第七章 氧化还原反应和电化学理论（课件）-《无机化学》同步教学（国防大学出版社）

无机化学 第七章 氧化还原反应和电化学理论 第二节 氧化还原反应的配平 第三节 原电池与电解池 第四节 金属的腐蚀与防腐 第一节 氧化还原的基本概念 氧化还原反应是一类重要的化学反应，研究其规律对以后的实际工作有重要的意义。只有掌握其基本概念才能理解这些反应的本质。氧化反应的原始定义为物 质与氧化合生成氧化物的反应，而还原反应为氧化物失去氧的反应。但这种以物质和氧化合生成氧化物或者氧化物失去氧的观点来定义氧化还原反应过于狭隘，常无法说明某些化学反应。例如,把铜片放入硝酸银溶液中，则铜片溶解而析出银，该反应并无氧的参与，故无法以狭义的氧化还原反应定义来说明。 第七章 氧化还原反应和电化学理论 第一节 氧化还原的基本概念 氧化还原反应的本质 一、 以电子的观点而言，有电子转移的化学反应，称之为氧化还原反应，由氧化半反应与还原半反应组合而成，而且两个半反应必须同时发生且同时结束。失去电子的半反应称之为氧化半反应，得到电子的半反应称之为还原半反应，两个半反应中电子的得失数目相等，所以整个反应系统维持电性守恒的状态。因此氧化反应与还原反应的本质是电子的得失。氧化还原反应中，失电子使氧化值升高的过程称为氧化，得电子使氧化值降低的过程称为还原。在反应物中，氧化值降低的物质是氧化剂，氧化值升高的物质则为还原剂。在氧化还原反应中，还原剂自身被氧化，氧化剂被还原。 第一节 氧化还原的基本概念 如果以下标“1”表示还原剂的两个物种，下标“2”表示氧化剂的两个物种，Ox和Red分别代表氧化态和还原态，则氧化还原反应的通式可写为 Red1+Ox2 → Ox1+Red2 氧化还原反应的方向为 强还原剂1+强氧化剂2 →弱还原剂2+弱氧化剂1 第一节 氧化还原的基本概念 氧化数与化合价 二、 在氧化还原反应中，由于发生了电子转移，导致某些元素带电状态发生了变化。为了描述元素原子带电状态的不同，人们提出了氧化值的概念，氧化值也叫做氧化数。1970年,国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）对氧化值的定义是：氧化值是某元素一个原子的荷电数，这个荷电数是假设把每个化学键的电子指定给电负性更大的原子而求得的，如在NaCl中，钠的氧化值为+1，氯的氧化值为-1；在SO2中，硫的氧化值为+4，氧的氧化值为-2。由此可见，氧化值是元素在化合状态时人为规定的形式电荷数。氧化值的确定有如下规则： 第一节 氧化还原的基本概念 （1）在单质中，元素的氧化值为零。 （2）H与电负性比它大的原子结合时，氧化值为+1，与电负性比它小的原子结合时，氧化值为-1，如在LiH、 NaH中，H的氧化值为-1；而在HCl中，H的氧化值为+1。 （3）O除了在过氧化物或超氧化物（如H2O2、NaO2等）中的氧化值为-1或- 12 ，在氟化物（如O2F2、OF2等）中的氧化值分别为+1和+2外，在其他化合物中的氧化值均为-2。 第一节 氧化还原的基本概念 （4）简单离子型化合物中，元素原子的氧化值等于该元素原子的离子电荷数，如在NaCl中，Na的氧化值为+1，Cl的氧化值为-1。 （5）共价化合物中，共用电子对偏向电负性大的元素的原子，原子的“形式电荷数”即为它们的氧化值，如在BF3中，B的氧化值为+3，F的氧化值为-1。 （6）在中性分子中，各元素原子氧化值的代数和等于零；在复杂离子中，各元素原子氧化值的代数和等于离子的总电荷数。 第一节 氧化还原的基本概念 氧化数和化合价是两种不同的概念。氧化数是元素在化合状态时的形式电荷，它按一定规则得到，不仅可以有正、负值，多数情况下两者数值相同，也可混用，但它们在数值上也有不一致的情况。在离子化合物中元素的氧化数等于其离子单原子的电荷数；在共价化合物中元素的氧化数和共价数常不一致。例如，在CH4、CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3和CCl4中，碳的化合价均为4，但其氧化数分别为-4、-2、0、+2和+4。 第二节 氧化还原反应的配平 氧化还原反应的配平就是为各物种找到合适的化学计量数，有时很难用目视法配平，一般所用的配平方法有氧化值法、离子-电子法和矩阵法等。在这里主要介绍离子-电子法。 离子-电子法配平原则是： （1）使反应中氧化剂得到的电子数和还原剂失去的电子数相等； （2）反应前后各元素的原子总数相等。 第二节 氧化还原反应的配平 以KMnO4与H2S反应为例，配平步骤如下： （1）写出未配平的离子反应方程式，如MnO-4+H2S Mn2++S； （2）将未配平的离子反应方程式分解成氧化和还原两个半反应方程式，即 MnO-4 → Mn2+