无机化学17.1 氧化还原反应基本概念7.2 电化学电池与电极电势第七章 氧化还原反应无机化学27.1.1 氧化数7.1.2 氧化还原反应方程式的配平7.1 氧化还原反应的基本概念无机化学3氧化还原反应 有电子得失或电子转移的反应。一、氧化数1、氧化还原概念的发展1) 2Mg(s) + O2(g) = 2MgO(s) 与氧结合2) Mg Mg2+ + 2e- 电子转移3) 2P(s) + 2Cl2(g) = 2PCl3(l) 电子偏移无机化学4氧化数：是按一定规则给某元素指定一个数字，以表征元素的原子在各物质中的表现电荷数。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 donor2、氧化数无机化学53、确定氧化数的规则： 单质中，元素的氧化数为零。 在单原子离子中，元素的氧化数等于该离子所带的电荷数 。 在大多数化合物中，氢的氧化数为 +1；只有在金属氢化物中氢的氧化数为 -1。P4 Br2 Cl2S2-NaHHCl无机化学6 通常，氧在化合物中的氧化数为-2；但是在过氧化物中，氧的氧化数为-1，在氟的氧化物中，如OF2 和O2F2中，氧的氧化数分别为+2和+1。氧 的氧化数正常氧化物中过氧化物中超氧化物中氟氧化物中H2OH2O2KO2OF2O2F2-2-1-1/2+2+1无机化学7例: 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。无机化学84、氧化还原电对对氧化还原反应 Cu2+ + Zn = Zn2+ + CuO1 R1 O2 R2Cu2+ /Cu ， Zn2+ /Zn 称为氧化还原电对Base + H+ AcidHPO42- + H+ H2PO4 -Zn 2+ + 2e Zn Ox + ne Red 氧化态和还原态成共轭关系:无机化学9二、氧化还原反应方程式的配平 1、氧化数法配平原则(1) 元素原子氧化数升高的总数等于元素原子氧化数降低的总数(2) 反应前后各元素的原子总数相等适用于水溶液非水体系中的氧化还原反应无机化学10HClO3 + P4 HCl + H3PO4+ 5 0 -1 + 5 HClO3 + P4 HCl + H3PO410HClO3 + 3P4 10 HCl + 12H3PO410HClO3 + 3P4 + 18 H2O =10 HCl + 12H3PO4例1：用氧化数法配平下列反应。无机化学112、半反应法（离子电子法）配平原则：（1）反应过程中氧化剂得到的电子数等于还原剂失去的电子数。（2）反应前后各元素的原子总数相等。 只能用于水溶液中的氧化还原反应，不能用于配平气相或固相反应式。 无机化学12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)。 分别写出两个半反应(写出氧化剂被还原和还原 剂被氧化的半反应)。配平两个半反应方程式，等号两边的各种元素的原子总数各自相等且电荷数相等。 确定两半反应方程式得、失电子数目的最小公倍数。使两个半反应得、失电子数目相同。然后，将两者合并，就得到了配平的氧化还原反应的离子方程式。有时根据需要可将其改为分子方程式。无机化学13(1) MnO4- + SO32- = SO42- + Mn2+(2) MnO4- + 8H+ + 5e- = Mn2+ + 4H2O (1) SO32- + H2O = SO42- + 2H+ + 2e- (2) (3) 2 + 5得(3) 2MnO4- + 16H+ + 10e- = 2Mn2+ + 8H2O(4) +) 5SO32- + 5H2O = 5SO42- + 10H+ + 10e-(5) 2MnO4- + 5SO32- + 6H+ = 2Mn2+ + 5SO42- + 3H2O(6) 2KMnO4 + 5K2SO3 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 6K2SO4 + 3H2O例2：用半反应法配平下列反应方程式无机化学14Cr(OH)3 (s) + Br2 (l) CrO42- + Br-Br2 (l) + 2e- = 2Br- Cr(OH)3 (s) + 8OH- = CrO42- + 3OH- + 4H2O + 3e- 即: Cr(OH)3 (s) + 5OH- = CrO42- + 4H2O + 3e- 3+2得2Cr(OH)3 (s) + 3Br2 (l) + 10OH- = 2CrO42- + 6Br- + 8H2O2Cr(OH)3 (s) + 3Br2 (l) + 10KOH= 2K2CrO4 + 6KBr + 8H2OCr(OH)3 (s) + Br2 (l) + KOH K2CrO4 + KBr例3：用半反应法配平无机化学157.2.1 原电池7.2.2 电极电势7.2.3 电极电势的应用7.2.4 影响电极电势的因素7.2 电化学电池与电极电势 无机化学16原电池： 将化学能 转化成电 能的装置 。一、原电池的构造7.2.1 原电池无机化学17无机化学18电对 ：/ CuCu2+/ ZnZn2+金属导体如 Cu、Zn惰性导体如 Pt、石墨棒电极负极(电子流出)： Zn (s) 2e- + Zn2+(aq) 氧化反应 还原型 e 氧化型-+n正极(电子流入)： Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) 还原反应电池反应(氧化还原反应)：Zn + Cu2+(aq) Cu(s) + Zn2+(aq) 无机化学19盐桥的作用：1) 沟通电路2) 减小液接电势K+ K+ K+ K+ SO42-SO42-Cl- Cl- Cl- Cl-Zn2+Zn2+无机化学20 负极“-”在左边，正极“+”在右边，盐桥用 “”表示； 半电池中两相界面用“ | ”分开，同相不同物种用“,”分开，溶液、气体要注明cB，pB； 纯液体、固体和气体写在惰性电极一边用“|”分开。二、原电池符号(电池图示)书写原电池符号的规则：无机化学21解：)(aq 2Cl 2e)g(Cl 极 正2+)(aqFe e)(aqFe 极 负 32+例1：将下列反应设计成原电池并以原电池符号表示。无机化学22将反应: SnCl2 +FeCl3SnCl4 +FeCl2组成一个原电池，写出其电池组成及正负极的电极反应 。解：Pt | Sn4+(c1) , Sn2+(c2) | | Fe3+ (c3) ，Fe2+ (c4) | Pt 不可选用Fe,因为选Fe后，Fe与Fe3+ 或Fe2+又可构成金属金属离子电极，与题意不符Sn2+ 2e Sn4+氧化反应Fe3+ + e Fe2+还原反应例2：无机化学23电极组成：Ag | Ag+ (c)Ag+ + e Ag电极反应：A、金属 金属离子电极1、第一类电极：将某金属或吸附了某气体的惰性金属，插到此金属的盐溶液中构成的电极。电极组成：Cu | Cu2+ (c)Cu2+ + 2e Cu 电极反应：三、电极类型无机化学24电极组成：Pt (s) | Cl2(g , p) | Cl- (a)Cl2 + 2e 2Cl- 电极反应：B、气体 离子电极将气体通入其相应离子的溶液中，并用惰性导体作导电极板构成的电极。电极组成：Pt (s) | O2(g , p) | O2 (a)O2 + 2e O2 电极反应：无机化学252、第二类电极：A、金属-金属难溶盐电极将金属表面涂有其金属难溶盐的固体，然后浸入与该盐具有相同阴离子的溶液中构成的电极。AgCl + e Ag + Cl- 电极组成：Ag (s) | AgCl(s) | Cl- (c)电极反应：电极组成：Hg (s) | Hg2Cl2(s) | Cl- (c)Hg2Cl2+2e 2Hg +2Cl- 电极反应：无机化学26B、金属-金属难溶氧化物电极将金属表面涂有其金属难溶氧化物的固体，然后浸入与该盐具有相同阴离子的溶液中构成的电极。Ag2O + 2H+ + 2e- 2Ag + H2O 电极组成：Ag (s) | Ag2O(s)| H+ (a)电极反应：无机化学27电极组成：Pt | Sn4+(c1) , Sn2+(c2)Sn4+ + 2e Sn2+ 电极反应：3、第三类电极：氧化还原电极：将惰性电极浸入含有同一元素的两种不同氧化值的离子溶液中构成的电极。 电极组成：Pt | Fe3+(c1) , Fe2+(c2)Fe 3+ + 2e Fe 2+ 电极反应：无机化学28 由数字电压表或电位差计来测定。锌原电池标准电动势，例如，铜。V10.1=原电池的电动势(EMF) 当通过原电池的电流倾向于0时，两极间的最大电势。四、原电池电动势的测定无机化学29EMF 电动势（V） F 法拉第常数 96485（Cmol-1）Z 电池反应中转移的电子的物质的量电功(J) = 电量(C) 电势差(V)电池反应：原电池的最大功与Gibbs函数标准状态：rGm = -ZFEMF无机化学307.2.2 电极电势M(s)溶解沉积Mn+(aq) + ne-一、电极电势的产生沉积溶解溶解沉积双电层理论：金属晶体里有金属阳离子和自由 电子。当把金属放入含有该金属离子的溶液时，有 两种反应的倾向存在。无机化学31活泼性溶解 倾向沉积 倾向电极 电荷电极 电势电子 流向Zn大大小多低外 电 路Cu小小大少高双电层：厚度约10-10 米的数量级金属越活泼，溶解倾向越大；溶液越稀，溶解 倾向也越大金属表面负电荷越多，电势越负。金属不活泼，沉积倾向越大，溶液越浓，沉积 倾向也越大金属表面负电荷越少，电势越正。无机化学32物质皆为纯净物 有关物质的浓度为1molL-1 涉及到的气体分压为100kPa待测电极处于待测电极处于标准态标准态所测得的电极电势即为标准电极电势 记为E(M+/M)二、标准电极电势无机化学33电极电势的绝对值现还无法测知，但可用比较方法 确定它的相对值。选用标准氢电极作为比较标准规定它 的电极电势值为零。即E (H+/H2)= 0 V三、标准电极电势的测定1、标准氢电极(SHE)将铂片表面镀上一层多孔的铂黑(细粉状的铂)，放入 H+浓度为1molL-1的酸溶液中。不断地通入压力为101.3 kPa的氢气流，使铂黑电极上吸附的氢气达到饱和。这时 ，H2与溶液中H+可达到以下平衡：电对：无机化学34表示为: H+ H2(g) PtH2H2(