氧化还原反应及电化学基础

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(4) 碱金属的氧化值一般为+1， 如： K2O、Na2O等。 碱土金属的氧化值一般为+2，如： MgO、CaO等。 (5)多原子分子，各元素的氧化值的代数和为 0 。 (6) 多原子离子，各元素的氧化值代数和 = 离子电荷数。 $(7)在结构确定的共价化合物中，将共用电子对划给电负性更 大的元素后, 原子净得或净失的电荷数就是该原子的氧化数。
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四、氧化还原电对 氧化还原反应是由还原剂被氧化和氧化剂被还 原两个半反应所组成的。 例：Zn+ Cu2+=Zn2+ +Cu 是由半反应Zn =Zn2++2e－ 和 Cu2++ 2e－=Cu所组成。 在半反应中，同一元素的两个不同氧化数的物种 组成了电对，其中，氧化数较大的物种称为氧化 型，氧化数较小的物种称为还原型。 通常电对表示成 ：氧化型 / 还原型。 Cu2+/Cu Zn2+/Zn
+3 -2 +5 +5 +6 +2
[(+2)*2+(+8)*3]*3 3As2S3+28 HNO3=6H3AsO4+9H2SO4+28NO (-3)*28 +4H2O
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2、离子-电子法
配平原则
(1)电荷守恒：得失电子数相等。
(2)质量守恒：反应前后各元素原子总数相等。
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）将反应分解为两个半反应式，并配平两 个半反应的电荷数和原子数。
分子式 CH4 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 碳的 化合价 4 4 4 4 4 碳的 氧化数 -4 -2 0 +2 +4 在离子型化合物中通常是一致的。
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二、氧化还原反应的特征 从氧化数的概念出发： 在化学反应中，元素的原子或离子在反应 前后氧化数发生了变化的一类反应。 氧化数升高的过程—氧化； 氧化数降低的过程—还原。
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（1）4MnSO4 + 10NaBiO3 + 14H2SO4 =4NaMnO4 + 5Bi2(SO4)3 + 3Na2SO4 + 14H2O （2）NaBiO3 Bi2(SO4)3 （3）2Mn2＋+ 5NaBiO3 + 14H＋ = 2 MnO4-+ 5Bi3＋ + 5Na＋ + 7H2O （4）Cl2
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电池可以用符号来表示 如铜锌原电池
Zn（s）+ Cu2＋（aq）＝ Zn2＋（aq）+ Cu（s） （一）Zn∣ZnSO4（c1） ‖ CuSO4（c2）∣Cu（＋） 把负极（一）写在左边，正极（＋）写在右边。其中“∣”表 示金属和溶液两相之间的接触界面，“‖”表示盐桥。必要时溶 液的浓度也应注明。若溶液中含有两种离子参与电极反应，可 用“，”把它们分开，并加上惰性电极；若溶液含有气体，则 应注明压力及其惰性电极，并用“∣”将惰性电极和气体隔开 。
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在另一些反应中，如： Ｃ ＋ Ｏ２＝ ＣＯ２ 在反应过程中并没有明显的电子得失，仅 仅是生成的共价键中共用电子对有偏移。再用 电子得失来判断显得牵强。 为了解决这个矛盾，引进一个新概念——
氧化数 定义： 氧化数是某元素一个原子的荷电数，这个 荷电数可由假设把每个键中的电子指定给电负 性更大的元素而求得。
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氧化数与化合价的区别 2、它们所用的数字范围不同。化合价取 整数，一般正价不会超过+8，负价一般不 会小于-4，但氧化数可以取整数、分数和 零。
例如：O2-，O3-分子型离子中，氧元素的 氧化数分别为：-1/2, -1/3
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从结构上讲，化合价是指生成的共价单键 的数目。在有机化合物中碳通常显四价就是指 这一层意思。
氧化还原反应及 电化学基础
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初赛要求： 电化学。氧化态。氧化还原的基本概念 和反应的书写与配平。原电池。电极符 号、电极反应、原电池符号、原电池反 应。标准电极电势。用标准电极电势判 断反应的方向及氧化剂与还原剂的强弱。 电解池的电极符号与电极反应。电解与 电镀。电化学腐蚀。常见化学电源。pH、 络合剂、沉淀剂对氧化还原反应影响的 定性说明。
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电池可以用符号来表示 如铜锌原电池 Zn（s）+ Cu2＋（aq）＝ Zn2＋（aq）+ Cu（s） （一）Zn∣ZnSO4（c1） ‖ CuSO4（c2）∣Cu（＋） 把负极（一）写在左边，正极（＋）写在右边。其中“∣”表 示金属和溶液两相之间的接触界面，“‖”表示盐桥。必要时溶 液的浓度也应注明。若溶液中含有两种离子参与电极反应，可 用“，”把它们分开，并加上惰性电极；若溶液含有气体，则 应注明压力及其惰性电极，并用“∣”将惰性电极和气体隔开 。 2+ + 3+ 2+
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决赛要求： Nernst方程有关计算。原电池电动势 的计算。pH值对原电池的电动势、电 极电势、氧化还原反应方向的影响。 沉淀剂、络合剂对氧化还原反应方向 的影响。
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一、氧化数与化合价 判断氧化还原反应的依据－是否发生电 子得失 Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu 在这个反应中发生了电子得失，所以是 氧化还原反应。 失电子过程——氧化 得电子过程——还原
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Hale Waihona Puke 练习： 指出下列化合物各元素的氧化数： PbCl2，PbO2，K2O2，NaH，CHCl3，K2Cr2O7
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氧化数与化合价的区别 1、它们含义不同。化合价表示原子间的 一种力，反映出形成化学键的能力，而氧 化数是人们根据电化学实验规定的。
例如：一个氢原子只能和一个其他原子结 合，化合价为1，而一个氧原子可以与2个 其他原子相结合，化合价则为2
氧化型/还原型 氧化型/还原型
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说明:⑴电对不需配平 ⑵氧化型或还原型物质必须是能稳定存在的。
MnO4-/MnO2(√) MnO4-/Mn4+(×)
氧化还原反应由两个或两个以上电对构成：
还原型（1）+氧化型（2）= 氧化型（1）+ 还原型（2）
请思考：电对与电极有什么不同？
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五、氧化还原反应方程式的配平 １．氧化数法
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例: 配平酸性溶液中的反应： KMnO4 + K2SO3 →K2SO4 + MnSO4 具体配平步骤如下： （4）根据两个半反应得失电子的最小公倍数，将两个 半反应分别乘以相应的系数后，消去电子，得到配平的 离子方程式。①式×2加②式×5得： 2MnO4- + 16H++ 10e－ = 2Mn2+ + 8H2O +） 5SO32- + 5H2O = 5SO42-+ 10H+ + 10e－ 2MnO4- + 5SO32- + 6H+ = 2Mn2+ + 5SO42- + 3H2O
×3
2Cr(OH)4-+2OH-+ 3ClO= 2CrO42-+5H2O+ 3Cl-和H O 碱性介质：H和O之间的平衡只能用OH 2 来调整，不能出现H+ 。
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练习：
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练习：
CrO2-+ Cl2+ OH- → CrO42-+ ClMnO2+H2O2→MnO42-(碱性条件）
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三、氧化剂与还原剂 在氧化还原反应中，氧化数升高的物质 叫还原剂；氧化数降低的物质叫氧化剂。
+1 +2
NaClO + 2FeSO4 + H2SO4 = （氧化剂）（还原剂）
--1 +3
NaCl + Fe2(SO4)3 + H2O （还原产物）（氧化产物）
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自氧化还原反应：氧化值的升和降都发生在同一个 化合物中的氧化还原反应。 2KCIO3=2KCI+3O2↑ 歧化反应：同一物质中，处于同一氧化态的同一元 素（三同），其氧化值发生相反变化的自氧化还原 反应。 CI2+H2O=HCIO+HCI 4KCIO3=3KCIO4+KCI
Cu2O+NO3-+H+→Cu2++NO+H2O ClO-+Cr(OH)4-→Cl-+CrO42-
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练习：
已知硫酸锰（MnSO4）和铋酸钠（NaBiO3，难电离）两种 盐溶液在硫酸介质中可发生氧化还原反应，生成高锰酸 钠、硫酸铋和硫酸钠。 （1）请写出并配平上述反应的化学方程式： 。 （2）此反应的氧化剂是 ，它的还原产物 是 。 （3）此反应的离子反应方程式可表示 为： 。 （4）若该反应所用的硫酸锰改为氯化锰，当它跟过量的 铋酸钠反应时，除有上述产物生成外，其它的生成物还 有 。
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电极反应 负极（Zn)：Zn=Zn2+ + 2е- , 氧化反应 正极（Cu): Cu2++2е- = Cu ，还原反应 电池反应： Cu2++Zn=Zn2++Cu 盐桥的作用：整个反应发生后，Zn半电池溶液 中，由于Zn2+增加，正电荷过剩；Cu半电池中， Cu2+减小，SO42-相对增加，负电荷过剩。 盐桥的主要成分是KCI饱和溶液，其作用 就是消除两个半电池中由于电极反应发生的非 电中性现象。
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例：
NaCl中，∵χCl > χNa
NH3中， ∵ χN>χH
∴ Na为正，Cl为负。