11 氧化还原反应.ppt

无机化学
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第11章氧化还原反应Chapter 11 Oxidation and Reduction
基本内容和重点要求
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重点要求掌握掌握氧化还原反应的基本概念;熟练判断氧化还原反应的方向及平衡常数的计算;掌握原电池的表达方式;重点掌握能斯特(Nernst)方程式及其应用,熟练进行有关计算
基本概念
氧化还原反应方程式的配平
电极电势
电势图解及其应用
电解
化学电源简介
基本概念
原子价和氧化数
氧化还原反应的特征
氧化剂和还原剂
氧化还原对
原子价和氧化数
(1) 原子价
原子价是表示元素原子能够化合或置换一价原子(H)或一价基团(OH-)的数目。也表示化合物某原子成键的数目,在离子型化合物中离子价数即为离子的电荷数;在共价化合物中某原子的价数即为该原子形成的共价单键数目。如:H2O,NaCl, CO2等。
原子价经典概念不能正确地反映化合物中相互结合的真实情况(如:NH4+,SiF4,K2SiF6)。 1948年,在价键理论和电负性的基础上提出了氧化数的概念。氧化数是化合物中某元素所带形式电荷的数值。
(2) 氧化数
氧化数:指化合物中某元素所带形式电荷的数值。由;元素的电负性确定形式电荷。
确定氧化数的规则:
单质的氧化数为零。
所有元素氧化数的代数和在多原子的分子中等于零;在多原子的离子中等于离子所带的电荷数。
氢在化合物中的氧化数一般为+1。但在活泼金属的氢化物(如NaH,CaH2等)中,氢的氧化数为-1。
氧在化合物中的氧化数一般为-2;在过氧化物(如H2O2,BaO2等)中,氧化数为-1;在超氧化合物(如KO2)中,氧化数为-1/2;在OF2中,氧化数为+2。例如:C,CO2,HCl,SO2。
例: H5IO6 I 的氧化数为+7
S2O32- S的氧化数为+2
S4O62- S的氧化数为+
Fe3O4 Fe的氧化数为+8/3
氧化数概念并不十分严格。如,在Co(NH3)63+,CH3COOH
原子价和氧化数这两个概念是有全区别的,在离子化合物中在数值上可能相同,但在共价化合物中往往相差很大。如CrO5中的Cr,CH4, l4中的C。
氧化还原反应的特征
在一个反应中,氧化数升高的过程称为氧化,氧化数降低的过程称为还原,氧化过程和还原过程同时发生。在化学反应过程中,反应前后氧化数发生变化的反应称为氧化还原反应。
例如: 2KClO3  2KCl + 3O2
氧化数升高和降低都发生在同一化合物中,这种氧化-还原叫做自氧化-还原反应,或叫歧化反应。
例如: 4KClO3  3KClO4 + KCl
氧化剂和还原剂
氧化数升高的物质叫还原剂,还原剂本身被氧化;氧化数降低的物质叫做氧化剂,氧化剂本身被还原。例如:
+1 +2 -1 +3
NaClO + 2FeSO4 + H2SO4  NaCl + Fe2(SO4)3 + H2O
(氧化剂)(还原剂) (还原产物)(氧化产物)
再如: 4KClO3  3KClO4 + KCl
+5 +5 +7 -1
3KClO3 + KClO3 3KClO4 + KCl
氧化还原电对
氧化还原反应可以看成为两个共轭的氧化还原体系或氧化还原电对组成例如反应: Cu2+ + Zn  Zn2+ + Cu
是由下列两电对组成:
Cu2+ / Cu Zn2+ / Zn
(氧化剂1) (还原剂1) (氧化剂2) (还原剂2 )
在氧化还原电对中,氧化剂的氧化能力愈强,其共轭还原剂的还原能力愈弱。在氧化还原反应中,一般按较强氧化剂和较强还原剂相互作用的方向进行。
共轭体系关系可用氧化还原半反应表示:即:
Cu2+ + 2e-  Cu Zn  Zn2+ + 2e-
又如:
MnO4- + 8H+ + 5e-  Mn2+ + 4H2O
SO42- + 2H+ + 2e-  SO32- + H2O
氧化还原反应方程式的配平
氧化数法
离子-电子法