第三章 氧化还原

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'第三章 氧化还原'
u解:设氯元素的氧化数为x,u解:设铬元素的氧化数为X 5 ? 2u氧化反应:物质失去电子(氧化数升高)的反应。u还原反应:物质得到电子(氧化数降低)的反应。u氧化还原反应:凡是有电子得失的化学反应。u在有机化学和生物化学中,氧化还原反应还 常常表现为失氢和加氢的现象。规定凡发生 失氢现象的反应,即是氧化反应;凡发生加 氢现象的反应,即是还原反应。 1e×23.举例 +2 0 0 +1 例1 [ ] CuO ? H2 ? Cu ? H 2O H2中的H失去电子,被氧化, H2是还原剂。 CuO中的Cu得电子被还原, CuO是氧化剂。 [例2]高锰酸钾和过氧化氢酸性条件下的反应: ↓ 2e×52KMnO4 + 5H2O2+ 3H2SO4 =2MnSO4 + K2SO4 + 5O2 ↑+ 8H2O被还原 被氧化氧化剂 还原剂① 活泼的非金属;② 具有高氧化数的含氧化合物;③ 某些氧化物和过氧化物;④ 高价金属离子。①活泼金属和较活泼金属及某些非金属的单质;②具有低或较低氧化数的化合物;③低价金属离子。u1、根据反应事实,正确写出反应物和生成物的分 子式,中间用——表示u2、标出氧化剂和还原剂中氧化数发生改变的元素u3、计算氧化剂和还原剂得失电子的总数,失电子 用“-”表示,得电子用“+”表示,用箭头分别 标在反应式的上面和下面u4、根据氧化剂得到电子和还原剂失去电子的总 数必相等的原则求最小公倍数u5、把得到的系数写在氧化剂和还原剂分子式前 面,其它物质的系数用观察法配平 u 6、最后检查反应前后每一元素的原子数是否相等, 并将“——”号改为等号u其它物质的系数用观察法配平时,通常先 其他,再配H,最后查O。u在配平氧化还原反应方程式时,当反应两 边H 原子数或O原子数不相等时,可以根 据情况在等式左边或右边加H20进行配平。 [例1] 高锰酸钾和硫酸亚铁在酸性溶液中的反应 KMnO 4 ? FeSO 4 ? H 2SO 4 — MnSO 4 ? K 2SO 4 ? Fe2 (SO 4)3 ? H 2O -1e×2 ?7 ?2 ?2 ?3 — K Mn O4 ? FeSO4 ? H2SO4 Mn SO4 ? K2SO4 ? Fe2 (SO4 ) 3 ? H2O + 5e 反应中铁至少要有两个原子参加,故应乘以22KMnO4 ? 10FeSO4 ? 8H2SO4 ? 2MnSO4 ? K2SO4 ? 5Fe2 (SO4 )3 ? 8H2O [例2]铜和稀硝酸反应 Cu ? HNO 3 (。 Cu(NO 3 ) 2 ? NO ? ? H 2 O3Cu ? 8HNO 3 (。? 3Cu(NO 3 ) 2 ? 2NO ? ? 4H 2O [例3] 高锰酸钾和盐酸反应 KMnO ? HCl — MnCl ? Cl ? KCl ? H O 4 -e×2×52 2 2 ?7 -1 ?2 0 K MnO4 ? HCl— MnCl2 ? Cl2 ? KCl ? H2O +5e× 2 2KMnO 4 ? 16 HCl ? 2MnCl 2 ? 5Cl 2 ? 2 KCl ? 8H 2 Ou 两个电极或两个电对u任一电极都是由两种物质构成的,它们是同一元 素两种不同价态的物质形式。其中高价态的称为 氧化型,低价态的称为还原型。这样一对物质称 为氧化还原电对,简称电对。每个特定的电对构 成特定的电极。u氧化型与还原型之间的相互转化即是电极反应。 - 氧化型 + ne == 还原型uZn-ZnSO4组成锌电极,发生氧化;uCu-CuSO4组成铜电极,发生还原。负极反应: Zn → Zn2+ + 2e-正极反应: Cu2+ + 2e- → Cu 总化学反应 :Zn + Cu2+==Zn2+ + Cu u(1)负极写在左边,用符号“(-)”表示;正 极写在右边,用符号“(+)”表示。u(2)竖线“︱”表示不同物相的界面;双竖 线“‖”表示盐桥。u(3)各物质的浓度、压力需注明,未注明的 一般认为是处于各自的标准状态。 2? 2? (-)Zn Zn (C1 ) Cu (C 2 ) Cu(?)u定义: E电池 ? ? ? ? ?-u说明: u1、标准氢电极 ?Pt, H 2 (P ? 101.3kPa) H (1mol/L) 电极反应: ? - 2H (aq) ? 2e ?? H 2 (g) u把标准氢电极的电极 电势规定为零,即 0 ? ? ? 0.0000v H / H 2 标准氢电极结构示意图u可把该电极与标准氢电极组成原电 池,测得电池的电动势,即可推算 该电极的标准电极电势。u温度为25℃,u气体分压为101.3kPa,u凡是组成电极的有关离子浓度(严格 说活度α)为1mol/L。 u锌电极标准电极电势的测定 2? ? Zn Zn (1mol/L) H (1mol/L) H 2 (101.3kPa),Pt(?) 0 0 ? 0 2? 电池 0.763(V) E ? ? (H /H 2 ) - ? (Zn /Zn) = ?∴ ? 0 (Zn2 /Zn)= 0.00 - 0.763 = - 0.763(V)u(1) 值与物质的量的多少无关,即电极反应 方程式中计量系数改变,对 值不产生影响。u (2) 无论电极反应写成氧化反应还是还原反 应, 值不变。u(3) 标准电极电势是电极处于平衡时表现出 来的特征值,与达到平衡的快慢无关。 (二)能斯特(Nernst)方程式l对于电极反应: - aA(氧化型) + n e = bB(还原型) u25℃时,电极反应的电极电势 常用下式计算: 0.05916 [氧化型]a ? ? ? 0 ? lg n [还原型]b u式中: (二)能斯特(Nernst)方程式u(1)若组成电极的物质为纯固体或 纯液体,不写入方程式;若为气体 物质,可在方程式中代人其分压(分 压以101.3kPa的倍数值表示)。u(2)电极反应中若有H+、OH-等存在, 则应把这些物质的浓度表示在方程 式中,H2O不列入方程。 二、电极电势 0 ? ? ? ? Zn 2 /Zn 0.763V Zn 2 ? ? 2e - ? Zn 0 0.05916 2?? 2 ? ? ? 2 ? ? lg[ Zn ] Zn / Zn Zn / Zn 2 0.05916 ? ?0.763 ? lg 0.010 ? ?0.822 (V ) 2 0 0.05916 2?? 2? ? ? 2? ? lg[Zn ] Zn / Zn Zn / Zn 2 0.05916 ? ?0.763? lg2.0 ? ?0.754(V) 2 二、电极电势 - ? - 2 ? MnO 4 ? 8H ? 5e ? Mn ? 4 H 2O ? ? 2? , MnO4 / Mn ? 2? 0 ? ? ? ? ?(假设 [ M n O 4 ] ? [ M n ] ? 1 . 0 0 m o l / L , M n O / M n 2 1 . 5 0 7 V ) 解: 4 ? ? [MnO ][H ]8 0 0.05916 4 ? ? 2? ? ? ? 2? ? lg MnO4/Mn MnO4/Mn ? 5 [Mn2 ] ? 0.05916 1.00?(10 5)8 ? ?1.507? lg ?1.034V 5 1.00 二、电极电势 2? 2?, Zn Zn (0.1mol/L) Cu (0.001mol/L) Cu 0 0 解:查表得 ? 2? ? ? ? 2? ? ? Cu /Cu 0.340V, Zn /Zn 0.763V 根据能斯特方程得 0 0.05916 2? ? 2? ?? 2? ? lg[Cu ] Cu /Cu Cu /Cu 2
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