为零。多原子离子中,各元素氧化数的代数和为该离子的多原子离子中,各元素氧化数的代数和为该离子的 电荷数。电荷数。例如:例如:C2H6O(O:-2,H:+1,C:-2)2x+1 6+(-2)=0,x=-2CO
3、32-(O:2,C:+4),x+(-2)3=-2,x=+4MnO4-(O:2,Mn:+7)Cr2O72-(O:2,Cr:+6)、CrO2-(O:2,Cr:+3)*例例 外外 碱金属和碱土金属的氢化物,碱金属和碱土金属的氢化物,H:-1NaH,CaH2,NaBH4,LiAlH4O与与F在一起,在一起,F:-1,O的氧化数为的氧化数为“+”值值 O2F2,O:+1;OF2,O:+2过氧化物,过氧化物,O:-1H2O2超氧化物,超氧化物,O:-1/2KO2臭氧化物,臭氧化物,O:-1/3KO3氧化数可以是分数或小数(平均的形式电荷数)氧化数可以是分数或小数(平均的形式电荷数)价态(化合价)必须是整数
4、价态(化合价)必须是整数联式硫酸根联式硫酸根 OO-OSSSSO-OOS的氧化数:的氧化数:4x+(-2)6=-2,x=+2.5S的化合价:的化合价:0,+5低氧化物低氧化物 如如Rb9O2O-2,Rb4/9氧化数升高,氧化反应,发生氧化反应的物质是还原氧化数升高,氧化反应,发生氧化反应的物质是还原剂,剂,Zn氧化数降低,还原反应,发生还原反应的物质是氧化氧化数降低,还原反应,发生还原反应的物质是氧化剂,剂,Cu2+Zn+Cu2+=Zn2+Cu1.2.离子离子 -电子法配平氧化还原方程式电子法配平氧化还原方程式 (半反应法半反应法)步骤:步骤:a.根据氧化数的变化分别写出氧化半反应和还原半反根
5、据氧化数的变化分别写出氧化半反应和还原半反应的骨架反应应的骨架反应b.配平半反应方程式两边的原子和电荷数配平半反应方程式两边的原子和电荷数c.根据得失电子数相同,将配平的半反应组合成净的根据得失电子数相同,将配平的半反应组合成净的总反应总反应 酸性水溶液酸性水溶液 1.配平氧化数(氧化态)有变化的那种元素的原子数配平氧化数(氧化态)有变化的那种元素的原子数2.在缺在缺m个氧原子的一侧加个氧原子的一侧加m个个H2O分子,把分子,把O原子数原子数配平配平3.在缺在缺n个氢原子的一侧加个氢原子的一侧加n个个H+离子,把离子,把H原子数配原子数配平平4.在缺负电荷的一侧加数量合适的电子,把反应式二在缺
6、负电荷的一侧加数量合适的电子,把反应式二侧的电荷数配平,即得配平的半反应方程式侧的电荷数配平,即得配平的半反应方程式例如:例如:H2O2+I-I2+H2O(氧氧)2I-=I2+2e-(还还)H2O2+2H+2e-=2H2O配平后:配平后:H2O2(aq)+2H+(aq)+2I-(aq)=I2(s)+2H2O(l)H2O2+2H3O+2I-=I2+4H2OC6H5CHO+Cr2O72-C6H5COOH+Cr3+(氧氧)C6H5CHO+H2O=C6H5COOH+2H+2e-(还还)Cr2O72-+14H+6e-=2Cr3+7H2O3(氧氧)+(还还):3C6H5CHO+3H2O+Cr2O72-+1
7、4H+=3C6H5COOH+6H+2Cr3+7H2O整理后:整理后:3C6H5CHO+8H3O+Cr2O72-=3C6H5COOH+2Cr3+12H2O碱性溶液碱性溶液1.先配平氧化数有变化的那种元素的原子数先配平氧化数有变化的那种元素的原子数2.在多在多m个个O原子的一侧加原子的一侧加m个个H2O分子,同时在反应式分子,同时在反应式另一侧加另一侧加2m个个OH-离子,把离子,把O原子数配平原子数配平3.在多在多n个个H原子的一侧加原子的一侧加n个个OH-离子,同时在反应式离子,同时在反应式的另一侧加的另一侧加n个个H2O分子,配平分子,配平H原子数原子数4.在缺负电荷的一侧加数量合适的电子,
8、把电荷数配在缺负电荷的一侧加数量合适的电子,把电荷数配平,即得配平的半反应方程式平,即得配平的半反应方程式ClO-+CrO2-CrO42-+Cl-(氧氧)CrO2-+4OH-=CrO42-+2H2O+3e-(还还)ClO-+2e-+H2O=Cl-+2OH-2(氧氧)+3(还还):2CrO2-+8OH-+3ClO-+3H2O=2CrO42-+4H2O+3Cl-+6OH-整理后:整理后:3ClO-(aq)+2CrO2-(aq)+2OH-(aq)=2CrO42-(aq)+3Cl-(aq)+H2O(l)又如:又如:Br2Br-+BrO3-(氧氧)Br2+12OH-=2BrO3-+6H2O+10e-(还
9、还)Br2+2e-=2Br-(氧氧)+5(还还):6Br2+12OH-=2BrO3-+10Br-+6H2O整理后:整理后:3Br2(l)+6OH-(aq)=5Br-(aq)+BrO3-(aq)+3H2O(l)在碱性条件下配平下列半反应:在碱性条件下配平下列半反应:NO2-(aq)N2H4(aq)(1)2NO2-N2H4(多(多4个个O的一的一侧侧加加4个个H2O,另一,另一侧侧加加8个个OH-)(2)4H2O+2NO2-N2H4+8OH-(多(多4个个H的一侧加的一侧加4个个OH-,另一侧加,另一侧加4个个H2O)(3)4H2O+4H2O+2NO2-N2H4+8OH-+4OH-(加(加10e平
10、衡平衡电电荷)荷)(4)10e-+4H2O(l)+4H2O(l)+2NO2-(aq)=N2H4(aq)+8OH-(aq)+4OH-(aq)整理后:整理后:10e-+8H2O(l)+2NO2-(aq)=N2H4(aq)+12OH-(aq)2.原电池原电池原原电电池池(化化学学电电池池):通通过过氧氧化化还还原原反反应应使使化化学学能能转转变变为为电电能能的的装装置置。它它通通过过反反应应将将化化学学能能转转化化为为电电能能。原原电电池池即即一一种种化化学学电电源源,它它由由两两种种不不同同成成分分的的电电化化学学活活性性电电极极分分别别组组成成正正负负极极,两两电电极极浸浸泡泡在在能能提提供供传
11、传导导作作用用的的电电解解质质中中,当当连连接接在在某某一一外外部部载载体体上上时时,通通过过转转换换其其内内部部的的化化学学能能来来提提供供电电能能。作作为为一一种种电电的的贮贮存存装装置置,当当两两种种金金属属(通通常常是是性性质质有有差差异异的的金金属属)浸浸没没于于电电解解液液之之中中,它它们们可可以以导导电电,并并在在“极极板板”之之间间产产生生一一定定电电动动势势。电电动动势势大大小小(或或电电压压)与与所所使使用用的的金金属属有有关关,不不同同种种类类的的电电池其电动势也不同。池其电动势也不同。蓄蓄电电池池:原原电电池池制制成成后后即即可可以以产产生生电电流流,但但在在放放电电完
12、完毕毕即即被被废废弃弃。蓄蓄电电池池又又称称为为二二次次电电池池,使使用用前前须须先先进进行行充充电电,充充电电后后可可放放电电使使用用,放放电电完完毕毕后后还还可可以以充充电电再再用用。蓄蓄电电池池充充电电时时,电电能能转转换换成成化化学学能能;放放电电时时,化化学能转换成电能。经历可逆的氧化还原反应(充电,放电)过程。学能转换成电能。经历可逆的氧化还原反应(充电,放电)过程。电池简史17801780年年 意意大大利利解解剖剖学学家家伽伽伽伽伐伐伐伐尼尼尼尼在在做做青青蛙蛙解解剖剖时时,两两手手分分别别拿拿着着不不同同的的金金属属器器械械,无无意意中中同同时时碰碰在在青青蛙蛙的的大大腿腿上上
13、,青青蛙蛙腿腿部部的的肌肌肉肉立立刻刻抽抽搐搐了了一一下下,仿仿佛佛受受到到电电流流的的刺刺激激,而而只只用用一一种种金金属属器器械械去去触触动动青青蛙蛙,却却并并无无此此种种反反应应。伽伽伐伐尼于尼于17911791年发表相关结果。年发表相关结果。17991799年年,意意大大利利物物理理学学家家伏伏伏伏特特特特把把一一块块锌锌板板和和一一块块银银板板浸浸在在盐盐水水里里,发发现现连连接接两两块块金金属属的的导导线线中中有有电电流流通通过过。于于是是,他他就就把把许许多多锌锌片片与与银银片片之之间间垫垫上上浸浸透透盐盐水水的的绒绒布布或或纸纸片片,平平叠叠起起来来。用用手手触触摸摸两两端端时
14、时,会会感感到到强强烈烈的的电电流流刺刺激激。伏伏特特用用这这种种方方法法成成功功的的制制成成了了世世界界上上第第一一个个电电池池“伏伏特特电电堆堆”。这个。这个“伏特电堆伏特电堆”实际上就是串联的电池组。实际上就是串联的电池组。18361836年年,英英国国的的丹丹丹丹尼尼尼尼尔尔尔尔对对“伏伏打打电电堆堆”进进行行了了改改良良。他他使使用用稀稀硫硫酸酸作作电电解解液液,得得到到保保持持平平衡衡电电流流的的锌锌铜铜电电池池,又又称称“丹丹尼尼尔尔电电池池”。此此后后,又又陆陆续续 有有“本本生生电电池池”和和“格格罗罗夫夫电电池池”等等问问世世。但但是是,这这些些电电池池都都存存在在电电压压
15、随随使使用时间延长而下降的问题。用时间延长而下降的问题。1860年,法国的普普朗朗泰泰发明出用铅做电极的电池。这种电池的独特之处是,当电池使用一段时间电压下降时,可以给它通以反向电流,使电池电压回升。因为这种电池能充电,可以反复使用,所以称它为“蓄电池”。然而,无论哪种电池都需在两个金属板之间灌装液体,因此搬运很不方便,特别是蓄电池所用液体是硫酸,在挪动时很危险。1860年,法国的雷雷克克兰兰士士用锌和汞的合金棒作为负极,而它的正极是盛装着研碎二氧化锰和碳混合物的一个多孔的杯子,在此混合物中插有一根碳棒作为电流收集器。负极棒和正极杯都被浸在作为电解液的氯化铵溶液中。此系统被称为“湿电池”,雷克
16、兰士制造的电池虽然简陋但却便宜。1887年,英国人赫赫勒勒森森发明了最早的干电池。负极被改进成锌罐(即电池的外壳),电解液变为糊状而非液体,不会溢漏,便于携带,基本上这就是现在广泛使用的碳锌电池。2.1.化学电池化学电池 正极:正极:Cu2+2e-=Cu(阴极),还原反应(阴极),还原反应 负极:负极:Zn=Zn2+2e-(阳极),氧化反应(阳极),氧化反应 锌锌-铜电池铜电池电池反应:电池反应:Zn+Cu2+=Zn2+Cu正极-电子流入-阴极负极-电子流出-阳极原电池原电池电解池电解池电子流动的方向电流方向导线:沟通两片金属,使电子能在两者之间传递导线:沟通两片金属,使电子能在两者之间传递盐
17、桥(盐桥(KCl水溶液,琼脂):沟通两个溶液,使正负水溶液,琼脂):沟通两个溶液,使正负离子能在两个溶液之间迁移离子能在两个溶液之间迁移为使原电池持续地工作,导线和盐桥二者缺一不可为使原电池持续地工作,导线和盐桥二者缺一不可没有盐桥?没有盐桥?电极符号:电极符号:Red Ox,“”表示固液两相的界面表示固液两相的界面ZnZn2+,Zn Zn2+(amol/L),Zn(s)Zn2+(amol/L)CuCu2+,Cu Cu2+(bmol/L),Cu(s)Cu2+(bmol/L)电池符号:电池符号:(-)Zn Zn2+(amol/L)Cu2+(bmol/L)Cu(+)i.负极写在左边,正极写在右边。
18、作为电极的导电材负极写在左边,正极写在右边。作为电极的导电材料写在两边的外侧料写在两边的外侧,两个电极的溶液写在内侧。两个电极的溶液写在内侧。ii.“”表示物相之间的界面。表示物相之间的界面。iii.“”表示沟通两个半电池的盐桥。表示沟通两个半电池的盐桥。如果两个电极插在同一个溶液中,则没有盐桥如果两个电极插在同一个溶液中,则没有盐桥电极的类型:电极的类型:a.金属电极:金属材料不仅仅作为导体,而且直接参与金属电极:金属材料不仅仅作为导体,而且直接参与半反应半反应 Cu=Cu2+2e-Cu Cu2+(amol/L)b.惰性电极:导电材料不直接参与半反应,只是作为导惰性电极:导电材料不直接参与半
19、反应,只是作为导体及时传递电子。体及时传递电子。惰性的导电材料:惰性的导电材料:Pt,Au,石墨等,石墨等Fe2+=Fe3+e-Pt Fe2+(amol/L),Fe3+(bmol/L)c.气体电极:在结构上与惰性电极一样气体电极:在结构上与惰性电极一样Pt丝丝H2=2H+2e-Pt H2(aatm)H+(bmol/L)Pt,H2(aatm)H+(bmol/L)Pt,Cl-(bmol/L)Cl2(catm)将两个气体电极插在将两个气体电极插在HCl溶液中组成原电池:溶液中组成原电池:(-)Pt,H2(aatm)HCl(bmol/L)Cl2(catm),Pt(+)例题:例题:将下列氧化还原反应设计
20、成原电池将下列氧化还原反应设计成原电池 H2(g)+Sn4+(aq)=Sn2+(aq)+2H+(aq)解:解:氧化反应:氧化反应:H2(g)=2H+(aq)+2e-还原反应:还原反应:Sn4+(aq)+2e-=Sn2+(aq)该反应的电池符号:该反应的电池符号:(-)PtH2(aatm)H+(bmol/L)Sn4+(cmol/L),Sn2+(dmol/L)Pt(+)2.2.电池的电动势和电极电势电池的电动势和电极电势 电电池池的的电电动动势势(电电池池电电势势)原原电电池池的的正正、负负两两极极的的电极电势电极电势差称电池电势,用差称电池电势,用 、E E池池 或或 E E 等表示等表示 E=
21、E正正 -E负负电极电势:还原电势电极电势:还原电势 Mn+(aq)+ne-M(s)E(Mn+M)(-)ZnZn2+(1.0mol/L)Cu2+(1.0mol/L)Cu(+)E池池 =1.10VZn+Cu2+=Zn2+Cu(-)CuCu2+(1.0mol/L)Ag+(1.0mol/L)Ag(+)E池池 =0.46VCu+2Ag+=Cu2+Ag求:求:(-)ZnZn2+(1.0mol/L)Ag+(1.0mol/L)Ag(+)Zn+2Ag+=Zn2+2AgE池池 =0.46+1.10=1.56V 电极电势是怎样产生的?电极电势是怎样产生的?“双电层模型双电层模型”Zn=Zn2+2e-在在溶溶液液和
22、和金金属属的的接接界界面面的的二二侧侧就就形形成成了了带带正正负负电电荷荷的的双双电电层层。当当半半反反应应达达到到平平衡衡时时,双双电电层层就就具具有有确确定定的的电电势势差差,这这个个电电势势差差就是电极电势就是电极电势电极电势是怎样测定的?电极电势是怎样测定的?标标 准准 氢氢 电电 极极 aH+=1.000mol/LPH2=1.000atm在在任任何何温温度度下下,标标准准氢氢电电极极的电势规定为的电势规定为0.0000V2H+(aq)+2e-=H2(g)E(H+H2)=0.0000V2H3O+(aq)+2e-=H2(g)+2H2O(l)E(H3O+H2)=0.0000V(-)Pt,H
23、2(1atm)H+(1.0mol/L)Cu2+(1.0mol/L)Cu(+)电池电势:电池电势:E=E(Cu2+Cu)E(H+H2)=0.340V标准电极电势:标准电极电势:E(Cu2+Cu)=0.340V(-)ZnZn2+(1.0mol/L)H+(1.0mol/L)H2(1atm),Pt(+)E=E(H+H2)E(Zn2+Zn)=0.7628VE(Zn2+Zn)=-0.7628V关于标准电极电势表(关于标准电极电势表(P.431)a.相对于标准氢电极的还原电势。相对于标准氢电极的还原电势。(Mn+ne-=M)b.298.15K热力学热力学标准态下标准态下的还原电势。的还原电势。(电势与温度、
24、压强、溶液浓度等有关。电势与温度、压强、溶液浓度等有关。)c.c.酸性电极电势:酸性电极电势:H3O+=1.0mol/L,碱性电极电势:碱性电极电势:OH-=1.0mol/L2H+2e-=H2E(H+H2)=0.0000V2H3O+2e-=H2+2H2OE(H3O+H2)=0.0000VOx+ne-=Red氧化态氧化态 还原态还原态d.电电极极电电势势的的高高低低表表明明电电子子得得失失的的难难易易,也也就就是是表表明明了了氧氧化化还还原原能能力力的的强强弱弱。电电极极电电势势越越大大,就就表表明明电电对对中中氧氧化化态态物物质质获获得得电电子子的的能能力力越越强强,即即氧氧化化能能力力越越强
25、强,电电对对中中还还原原态态物物质质失失去去电电子子的的能能力力越越弱弱,即即还还原原能能力力越越弱弱。标标准准电电极极电电势势表表中中从从上到下,电对中还原态物质的还原能力减弱,氧化态物质的氧化能力增强。上到下,电对中还原态物质的还原能力减弱,氧化态物质的氧化能力增强。e.电电极极电电势势的的大大小小反反映映了了物物种种得得失失电电子子的的能能力力,这这种种性性质质是是强强度度性性质质,与与物物质质的的量无关量无关Cu2+(aq)+2e-=Cu(s)E(Cu2+Cu)=0.34V2Cu2+(aq)+4e-=2Cu(s)E(Cu2+Cu)=0.34V作业:作业:P423 424:1-a,f2-
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