无机化学 第7章 氧化还原反应Word

　　第七章

　　氧化还原反应

　　主讲：余 静

　　2016/4/14

　　第七章 氧化还原反应(环境2015)

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　　本章教学要求 熟悉氧化还原反应的基本概念 理解氧化数(值)的概念 能熟练地用氧化数法、离子电子法配平氧 化还原反应方程式。

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　　第七章 氧化还原反应(环境2015)

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　　教学内容7.1 氧化还原反应的基本概念 7.2 * 电化学电池(不要求) 7.3 * 电极电势(不要求) 7.4 * 电极电势的应用(不要求)

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　　第七章 氧化还原反应(环境2015)

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　　7.1 氧化还原反应的基本概念一. 氧化数(值)二. 氧化还原反应方程式的配平

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　　第七章 氧化还原反应(环境2015)

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　　一.氧化值 (oxidation number)1.氧化还原概念的发展

　　1) 2Mg(s)+O2(g) = 2MgO(s) 2) Mg→Mg2+ + 2e 2P(s)+2Cl2(g) = 2PCl3(l)氧化还原反应

　　与氧结合 电子转移 电子偏移

　　本质

　　—— 有电子得失或电子转移的反应。

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　　第七章 氧化还原反应(环境2015)

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　　任何一个氧化还原反应都是由两 个半反应组成。Zn( s ) Cu 2 (aq ) Cu ( s ) Zn 2 (aq ) Zn( s ) 2e Zn 2 (aq ) Cu 2 (aq) 2e Cu ( s )

　　还原型1+氧化型2

　　氧化型1+还原型2

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　　2.氧化还原电对(redox couple)对氧化还原反应 Cu2+ + Zn = Zn2+ + Cu O1 R1 O2 R2 氧化值小

　　Cu2+ /Cu , Zn2+ /Zn 称为氧化还原电对，

　　氧化态和还原态为共轭关系-电子得失:

　　Base + HPO42- + Ox +

　　H+ H+ ne

　　Acid H2PO4 Red

　　氧化型/还原型

　　Zn 2+ +2016/4/14

　　氧化值大

　　2e

　　Zn7/33

　　第七章 氧化还原反应(环境2015)

　　3. 氧化数(值) 氧化数：是指某元素的一个原子的荷电数。该荷电数 是假定把每一化学键中的电子指定给电负性更大的原

　　子而求得的。 氧化数是元素的一个原子所带的形式电荷数。

　　氧化：氧化数增加的过程 还原：氧化数降低的过程 氧化剂：electron acceptor 氧化值降低 还原剂：electron donor2016/4/14

　　氧化值升高8/33

　　第七章 氧化还原反应(环境2015)

　　4.确定氧化值的规则： ① 单质中，元素的氧化值为零。 子所带的电荷数 。 S2P4 Br2 Cl2

　　② 在单原子离子中，元素的氧化值等于该离 ③ 在大多数化合物中，氢的氧化值为 +1;只有在金属氢化物中氢的氧化值为 -1。

　　NaH

　　HCl

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　　④ 通常，氧在化合物中的氧化值为-2;但是在过氧化物中，氧的氧化值为-1,在 氟的氧化物中，如OF2 和O2F2中，氧的 氧化值分别为+2和+1。正常氧化物中 -2 H2O

　　过氧化物中超氧化物中

　　-1-1/2 +2 +1

　　H2 O2 KO2OF2 O2F210/33

　　氧 的氧化值2016/4/14

　　氟氧化物中

　　第七章 氧化还原反应(环境2015)

　　⑤ 中性分子中

　　,各元素原子的氧化值的代数和为零 ，复杂离子的电荷等于各

　　元素氧化值的代数和。

　　例:

　　高碘酸

　　H 5 I O6

　　I的氧化值为 7

　　S2 O连四硫酸根 离子

　　2 3 2 6

　　S的氧化值为 2 S的氧化值为 2.5 8 Fe的氧化值为 311/33

　　S4 O

　　Fe 3 O 42016/4/14

　　第七章 氧化还原反应(环境2015)

　　区别？ Question 1 什么是“氧化数” ?它与“化合价” 有无区别？

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　　氧化数与化合价的区别1 化合价的原意是某种元素的原子与其他元 素的原子相化合时两种元素的原子数目之 间一定的比例关系。(原子个数比)

　　元素的氧化数(或称氧化值)是指某元素 的一个原子的形式电荷数(电子指定给电 负性较大原子)。2016/4/14

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　　氧化数与化合价的区别2 1.氧化数只指原子而不指原子团，而化合价 既可指示原子又指原子团。 (例：OH-) 2.化合价只能是整数，不能是分数，而氧化 数可以用分数。 (例：Fe3O4 ) 3.氧化数纯粹是为了说明氧化态而引入的人 为规定的概念，它可以是正数、负数或分数。 氧化数实质上是一种形式电荷数，表示元素 原子平均的、表观的氧化状态。2016/4/14

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　　氧化数与化合价的区别3 化合价是一个原子化合其他原子数目的能力。电负 性大的为正，电负性小的为负。 共价化合物，化合价可理解为形成的共价键数目。 例如，过氧化铬CrO5,Cr的化合价为+6。而Cr 的氧化数为+10。 离子化合物，化合价可理解为离子所带的电荷数。 例如，NaCl,Na的化合价为+1,Cl的化合价 为-1。CrO5结构式，共有6 个共价键，铬化合价 为+62016/4/14

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　　二.氧化还原反应方程式的配平(balancing of redox reaction)1.氧化值法 配平原则 (1) 元素原子氧化数升高的总数等于元素原 子氧化数降低的总数(绝对值相等) (2) 反应前后各元素的原子总数相等 适用于2016/4/14

　　水溶液 非水体系

　　中的氧化还原反应17/33

　　第七章 氧化还原反应(环境2015)

　　氧化值法配平步骤 写出未配平的基本反应式，在涉及氧化还原

　　过程的有关原子上方标出氧化值. 计算相关原子氧化值上升和下降的数值(注意个数)

　　用下降值和上升值分别去除它们的最小公 倍数，即得氧化剂和还原剂的化学计量数. 平衡还原原子和氧化原子之外的其他原子， 在多数情况下是H原子和O原子.

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　　sample 1

　　用氧化值法配平：氯酸与磷作用生成氯 化氢和磷酸的反应.

　　+5 0 -1 +5 HClO3 + P4 → HCl

　　+ H3PO4

　　Cl: ( +5 ) →(-1 ) = +6 HClO3 + P4 → HCl + H3PO4 最小公倍数：60

　　P: [0 → +5] 4 = -20

　　10HClO3 + 3P4 →10 HCl + 12H3PO4 10HClO3 + 3P4 + 18 H2O →10 HCl + 12H3PO4 10HClO3 + 3P4 + 18 H2O =10 HCl + 12H3PO42016/4/14

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　　氧化值法配平下面反应：S HNO3 SO2 NO H 2 O答案： 3S

　　4 HNO3=3SO2 4 NO 2 H 2 O

　　如何配平如下氧化还原反应？

　　KMnO4 K 2SO3 ? MnSO4 K 2SO4 (酸性溶液中)离子-电子法的优点2016/4/14

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　　20151021 复习

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　　2. 离子—电子法(半反应法)配平原则 (1)反应过程中氧化剂得到的电子数等于还 原剂失去的电子数 (2)反应前后各元素的原子总数相等 只能用于水溶液中的氧化还原反应 不能用于配平气相或固相反应式

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　　第七章 氧化还原反应(环境2015)

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　　配平步骤① 用离子式写出主要反应物和产物(气体、纯液体、

　　固体和弱电解质则写分子式) ② 分别写出氧化剂被还原和还原剂被氧化的半反应 ③ 分别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且电荷数相等。 ④ 确定两半反应方程式得、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，就得到了配平的氧化还原反应的离子方程式。 有时根据需要可将其改为分子方程式。2016/4/14

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　　离子-电子法配平氧化还原反应步 骤(5步) (1)写出未配平的离子方程式(气体、纯液体、固 体和弱电解质则写分子式) (2)写出氧化还原电对(2个) (3)写出半反应并使两边相同元素的原子数相等 (4)加减电子数方法使两个半反应方程式两边电 荷数相等 (5)找出两个半反应得失电子数目的最小公倍数。 将两个半反应各项分别乘以相应的系数，使其得 失电子数目相同，然后两式相加，整理得到配平 的离子反应方程式，如有必要改写为分子方程式。2016/4/14

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　　sample 2

　　用离子-电子法配平下列反应方程式

　　KMnO 4 K 2SO3 MnSO 4 K 2SO4酸性溶液中

　　(1)写出未配平的离子方程式 MnO4- + SO322016/4/14

　　SO42- + Mn2+25/33

　　第七章 氧化还原反应(环境2015)

　　(2)将反应分解为两个半反应式，并使半反应式的 两边相同的元素的原子数目相同、用加减电子数的方 法使反应式两边的电荷数相等。MnO4- + 8H+ + 5e- = Mn2+ + 4H2O ① SO32- + H2O = SO42- + 2H+ + 2e②

　　在配平上述半反应方程式时，如果反应

　　物和生 成物内所含氧原子数目不等，应根据介质酸碱性分 别在半反应中添加H+、OH-、H2O,使反应式两边 的氧原子数目相等。2016/4/14

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　　(3)找出得失电子数目的最小公倍数，用适当的系数乘以 两个半反应式，然后将两个半反应式相加，整理后得到 配平的离子反应方程式。① 2 + ② 5得 2MnO4- + 16H+ + 10e- = 2Mn2+ + 8H2O +) 5SO32- + 5H2O = 5SO42- + 10H+ + 10e2MnO4- + 5SO32- + 6H+ = 2Mn2+ + 5SO42- + 3H2O

　　(4)如有必要改写为分子方程式2KMnO4 2016/4/14 + 5K2SO + 6K 3 + 3H 2SO4 = 2MnSO4 2015 2SO4 + 3H2O 第七章 氧化还原反应(环境 )27/33

　　sample 3

　　用离子电子法配平 歧化反应 Cl2 (g) + NaOHCl2 (g) + 2e- =2ClCl2 (g) + 12OH- = 2ClO3- + 6H2O + 10 e

　　NaCl + NaClO3① ②

　　① 5 + ②得6Cl2(g) + 12OH- = 10Cl- + 2ClO3- + 6H2O 化简得：

　　3Cl2 (g) + 6OH- = 5Cl- + ClO3- + 3H2O3Cl2 (g) + 6NaOH = 5NaCl + NaClO3 + 3H2O 注意：这种反应配平不能出现H+!!!2016/4/14

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　　sample 4

　　用离子电子法配平方程式K2CrO4 + KBr

　　Cr(OH)3 (s) + Br2 (l) + KOH Cr(OH)3 (s) + Br2 (l) Br2 (l) + 2e- = 2Br-

　　CrO42- + Br①

　　Cr(OH)3 (s) + 8OH- = CrO42- + 3OH- + 4H2O + 3e-

　　即: Cr(OH)3 (s) + 5OH- = CrO42- + 4H2O + 3e①3+②2得

　　②

　　2Cr(OH)3 (s) + 3Br2 (l) + 10OH- = 2CrO42- + 6Br- + 8H2O

　　2Cr(OH)3 (s) + 3Br2 (l) + 10KOH= 2K2CrO4 + 6KBr + 8H2O2016/4/14

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　　sample 5 用离子电子法配平方程式KMnO 4 C6 H12O6 MnSO 4 CO 2 K 2SO 42 MnO C H O Mn CO 2 4 6 12 6 2 MnO 8H 5e Mn 4H 2O 4H 2SO4

　　①

　　C6 H12 O 6 6H 2O 6CO 2 24H 24e ②①24+②5得 24MnO 5C H O 72H 4 6 12 6

　　24Mn 2 30CO2 66H2O 24KMnO 4 5C6 H12O 6 36H2SO 42016/4/14

　　24MnSO 4 30CO2 66H2O 12K 2SO 4第七章 氧化还原反应(环境2015)

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　　sample 6

　　用离子电子法配平方程式(碱性条件)CaSiO3 + P4 + CO2① ②

　　Ca3(PO4)2 + C + SiO2C + 4OH- = CO2 + 2H2O + 4e-

　　2Ca3(PO4)2 + 6SiO2 + 10H2O + 20e- = 6CaSiO3 + P4 + 20OH①5 + ②得 2Ca3(PO4)2 + 6SiO2 + 5C = 6CaSiO3 + P4 + 5CO2

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　　第七章 氧化还原反应(环境2015)

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　　小结：

　　不同介质条件下配平氧原子数的经验规则

　　酸性介质： 多 n个O加 2n个H+,另一边 加 n个 H2O 碱性介质： 多 n个 O加 n个 H2O,另一边 加 2n个 OH-

　　中性介质：左边多 n个 O加 n个 H2O,右边加 2n个 OH右边多 n个 O加 2n个 H+,左边加n个 H2O2016/4/14

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　　小结：不同介质条件下配平氧原子数的经验规则 介质条件 反应方程式箭号左边添加物 反应式左边氧原 反应式左边氧原 子数多于右边时 子数少

　　于右边时 H+ H2O

　　酸性

　　碱性中性2016/4/14

　　H2OH2O

　　OH-H2O33/33

　　第七章 氧化还原反应(环境2015)

　　配平注意事项： 写出的方程式必须与实验事实相符合

　　反应介质： 酸性介质中，不能出现 OH- 碱性介质中，不能出现 H+ 难溶或弱电解质应写成分子形式 注明沉淀的生成，气体的产生等

　　2015年10月26日交作业作业：P214 2 3(1、3、5、7) P215 4(2、4、6、8)第七章 氧化还原反应(环境2015)

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