第7章 氧化还原反应 Chapter 7 Oxidation-reduction reaction
第 7 章 氧化还原反应 Chapter 7 Oxidation-reduction reaction
7.1 基本概念 The primary concepts of redox reactions 7.2 氧化还原方程式的配平 Balancing redox equations 7.3 高温氧化还原反应的自发性 Spontaneity of redox reactions at high 及埃灵罕姆图 temperature and the diagram of llingham 7.4 水溶液中氧化还原反应的自 Spontaneity of redox reactions in aqueous 发性和电极电势 solution and electrode potential 7.5 电势数据的图示法 Diagrammatic representations of electrode potential 7.6 影响氧化还原反应的动力学 Influence of dynamic factors on redox 因素和氧化还原反应机理 reactions and mechanism of redox reactions 2 上页 下页 节首 节尾
2 7.1 基本概念 7.2 氧化还原方程式的配平 7.3 高温氧化还原反应的自发性 及埃灵罕姆图 7.4 水溶液中氧化还原反应的自 发性和电极电势 7.5 电势数据的图示法 7.6 影响氧化还原反应的动力学 因素和氧化还原反应机理 The primary concepts of redox reactions Balancing redox equations Spontaneity of redox reactions at high temperature and the diagram of llingham Spontaneity of redox reactions in aqueous solution and electrode potential Diagrammatic representations of electrode potential Influence of dynamic factors on redox reactions and mechanism of redox reactions
7.1基本概念 7.1.1l氧化与还原(oxidization and reduction （1)氧化还原概念的发展 起先2Mg(s)+02(g=2MgO(S) 与氧结合 后来Mg→Mg2++2e 电子转移 现在2P(S)+2CL2(g)=2PCl3①) 电子偏移 (2)氧化数 指某元素的一个原子的荷电数，该荷电数是假定把每一 化学键中的电子指定给电负性更大的原子而求得的. 「氧化：氧化数增加的过程 还原：氧化数降低的过程 [氧化剂：electron acceptor 还原剂：electron donor 上页下页 节首节尾
3 7.1.1 氧化与还原 (oxidization and reduction) （1）氧化还原概念的发展 起先 2Mg(s)+O2(g) = 2MgO(s) 与氧结合 后来 Mg→Mg2++2e 电子转移 现在 2P(s)+2Cl2(g) = 2PCl3(l) 电子偏移 7.1 基本概念 指某元素的一个原子的荷电数，该荷电数是假定把每一 化学键中的电子指定给电负性更大的原子而求得的. （2）氧化数 氧化剂：electron acceptor 还原剂：electron donor 氧化：氧化数增加的过程 还原：氧化数降低的过程
7.1.2确定氧化值的规则 (the rules for the determination of oxidation number) (1)离子型化合物中，元素的氧化数等于该离子所带的电荷数； (2)共价型化合物中，共用电子对偏向于电负性大的原子，两 原子的形式电荷数即为它们的氧化数； (③)单质中，元素的氧化数为零； ()中性分子中，各元素原子的氧化数的代数和为零，复杂离 子的电荷等于各元素氧化数的代数和. (⑤)氢的氧化数一般为+1，在金属氢化物中为-1，如NaH (6)氧的氧化数一般为-2，在过氧化物中为-1，如H,O2.NaO2 在超氧化物中为-0.5，如KO2,在氧的氟化物中为+1或 +2,如02E,0F 上页下页 节首节尾
4 (1) 离子型化合物中，元素的氧化数等于该离子所带的电荷数； (2) 共价型化合物中，共用电子对偏向于电负性大的原子 ，两 原子的形式电荷数即为它们的氧化数； (3) 单质中，元素的氧化数为零； (4) 中性分子中，各元素原子的氧化数的代数和为零 ，复杂离 子的电荷等于各元素氧化数的代数和. 7.1.2 确定氧化值的规则 (the rules for the determination of oxidation number) ⑸ 氢的氧化数一般为+1,在金属氢化物中为 -1，如 ⑹ 氧的氧化数一般为-2,在过氧化物中为 -1，如 在超氧化物中 为-0.5，如 ，在氧的氟化物中 为 +1或 +2，如 1 NaH H O Na O2 , 1 ` 2 2 1 2 KO2 0.5 O F ,OF2 2 2 2 1
什么是“氧化数”？它与“化合价”有否区别？ 止页下页节首节尾
5 Question 1 什么是“氧化数”？它与“化合价”有否区别？
7.1.3氧化还原电对(redox couple) 对氧化还原反应Cu++Zn=Zn2++Cu 01 R1 02 R2 Cu2+/Cu,Zn+/Zm称为氧化还原电对，氧化态和 还原态成共轭关系 显然 氧化剂降低氧化值的趋势越强，其氧化能力越强，其共轭还原剂 氧化值升高趋势越弱： ● 反应一般按较强的氧化剂与较强的还原剂相互作用的方向进行 共轭关系可用半反应式表示： Cu2++2e-Cu Zn→ Zn2++2e- 6 上页 下页 节首 节尾
6 7.1.3 氧化还原电对（redox couple） 对氧化还原反应 Cu2+ + Zn = Zn2+ + Cu O1 R1 O2 R2 Cu2+ /Cu ， Zn2+ /Zn 称为氧化还原电对，氧化态和 还原态成共轭关系. 显然 ● 氧化剂降低氧化值的趋势越强，其氧化能力越强，其共轭还原剂 氧化值升高趋势越弱. ● 反应一般按较强的氧化剂与较强的还原剂相互作用的方向进行. ● 共轭关系可用半反应式表示： Cu2+ + 2e - Cu Zn Zn2+ +2e -
7.2 氧化还原方程式的配平 (balancing of oxidation-reduction equation 7.2.1氧化值法(the oxidation number method) (1)配平原则 整个反应被氧化的元素氧化值的升高总数与被还 原的元素氧化值的降低总数相等。 (2)配平步骤 ●写出未配平的基本反应式，在涉及氧化还原过程的有关原 子上方标出氧化值. 。计算相关原子氧化值上升和下降的数值 ●用下降值和上升值分别去除它们的最小公倍数，即得氧化 剂和还原剂的化学计量数. 。平衡还原原子和氧化原子之外的其他原子，在多数情况下 是H原子和O原子. 最后将箭头改为等号。 止页下页 节首 节尾
7 7.2.1 氧化值法(the oxidation number method) (1) 配平原则 整个反应被氧化的元素氧化值的升高总数与被还 原的元素氧化值的降低总数相等. 7.2 氧化还原方程式的配平 (balancing of oxidation-reduction equation ) ● 写出未配平的基本反应式，在涉及氧化还原过程的有关原 子上方标出氧化值. ● 计算相关原子氧化值上升和下降的数值 ● 用下降值和上升值分别去除它们的最小公 倍数，即得氧化 剂和还原剂的化学计量数. ● 平衡还原原子和氧化原子之外的其他原子，在多数情况下 是H原子和O原子. ● 最后将箭头改为等号. (2) 配平步骤
Example 用氧化值法配平氯酸与磷作用生成氯化氢和磷酸的反应 Solution +50-1+5 ●HCIO3+P4→HCI+HPO4 (-1)-(+5)=-6 ●HCIO3+P4→HCI+H3PO4 [(+5)-0]×4=+20 ●10HC1O3+3P4→10HC1+12H3PO4 ●10HC103+3P4+18H20→10HC1+12H3P0 ●10HC103+3P4+18H20=10HC1+12HP04 页 节首 节尾
8 用氧化值法配平氯酸与磷作用生成氯化氢和磷酸的反应. ● HClO3 + P4 → HCl + H3PO4 + 5 0 -1 +5 ● HClO3 + P4 → HCl + H3PO4 ( -1 ) – ( +5 ) = - 6 [( +5 ) – 0] ×4 = + 20 ● 10HClO3 + 3P4 →10 HCl + 12H3PO4 ● 10HClO3 + 3P4 + 18 H2O →10 HCl + 12H3PO4 ● 10HClO3 + 3P4 + 18 H2O =10 HCl + 12H3PO4 Example 1 Solution
7.2.2半反应法（离子一电子法） (the half-reaction method:ionelectron) (1)配平原则 ●电荷守恒：得失电子数相等 ●质量守恒：反应前后各元素原子总数相等 (2)配平步骤 ● 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) ● 将反应分解为两个半反应式，配平两个半反应的原子数及 电荷数 根据电荷守恒，以适当系数分别乘以两个半反应式，然后 合并，整理，即得配平的离子方程式；有时根据需要可将其 改为分子方程式。 止页下页 节首 节尾
9 7.2.2 半反应法（离子—电子法） (the half-reaction method: ionelectron) (1) 配平原则 ● 电荷守恒：得失电子数相等 ● 质量守恒：反应前后各元素原子总数相等 ● 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）. ● 将反应分解为两个半反应式，配平两个半反应的原子数及 电荷数. ● 根据电荷守恒，以适当系数分别乘以两个 半反应式，然后 合并，整理，即得配平的离子方程式；有时根据需要可将其 改为分子方程式. (2) 配平步骤
Example 2 用半反应法配平下列反应方程式 KMnO+K2SO3- 酸性溶液中MnSO,+K2SO4 Solution (1)MnO4+SO32-=SO,2-+Mn2 (2)MnO+8H+5e=Mn2++4H2O ① SO32+H20=S02+2Ht+2e ② (3)①×2+②×5得 2MnO4+16Ht+10e=2Mn2++8H,O +) 5SO,2-+5H0=5S042+10H+10e 2MnO4+5S032-+6Ht=2Mn2++5S042-+3H20 2KMnO4+5K2SO;+3H2SO=2MnSO+6K2SO+3H2O 10 上顶 下页 节首 节尾
10 KMnO4 K2SO3 MnSO4 K2SO4 酸性溶液中 用半反应法配平下列反应方程式 Example 2 (1) MnO4 - + SO3 2- = SO4 2- + Mn2+ (2) MnO4 - + 8H+ + 5e - = Mn2+ + 4H2O ① SO3 2- + H2O = SO4 2- + 2H+ + 2e - ② (3) ① × 2 + ② × 5得 2MnO4 - + 16H+ + 10e - = 2Mn2+ + 8H2O +) 5SO3 2- + 5H2O = 5SO4 2- + 10H+ + 10e - 2MnO4 - + 5SO3 2- + 6H+ = 2Mn2+ + 5SO4 2- + 3H2O 2KMnO4 + 5K2SO3 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 6K2SO4 + 3H2O Solution