氧化还原反应全解

一、氧化还原反应

1.氧化与还原

氧化本来是指物质与氧化合，还原是指从氧化物中去掉氧恢复到未被氧化前的状态的反应。

任何一个氧化还原反应都可看作是两个半反应之和。例如，铜的氧化反应可以看成是下面两个半反应的结果：

Cu(s)-2e- =Cu2+

1

O(g)+2e- =O2-

2

2

2. 氧化还原电对

我们把一个还原型物种(电子给体)和一个氧化型物种(电子受体)称为氧化还原电对：

氧化型+ ze还原型

在书写半反应时，要把电对的氧化型物种写在左边，还原型物种写在右边。

3. 元素的氧化数

指某元素一个原子的荷电数，这种荷电数是假设把每个化学键中的电子指定给电负性更大的原子而求得。

确定氧化数的一般原则是：

a.任何形态的单质中元素的氧化数等于零。

b. 多原子分子中，所有元素的氧化数之和等于零。

c. 单原子离子的氧化数等于它所带的电荷数。多原子离子中所有元素的氧化数之和等于该离子所带的电荷数。

d. 在共价化合物中，可按照元素电负性的大小，把共用电子对归属于电负性较大的那个原子，然后再由各原子的电荷数确定它们的氧化数。

e. 氢在化合物中的氧化数一般为+1，但在金属氢化物中，氢的氧化数为-1。氧在化合物中的氧化数一般为-2，但在过氧化物为-1, 在超氧化物中为-1/2。

f. 氟在化合物中的氧化数皆为-1 。

注意：HOF SeOF CrO OsO

氧化还原反应——氧化还原方程式的配平

4. 氧化还原方程式的配平

以高锰酸钾和氯化钠在硫酸溶液中的反应为例，说明用氧化数法配平氧化还原反应方程式的具体步骤。

a.根据实验确定反应物和产物的化学式：

KMnO4+ NaCl + H2SO4

→Cl2 +MnSO4+K2SO4+Na2SO4 + H2O

氧化还原反应——氧化还原方程式的配平

b.找出氧化数升高及降低的元素。锰的氧化数降低5；氯的氧化数升高1，氯气以双原子分子的形式存在，NaCl的化学计量数至少应为2；

氧化数降低5

KMnO4+NaCl+H2SO4→Cl2+MnSO4+K2SO4+Na2SO4 +H2O

氧化数升高2

氧化还原反应——氧化还原方程式的配平

c. 计算氧化数降低与升高的最小公倍数，上述反应式中5和2的最小公倍数为10，可知高锰酸钾的系数为2，而氯气的系数为5，氯化钠的系数为10:

氧化数升高2×5

KMnO4+NaCl+H2SO4→Cl2+MnSO4+K2SO4+Na2SO4

+H2O

氧化数降低5×2

氧化还原反应——氧化还原方程式的配平

d. 配平反应前后氧化数没有变化的原子数。

2KMnO4+10NaCl+8H2SO4 =5Cl2+2MnSO4+K2SO4+5Na2SO4+8H2O

e. 最后核对氧原子数。该等式两边的氧原子数相等，说明方程式已配平。

二、原电池原理及应用

1、原电池原理

实验1：把一块锌片和一块铜片平行地插入盛有稀硫酸的烧杯中，会产生什么现象？方程式？

Zn Cu Zn Cu

H2SO4

H2SO4

实验2：把锌片和铜片在上端连接起来，又会产生什么现象？请解释原因。

结论：两极发生氧化还原反应，产生电流。

（1）原电池定义：把化学能转变为电能的装置（2）原理负极：电子流出的电极（发生氧化反应）正极：电子流入的电极（发生还原反应）电子流：电流：

负极（锌）→正极（铜）正极→负极→正极

导线溶液

导线

*导线中有电流通过，使化学能转变为电能。

（3）原电池反应电极反应式:

锌片（负极）Zn –2e- = Zn2+ (氧化反应)

铜片（正极）2H+ + 2e- = H2 ↑(还原反应)

总反应式：Zn + 2H+ = Zn2+ + H2 ↑2、构成原电池的条件

归纳：构成原电池的条件：

（1）活性不同的两个电极（发生氧化还原反应）（2）电解质溶液（提供自由移动的阴阳离子）（3）闭合回路（外电路、内电路）

讨论：Cu - Zn 原电池正、负两极附近离子浓度有什么变化？

3、两极附近离子浓度的变化正、负两极附近离子浓度的变化取决于两极上的电极反应。

3、如何得到持续稳定的电流？

为何引入盐桥？

在硫酸铜溶液中放入一片锌，将发生下列氧化还原反应：

Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu

这个反应同时有热量放出，这是化学能转变为热能的结果。这一反应也可在图1所示的装置中进行。

KCl(aq)

图1 铜锌原电池

1. 原电池的表示方法原电池由两个半电池组成，在上述铜锌原电池中，烧杯Ⅰ中的锌和锌盐溶液组成一个半电池，烧杯Ⅱ中的铜和铜盐溶液组成另一个半电池，两个半电池用盐桥连接。为了方便，在电化学中通常表示为：

Zn ZnSO 4 (1mol / L) CuSO 4 (1mol / L) Cu

?原电池和电极——原电池的表示方法原电池的表示的一般方法为：

a. 负极在左，正极在右；

b. 单垂线“│”表示界面；

c. 双垂线“?”???表示盐桥；

d. 标注温度和压力；

e. 标注所有影响电极电势（电动

势）的因素，如物质状态，电解质浓度等。

?原电池和电极——电极及电极种类 2. 电极及电极种类原电池总是由两个半电池组成，半电池又可称为电极。常见电极可分为三大类：

?原电池和电极——电极及电极种类第一类电极：?金属与其阳离子组成的电极?氢电极?氧电极?卤素电极?汞齐电极

?原电池和电极——电极及电极种类第二类又称难溶盐电极：

?原电池和电极——电极及电极种类第三类又称氧化-还原电极：

四、电极电势及其应用

1. 电极电势

原电池中有电流，表明原电池有电位差(即电池电动势)—构成两电极的电位不等(电极电势之差)：电流方向铜锌电电极极电电极极电电势势较较低? (Cu2+/Cu) > ? (Zn2+/Zn) 高

原电池电动势等于两电极的电极电势之差： E = ? (+)－? (-) = ? (Cu2+/Cu)－? (Zn2+/Zn) 当电极反应中所涉及的物质处于标准态时(各物质的浓度为1个单位，气体的压力为1标准压力，固体为纯