无机化学第八章氧化还原反应的电化学原理eeChargeDischargeAnodeCathodeChargeLitDischargeLiCoozSeparatorNon-aqueouselectrolyte
1 无机化学 第八章 氧化还原反应的电化学原理
8.1氧化还原反应相关的化学基本概念依据有无电子转移，化学反应可分为两类：>有电子转移或氧化数变化的反应，称为氧化还原反应Zn+Cu2+ 一 Zn2+ +Cu>没有电子转移或氧化数变化的反应，称为非氧化还原反应HCl + NaOH - NaCl +H,O酸碱中和反应2
2 2+ 2+ Zn Cu Zn Cu + + ◼ 依据有无电子转移，化学反应可分为两类： ➢ 有电子转移或氧化数变化的反应，称为氧化 还原反应。 ➢ 没有电子转移或氧化数变化的反应，称为非 氧化还原反应。 HCl NaOH NaCl H O + + 2 8.1 氧化还原反应相关的化学基本概念 酸碱中和反应
8.1.2原子的氧化状态描述一—氧化数失去电子的过程称为氧化，得到电子的过程称为还原Zn+Cu?+ → Zn?+ +CuC+O, →CO氧化数是假设把化合物中成键的电子都归电负性大的原子，从而求得原子所带的形式电荷的数值，此电荷数值即为该原子在化合物中的氧化数。3
3 ➢ 失去电子的过程称为氧化，得到电子的过程 称为还原。 2+ 2+ Zn Cu Zn Cu + → + C O CO + →2 2 氧化数是假设把化合物中成键的电子都归电负性 大的原子，从而求得原子所带的形式电荷的数值， 此电荷数值即为该原子在化合物中的氧化数。 8.1.2 原子的氧化状态描述——氧化数
氧化剂和还原剂8.1.31.在氧化还原反应中，氧化数升高的物质叫还原剂。还原剂使另一种物质氧化数降低，本身被氧化，它的反应产物叫氧化产物2.氧化数降低的物质叫氧化剂氧化剂使另一种物质氧化数升高，本身被还原，它的反应产物叫还原产物我是还原剂我是氧化剂+1+2+3NaCIO+ 2FeSO +H,SO4 -→> NaCl+Fe,(SO4), + H,O氧化剂介质还原剂还原产物氧化产物4
4 8.1.3 氧化剂和还原剂 1. 在氧化还原反应中，氧化数升高的物质叫还原 剂。还原剂使另一种物质氧化数降低，本身被 氧化，它的反应产物叫氧化产物。 2. 氧化数降低的物质叫氧化剂。氧化剂使另一 种物质氧化数升高，本身被还原，它的反应 产物叫还原产物。 +1 2 1 3 NaClO 2FeSO H SO NaCl Fe (SO ) H O 4 2 4 2 4 3 2 + − + + + → + + 氧化剂 还原剂 介质 还原产物 氧化产物
8.1.4氧化还原电对在氧化还原反应中氧化剂在反应后氧化数降低，其还原产物具有弱的还原性，是弱还原剂。还原剂在反应后氧化数升高，其氧化产物具有弱的氧化性，是弱的氧化剂。两个共轭的氧化还原体系称为氧化还原电对：Cu?+/CuZn2+/Zn氧化剂/还原剂氧化剂/还原剂Cu2+2+ZnZnCu++氧化剂1还原剂1还原剂2氧化剂25
5 8.1.4 氧化还原电对 在氧化还原反应中， ✓ 氧化剂在反应后氧化数降低，其还原产物具有 弱的还原性，是弱还原剂。 ✓ 还原剂在反应后氧化数升高，其氧化产物具有 弱的氧化性，是弱的氧化剂。 两个共轭的氧化还原体系称为氧化还原电对： 2+ 2+ Cu Zn Zn Cu + → + 2+ Cu /Cu 2+ Zn /Zn 氧化剂/还原剂 氧化剂/还原剂 氧化剂1 还原剂2 氧化剂2 还原剂1
氧化还原电对的半反应8.1.5氧化剂和它的共轭还原剂，或还原剂和它的共轭氧化剂之间的关系，可以用氧化还原半反应式表示：Cu?++2e—CuZnZn2++2eMnO4/Mn2+和SO.2-/SO.2-两个电对在酸性介质中的半反应式为：MnO +8H++5eMn2++4H,OSO°+2H++2eSO?+H,O6
6 氧化剂和它的共轭还原剂，或还原剂和它 的共轭氧化剂之间的关系，可以用氧化还原半 反应式表示： 2+ Cu 2 Cu + e⎯⎯⎯⎯→2+ Zn Zn 2 ⎯⎯⎯⎯→ + e MnO4 - /Mn2+和 SO4 2- /SO3 2-两个电对在酸 性介质中的半反应式为： - + 2+ MnO 8H 5 Mn 4H O 4 2 + + + e⎯⎯⎯⎯→ 2- + 2- SO 2H 2 SO H O 4 3 2 + + + e⎯⎯⎯⎯→ 8.1.5 氧化还原电对的半反应
氧化还原反应的普遍趋势8.1.6氧化还原电对在反应过程中，氧化剂降低氧化数的趋势越强，它的氧化能力就越强，其共轭的还原剂还原能力越弱同理，还原剂还原能力越强，其共轭氧化剂氧化能力就越弱Sn * /Sn2+24MnO./Mn强氧化剂弱还原剂弱氧化剂强还原剂-强氧化剂+强还原剂一弱还原剂+弱氧化剂氧化还原的矛盾与统一
7 氧化还原电对在反应过程中，氧化剂降低 氧化数的趋势越强，它的氧化能力就越强，其 共轭的还原剂还原能力越弱。 同理，还原剂还原能力越强，其共轭氧化 剂氧化能力就越弱。 - 2+ MnO /Mn 4 强氧化剂/弱还原剂 4+ 2+ Sn /Sn 氧化还原的矛盾与统一 8.1.6 氧化还原反应的普遍趋势 强氧化剂+强还原剂→弱还原剂+弱氧化剂/ 弱氧化剂/强还原剂
2.离子-电子法离子电子法是将反应式改写为半反应式先将半反应配平，然后将半反应加合起来，再消去其中的电子数完成的。1）首先将反应物和生成物以离子形式列出，MnO, +CI →Mn?+ +Cl,2）将方程式分为两个半反应+7+2-CI →ClMnO, → Mn失2个电子得5个电子8
8 2. 离子-电子法 1) 首先将反应物和生成物以离子形式列出。 离子电子法是将反应式改写为半反应式， 先将半反应配平，然后将半反应加合起来，再 消去其中的电子数完成的。 - - 2+ MnO Cl Mn Cl 4 2 + → + 2) 将方程式分为两个半反应。 +7 +2 - 2+ MnO Mn 4 → 得5个电子 -1 0 - Cl Cl → 2 失2个电子
3）加一定数目的电子使半反应两端的原子数和电荷数相等。×2MnO; + 5e +8H = Mn2+ + 4H,O酸性介质，反应物多O，加H+使之生成水。×52CI =Cl, +2e如果在半反应中反应物和产物的O原子数不同可根据反应条件(酸、碱、中性)在半反应式中加H+、OH、H,O，使两侧O原子数和电荷数均相等氧化剂获得的电子数必须等于还原剂失去的电4）子数，将2个半反应合为配平的离子方程式2MnO +10CI +16H+ = 2Mn2+ +5Cl2 +8H,09
9 3) 加一定数目的电子使半反应两端的原子数和 电荷数相等。 - + 2+ MnO 5 8H Mn 4H O 4 2 + + = + e 酸性介质，反应物多O，加H+使之生成水。 - 2 2Cl Cl 2 = + e 2 5 如果在半反应中反应物和产物的O原子数不同， 可根据反应条件(酸、碱、中性)在半反应式中加H+ 、 OH-、H2O，使两侧O原子数和电荷数均相等。 4) 氧化剂获得的电子数必须等于还原剂失去的电 子数，将2个半反应合为配平的离子方程式。 - - + 2+ 4 2 2 2MnO 10Cl 16H 2Mn 5Cl 8H O + + = + +
例列4：在酸性介质中，配平反应MnO4 +SO →Mn2+ +SO?1.写出半反应式：+7+4+6+224SO? → SO?MnO -> Mn2.配平半反应式：×2MnO +5e+8H* = Mn2+ +4H,O0×5SO?+H,O = SO? +2H+ +2e3.根据电子得失的最小公倍数：2MnO +5SO2 +6H* = 2Mn2+ +5SO-+3H,010
10 例4：在酸性介质中，配平反应 - + 2+ MnO 5 8H Mn 4H O 4 2 + + = + e 2- 2- + SO H O SO 2H 2 3 2 4 + = + + e - 2- + 2+ 2- 4 3 4 2 2MnO 5SO 6H 2Mn 5SO 3H O + + = + + - 2- 2+ 2- MnO SO Mn SO 4 3 4 + → + +7 +2 - 2+ MnO Mn 4 → +4 +6 2- 2- SO SO 3 4 → 1. 写出半反应式： 2. 配平半反应式： 3. 根据电子得失的最小公倍数： 2 5