第十章 氧化还原反应
电化学第十章-氧化还原反应与电池
30
由电池的电池符号写出电池反应 例: 已知某电池的电池符号为:
(-) Pt |Sn2+(c1), Sn4+(c2) ¦ ¦ Fe2+(c3), Fe3+(c4) | Pt (+)
写出其电池反应 解: 电极反应 (-) Sn2+ = Sn4+ + 2e (氧化反应) (+) Fe3+ + e = Fe2+ (还原反应)
电极反应 : 2H (aq) 2e H 2 g 电 E θ H /H 2 0.0000V
对 : H /H 2
标准氢电极
表示为:
Pt H2(100KPa) H+(1.0mol L-1)
人为规定标准氢电极的电极电势为0，来 测定其它电极的标准电极电势。
39
氢电极使用不方便，常用甘汞电极代替标准氢 电极。
9
（3）有关名词
氧化(oxidation)：氧化值升高的过程 还原(reduction)：氧化值降低的过程 氧化还原反应:指元素的氧化值有改变的反应。 氧化剂(oxidizing agent)：得到电子的物质 还原剂(reducing agent)：失去电子的物质 氧化还原反应由氧化反应和还原反应组成。
33
伏达电池中电子流从阴极流向阳极很象水由高处流向低处
34
双电层理论
M(s)
溶解 沉积
Mn+ (aq) + ne
金属相对活泼溶解倾 向大于沉积倾向
金属相对不活泼沉积 倾向大于溶解倾向
使电极与溶液间形成扩散双电层，产生电势差， 35 即电极的电极电势,记为E。
不同的电极产生的 E 不同，将两个不 同的电极组合成原电池时，电子将从低 电势负极流向高电势正极，从而产生电流。
氧化还原反应
2 5
电极电势和标准电极电势
原电池中，电子转移的方向是由负极流向正极，表明正极电势高于负极，
但是无论是正极的电势还是负极电势，其绝对值是不可测定的。对于原电池， 仅能测得其电动势数值。而电极电势却会更为直观的反应物质在水溶液中的 氧化还原能力。为了解决这一矛盾，人为选定一个电极作为参比电极，将其 它电极一一与该参比电极组成原电池，测定该原电池的电动势，便可得到不 同电极的电极电势的相对值。
氧化还原反应
It is applicable to work report, lecture and teaching
2
本章主要内容
氧化与还原 氧化数
氧化还原电对
氧化还原反应方程式的配平 原电池、电极和电极电势 氧化还原反应的自发性
氧化还原反应的标准平衡常数 电极电势图解和应用 重要氧化还原反应
3
2 3
设计原电池的理论意义*
理论上任何一个氧化还原反应都可以设计成原电池，但实 际操作时会有许多困难，特别是对一些复杂反应。
设计原电池的目的，并非为了提供电能，也并非只是验证反 应电子转移的方向，而是要研究物质氧化还原能力的强弱、 氧化还原反应的方向和氧化还原反应完成的程度等问题。
2 4
9.3.2 原电池电动势和电极电势
形式电荷； ⑥分子或离子的总电荷数等于各元素氧化数的代数和。
氧化数与化合价的区别
7
氧化还原反应的通式*
氧化数升高，失电子
还 原 型 （ R e d 1 ） + 氧 化 型 （ O x 2 ） = 氧 化 型 （ O x 1 ） + 还 原 型 （ R e d 2 ）
氧化数降低，得电子
《氧化还原反应》 讲义
《氧化还原反应》讲义一、什么是氧化还原反应在化学世界中，氧化还原反应是一类极其重要的化学反应。
简单来说，氧化还原反应是指在反应过程中，元素的氧化态（化合价）发生了变化的反应。
氧化还原反应的特征就是有元素的化合价发生了升降。
例如，氢气（H₂）和氧气（O₂）反应生成水（H₂O），氢元素的化合价从 0 价升高到＋1 价，氧元素的化合价从 0 价降低到－2 价，这个反应就是一个典型的氧化还原反应。
二、氧化还原反应的本质氧化还原反应的本质是电子的转移。
在化学反应中，电子从一种物质转移到另一种物质，导致了元素化合价的变化。
以金属钠（Na）和氯气（Cl₂）反应生成氯化钠（NaCl）为例。
钠原子失去一个电子变成钠离子（Na⁺），其化合价从 0 价升高到＋1 价；氯原子得到一个电子变成氯离子（Cl⁻），其化合价从 0 价降低到－1 价。
在这个过程中，电子从钠原子转移到了氯原子。
三、氧化还原反应的表示方法1、双线桥法双线桥法用于表示氧化还原反应中电子转移的方向和数目。
我们以铜（Cu）和硝酸（HNO₃）反应生成硝酸铜（Cu(NO₃)₂）、一氧化氮（NO）和水（H₂O）为例。
首先写出化学方程式：3Cu ＋ 8HNO₃＝ 3Cu(NO₃)₂＋2NO↑ ＋4H₂O然后画出双线桥，从反应物中化合价发生变化的元素指向生成物中相应的元素，桥上标明电子的得失和数目。
铜元素失去 2×3e⁻，氮元素得到 3×2e⁻。
2、单线桥法单线桥法则是表示电子转移的方向和总数，箭头从失电子的元素指向得电子的元素，桥上只标电子转移的总数。
比如上述反应，单线桥可以这样表示：3Cu → 2NO 6e⁻四、氧化剂和还原剂在氧化还原反应中，得到电子（化合价降低）的物质被称为氧化剂，失去电子（化合价升高）的物质被称为还原剂。
氧化剂具有氧化性，能够氧化其他物质，自身被还原；还原剂具有还原性，能够还原其他物质，自身被氧化。
例如，在反应 2H₂＋ O₂＝ 2H₂O 中，氧气（O₂）是氧化剂，氢气（H₂）是还原剂。
第十章 氧化还原反应方程式的配平
〖 点 评 〗 本 题 也 可 以 设 10KMnO4 =xK2MnO4 + yK3MnO4 + zMnO2 + 6O2
由K原子守恒：10＝2x +3y
由Mn原子守恒：10=x+y+z
由O原子守恒：40=4x+4y+2z+12 解得：x=2 y=2 z=6
〖解答〗PbS+4O3=PbSO4+4O2
〖注意点〗原子守恒法配平氧化还原方程 式极为简便，但只有熟悉电子得失关系， 有了一定的配平氧化还原反应式经验及了 解元素性质的基础上才可能做到应用自如， 因为配平方程式不仅仅是一个技巧问题。
一、氧化还原反应方程式的配平
2．电子得失守恒法 1)化合价升降法
〖解答〗5NH4NO3=2HNO3+4N2+9H2O 〖点评〗若设HNO3，N2，H2O的化学计量 数为a，b，c，也可求解，但不如题解方法 方便，大家不妨一试。
〖例3〗配平PbS+O3—PbSO4+O2
〖 解 析 〗 简 单 观 察 可 得 PbS+2O3=PbSO4+O2，但这是错误的，
错误在于未注意到O3作氧化剂时，一般被 还原为O2， 即 O3+2e-=O2-+O2， 而不是 O3+6e-=3O2-
一、氧化还原反应方程式的配平
2)离子-电子法配平 〖 例 4〗 以 KMnO4+HCl——MnCl2+Cl2 反 应为例，说明离子-电子法配平过程 〖解析〗(1)写成离子反应式，消去未参加 反应的离子。 MnO4-+Cl-——Mn2++Cl2
(2)将氧化剂及其对应的还原产物，还原剂 及其对应的氧化产物分成两个半反应。
无机化学第10章 氧化还原反应课件
Cl2/ClFe3+/Fe2+
Me—难溶盐电极 AgCl/Ag
电极 Zn∣Zn2+ Cl-，Cl2∣Pt Fe3+,Fe2+∣Pt Ag∣AgCl, Cl-
甘汞电极：实际测量非常重要的一种电极，标准氢 电极使用不多，原因是氢气不易纯化，压强不易控制，铂 黑容易中毒。
电极反应 Hg2Cl2＋2e＝2Hg ＋2Cl－ 符号 Pt | Hg | Hg2Cl2 | KCl 标准电极电势 Eө ＝ 0.268 V 饱和甘汞电极电势 E ＝ 0.2415 V
故电功 W 可由下式表示 W ＝ n E F
一般认为电池反应的进行方式是可逆的。故有
G nEF
r
当反应均为标准态时，E 即是 E，故有
rGm nE F
10－ 2－2 E Ө 和电池反应的 KӨ 的关系
由 rGm RT ln K 和 rGm zE F 得 zE F RT ln K
故
E RT ln K
3）在缺少 n 个氢原子的一侧加上 n 个 H ＋ ，平衡氢原子 Cr2 O7 2 － ＋ 14 H ＋ —— 2 C r 3 ＋ ＋ 7 H2O
4）加电子以平衡电荷，完成电极反应式的配平 Cr2 O7 2 － ＋ 14 H ＋ ＋ 6 e ＝ 2 C r 3 ＋ ＋ 7 H2O
CI2N00231.jpg
10－1－4 电极反应式的配平
原则：方程式两边的原子数和电荷相等。
例 10－1 配平电对 Cr2 O7 2 － / C r3 ＋ 的电极反应式。 1）将氧化数有变化的原子配平Cr2O7 2 － —— 2 Cr 3 ＋
2）在缺少 n 个氧原子的一侧加上 n 个 H2O, Cr2 O7 2 － —— 2 C r 3 ＋ ＋ 7 H2O
无机与分析化学第十章 氧化还原反应与氧化还原滴定法
第十章氧化还原反应和氧化还原滴定法一、内容提要（一）本章重点本章的重点是氧化还原反应的概念；电极电位概念及其应用；氧化还原滴定。
1．氧化还原反应（1）氧化还原反应氧化还原反应是一类反应物之间有电子交换的反应，其特征是反应物元素的氧化数发生了变化。
一个氧化还原反应由氧化反应和还原反应两个半反应（也叫电极反应）组成，其中物质失去电子的反应是氧化反应，物质得到电子的反应是还原反应。
（2）氧化数不同元素的原子在组成分子时，由于元素的电负性不同，分子中的电荷分布则会不均匀。
氧化数为某元素的原子所具有的形式电荷数。
形式电荷数是假设把每个键中的电子指定给电负性大的原子而求得。
规定单质中的元素的氧化数为零，氢元素和氧元素的氧化数一般情况下分别为+1和-2。
电负性较大的元素的氧化数为负值，电负性较小的元素的氧化数为正值。
在化合物的分子中的各元素的氧化数的代数和为零。
这些规则可以计算复杂化合物分子或离子中各元素的氧化数。
（3）氧化剂和还原剂在氧化还原反应中得到电子的物质是氧化剂，失去电子的物质是还原剂，反应中氧化剂中的元素的氧化数降低，还原剂中的元素的氧化数升高，并且氧化剂的氧化数降低的总数等于还原剂的氧化数升高的总数。
（4）氧化还原方程式的配平氧化还原方程式的配平必须满足两个原则：一是反应前后物质是守恒的；二是反应中氧化剂和还原剂的氧化数的变化的代数和为零。
常用两种方法进行：a. 氧化数法：配平的原则是反应中氧化剂中元素氧化数降低的总数等于还原剂中元素氧化数升高的总数。
b. 离子电子法：配平的原则是氧化剂得到的电子数等于还原剂失去的电子数。
此法用于配平在溶液中进行的氧化还原反应。
（5）氧化还原电对氧化剂或还原剂各自在反应中与其相应的还原产物或氧化产物所构成的物质对应关系称为氧化还原电对，氧化还原电对中元素氧化数高的物质称为氧化态，氧化数低的物质形态称为还原态。
电对表示为：氧化态/还原态。
2．原电池和电极电位（1）原电池在一定的装置中可以使氧化还原反应的两个半反应在不同的空间位置反应，从而使电子的交换通过外电路完成，将化学能转换为电能。
第10章土壤氧化还原反应
第10章土壤氧化还原反应10.1基本概念 (1)10.2土壤物质的氧化还原过程 (6)10.3土壤氧化还原状况的生态影响及其调节 (13)[本章提要]土壤中的许多化学和生物化学反应都具有氧化还原特征，因此氧化还原反应是发生在土壤（尤其土壤溶液）中的普遍现象，也是土壤的重要化学性质。
氧化还原作用始终存在于岩石风化和土壤形成发育过程中，对土壤物质的剖面迁移，土壤微生物活性和有机质转化，养分转化及生物有效性，渍水土壤中有毒物质的形成和积累，以及污染土壤中污染物质的转化与迁移等都有深刻影响。
在农林业生产、湿地管理、环境保护等工作中，往往要用到土壤氧化还原反应的有关知识。
10.1基本概念10.1.1氧化还原体系土壤中有多种氧化物质和还原物质共存，氧化还原反应就发生在这些物质之间。
氧化反应实质上是失去电子的反应，还原反应则是得到电子的反应。
实际上，氧化反应和还原反应是同时进行的，属于一个反应过程的两个方面。
电子受体（氧化剂）接受电子后，从氧化态转变为还原态；电子供体（还原剂）供出电子后，则从还原态转变为氧化态。
因此，氧化还原反应的通式可表示为氧化态 + ne还原态（10—1）土壤中存在着多种有机和无机的氧化还原物质（氧化剂和还原剂），在不同条件下他们参与氧化还原过程的情况也不相同。
参加土壤氧化还原反应的物质，除了土壤空气和土壤溶液中的氧以外，还有许多具可变价态的元素，包括C、N、S、Fe、Mn、Cu等；在污染土壤中还可能有As、Se、Cr、Hg、Pb等。
种类繁多的氧化还原物质构成了不同的氧化还原体系（redox system）。
土壤中主要的氧化还原体系如表10—1。
表10—1 土壤中主要的氧化还原体系10.1.2氧化还原指标10.1.2.1强度指标 1、氧化还原电位（Eh ）氧化还原电位（redox potential ）是长期惯用的氧化还原强度指标，它可以被理解为物质（原子、离子、分子）提供或接受电子的趋向或能力。
《氧化还原反应》课件PPT
(2)根据非金属活动性顺序进行判断(常见元素)： 1、背景:中世纪晚期，西欧商品经济空前繁荣，需要拓展市场，推销产品，寻找原料。新航路开辟后，欧洲人开始了早期殖民掠夺。
2.用双箭号表示，箭头从反应物指向生成物的同一种元素。
0
0
+2 -1
Mg + Cl2 ＝ MgCl2
3.标出“失去”、“得到”的电子总数
失去2e-
0
Mg
+
0
Cl2
＝
+2 -1
MgCl2
得到2e-
注意：失电子数＝得电子数
练习：
用“双线桥”法标出电子转移的情 况，并指出氧化剂及还原剂。
1.2Al + 3H2SO4
2CuO+C 高温 2Cu+CO2
得氧,化合价升高,被氧化
结论
物质得到氧，元素化合价升高，被氧化。 物质失去氧，元素化合价降低，被还原。
化合价降低 被还原
Zn+2HCl
ZnCl2+H2
化合价升高 被氧化 化合价降低 被还原
2Na+Cl2 点燃 2NaCl
化合价升高 被氧化
定义: 有元素化合价升降的反应,叫氧 化还原反应.
氧化还原反应的判断依据是: 有无化合价的升降
一、认识氧化还原反应
2、从化合价升降的角度分析氧化还原反应
★以元素化合价是否变化对化学反应
进行分类：
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Zn2+（aq）+2e-→Zn 金属的溶解和沉积能形成动态平衡。
如果金属表面附近的溶液中，维持
着一定数量的正离子；在金属表面上，
则保留着相应数量的自由电子（对于
不同的电极，可能出现不同的情况）。 西
这样，在金属和溶液之间就产生了电 昌 势差。
昌 用“ ”表示盐桥
表示出相应的离子浓度或气体压力。 学
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以铜锌原电池为例
（-）Zn/Zn2+(C1)//Cu2+(C2)/Cu (+)
其中（－）、（＋）表示电池的负 极和正极，习惯上负极写在左边，
西 正极写在右边。 昌 溶液中离子的浓度或气体的分压，
写在相应物质的右方。 学
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例：配平KMnO4+HCl-MnCl2+Cl2+KCl+H2O
解：首先根据事实写出反应物和主要产物
KMnO4+HCl—MnCl2+Cl2 按实际存在形式调整分子式前的系数
KMnO4+2HCl—MnCl2+Cl2+KCl+H2O
求氧化数变化值，使其升高值等于降低值
西
KMnO4: +7─+2
降5 ×2
MnO4- +e─ MnO42SO32- -2e－SO42根据反应介质配平氢氧原子数： MnO4- +e─ MnO42SO32-+2OH- -2e─ SO42- +H2O
配平电子得失数：
2MnO4-+2e─2MnO42SO32-+2OH--2e─SO42-+H2O
西 合并：
昌
2MnO4-+SO32-+2OH- ─ 2MnO42-+SO42-+H2O
院
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二、氧化还原反应的基本概念
1、凡是反应前后有元素的氧化数发生变 化的反应称为氧化还原反应。氧化数升高 的过程称为氧化，氧化数降低的过程称为
西 还原。
2、在反应中，所含元素氧化数降低的物
昌 质称为氧化剂；所含元素氧化数升高的物
质称为还原剂。在反应中氧化剂被还原，
学 还原剂被氧化。
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学
影响电极电势差的因素有电极的
本性、温度、介质、离子浓度等。 院
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当外界条件一定时，电极电势差 的高低就取决于电极的本性。对于金 属电极，则取决于金属离子化倾向的 大小。
金属越活泼，溶解成离子的倾向 越大，离子沉积的倾向越小。达成平 衡时，电极的电势越低；反之，电极 的电势越高。
HCl
-1─ 0
升2 ×5
昌
2KMnO4+10HCl—2MnCl2+5Cl2 配平其它原子数, 一般先配其它原子,后配氢氧原子。
学
2KMnO4+16HCl─2MnCl2+5Cl2+2KCl 2KMnO4+16HCl=2MnCl2+5Cl2+2KCl+8H2O
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（二）离子－电子法
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三、氧化还原反应方程式的配平
（一）、氧化数法
关键：氧化剂和还原剂中有关元素的
氧化数升高值与降低值相等。
难点：未发生氧化数变化的原子的配
西
平，特别是氢和氧原子的配平。
基本步骤：
昌 1、根据事实写出反应物和生成物；
2、 求元素氧化数的变化值；
学 3、调整系数使氧化数变化值相等；
4、配平其它原子
院
一、氧 化 数
1、氧化数的概念 氧化数是某元素一个原子在与其它
元素的原子化合时的荷电数，这种荷电 数是人们将键合电子指定给电负性大的 原子后求得的。
二、确定氧化数的一些规定：
西
昌
学
单质中，元素的氧化数为零，单原子离子的 氧化数等于离子所带的电荷数； 在多原子分子中，所有原子的氧化数的代数 和为零；在复杂离子中，所有原子的氧化数 的代数和等于复杂离子的电荷数。 氧在化合物中的氧化数一般为－2，在过氧化 物中为－1，在氟化物中为正。 氟在化合物中的氧化数为-1，其它卤素除在氧 化物和卤素互化物中为正外，一般为－1。
改成分子方程式：
学
2KMnO4+K2SO3+2KOH=2K2MnO4+K2SO4+H2O
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第二节 电极电势一、原电池和 Nhomakorabea极电势（一）原电池
1、原电池的构成
在两个烧杯中分别装入硫酸锌和 西 硫酸铜溶液，将锌片插入硫酸锌溶液
昌
中，铜片插入硫酸铜溶液中，两个烧 杯之间用盐桥连接，再将锌片和铜片
学 用导线连接，有电流产生，电流的方 向是从铜电极流向锌电极。
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在水溶液中进行的氧化还原反应，可 以用离子－电子法。
配平原则：反应中氧化剂得到的电子 总数等于还原剂失去的电子总数。
例：配平高锰酸钾与亚硫酸钾在碱性条件 下反应的化学反应方程式
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解：根据事实写出反应物和主要产物的离子式：
MnO4-+SO32- ─MnO42-+SO42将上述反应拆分为两个半反应：
电极由导体和电对组成， 电对由氧化剂和对应的还原剂 组成，在电极反应中，氧化剂 又称为氧化型，还原剂又称为 还原型，电对可写成氧化型/还 原型，其关系为：
氧化型＋ne＝还原型
2、原电池的表示方法
负极写在左边，正极写在右边
用“∣”表示电极与离子溶液之间的 物相界面；
西
不存在相界面，用“，”分开。加上 不与金属离子反应的金属惰性电极。
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电极反应为： 锌电极：Zn─Zn2++2e 铜电极：Cu2++2e─Cu
上述装置的总反应为： Zn+Cu2+=Zn2++Cu
电池电动势
E=+--
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（二）、电极电势差
当把金属放入含有该金属离子的盐溶 液时，有两种反应倾向存在：一方面，金 属表面的离子进人溶液和水分子结合成为 水合离子：
院
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西
昌
学
院
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这种把化学能直接转化成电 能的装置叫原电池。
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原电池都是由两个电极和盐 桥组成，习惯上将放出电子（发 生氧化反应）的电极称为负极， 而将接受电子（发生还原反应） 的电极称为正极。即原电池的负 极发生氧化反应，正极发生还原 反应。
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第十章 氧化还原反应
本章要求 掌握氧化还原反应的有关概念，能较熟练
地配平氧化还原反应方程式。
西 了解标准电极电势的概念，并能用它来判 昌 断氧化剂和和还原剂的强弱、氧化还原反
应进行的方向以及计算平衡常数。
学
能利用奈斯特方程式进行有关计算。
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第一节 氧化还原的基本概念
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