第八章第一节氧化还原反应《无机化学》教学同步课件（化学工业出版社）

氧化还原反应 第八章 第一节 氧化还原反应与原电池 氧化还原反应是一类重要的化学反应。物质的燃烧、金属的腐蚀、生物体内营养物 质的代谢等都与氧化还原反应有密切关系。氧化与还原的实质是电子的转移。 氧化与还原 人们对氧化还原反应的认识是逐步深入的，起初人们把物质与氧化合的过程称为氧化； 把含氧物质失去氧的过程称为还原。 随着对化学反应的进一步研究，人们认识到氧化还原反应的实质是电子的得失或偏移。凡是有电子得失或偏移的反应称为氧化还原反应。 根据氧化数的概念，凡是元素的氧化数发生变化的反应都称为氧化还原反应。 在氧化还原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。 例如： 在反应中，Zn的氧化数由0升高到+2，这个过程是氧化； Cu的氧化数由+2 下降到0，这个过程是还原。 在氧化还原反应中，所含元素的氧化数降低的物质称为氧化剂； 所含元素的氧化数升高的物质称为还原剂。 在反应过程中，氧化剂使还原剂发生氧化，而自身还原； 还原剂使氧化剂发生还原，而自身氧化。 如上述反应中CuSO4中 的Cu2+离子是氧化剂，其氧化数从+2降到0，Cu2+离子发生还原反应； 金属Zn是还原剂，其氧化数从0升高到+2，金属Zn 发生氧化反应。 如上述反应中CuSO4中 的Cu2+离子是氧化剂，其氧化数从+2降到0，Cu2+离子发生还原反应； 金属Zn是还原剂，其氧化数从0升高到+2，金属Zn 发生氧化反应。 这里化学方程式①称为还原半反应，化学方程式②称为氧化半反应。 在通常情况下，氧化还原反应中的电子转移运动在宏观上是无序运动。 如果用一种适当的装置使这种无序运动变成有序运动，就可以得到电流，这种装置就是原电池。 原电池 将锌片置于硫酸铜溶液中，锌片逐渐溶解变为 Zn2+离子进入溶液中；溶液中的Cu2+离子则不断地在锌片上析出。锌和硫酸铜溶液之间发生了下述氧化还原反应： Zn与 Cu2+离子之间发生了电子的转移，Zn失去电子被氧化，Cu2+离子得到电子被还原。 由于锌片和硫酸铜溶液直接接触，反应在锌片与硫酸铜溶液界面上进行，电子的流动是无序的，而不是定向的流动，不能形成电流。随着反应的进行，溶液的温度升高，化学能转变为热能。 若下图装置，分别插锌片于硫酸锌溶液中，把铜片插入硫酸铜溶液中，并用盐桥将两烧杯中的溶液接通。然后用导线将锌片和铜片联结起来，在外电路的检流计上，可观察到检流计的指针发生偏转，说明导线中有电流通过。化学能转变为电能。这种利用氧化还原反应把化学能转变为电能的装置，称为原电池。 在锌电极，是锌原子把电子留在极板上，自身以离子的形式进入溶液。电极反应为 上式也称为负极半反应。留在锌板上的电子通过导线到达铜电极。于是在铜板上聚集有过剩的电子，则溶液中的铜离子在铜板上得到电子而沉积在铜板上。电极反应为： 上式称为正极半反应。 由上式电极反应可以看出，在负极(锌电极)进行的是氧化半反应，在正极(铜电极)进行的是还原半反应。 在正极上发生的反应和负极上发生的反应总称为电池反应。 即把负极半反应式和正极半反应式相加，得到电池反应式。 从上面的讨论我们可以说，一个氧化还原反应都对应一个电池反应。 氧化还原反应中的氧化半反应对应电池中的负极半反应，还原半反应对应电池中的正极半反应。 我们把电极半反应中氧化数发生改变的一对共轭物质称为一个电极的氧化还原电对。电对中氧化数较低的物质称为电对物质的还原态，氧化数较高的物质称为电对物质的氧化态。 还原态物质可作还原剂，氧化态物质可作氧化剂。每一个电对都代表构成电极的一对物质。可表示为：氧化态/还原态。 例如上述铜锌电池中的两个电极可用下面两个电对表示： 我们把电极半反应中氧化数发生改变的一对共轭物质称为一个电极的氧化还原电对。电对中氧化数较低的物质称为电对物质的还原态，氧化数较高的物质称为电对物质的氧化态。 还原态物质可作还原剂，氧化态物质可作氧化剂。每一个电对都代表构成电极的一对物质。可表示为：氧化态/还原态。 原电池的符号表示 上述铜锌电池可以用符号表示为： 原电池中各符号的表示意义和规定如下： (1)电池符号中的“ | ”表示电极材料两相接界，有电位差存在。 (2)电池符号中的“Ⅱ”表示盐桥，无接界电位。 (3)溶液要注明浓度，气体要注明压力。 (4)对可互溶的液体或气体电极材料，无电极导体，须外加一惰性电极导体，称为支持电极，通常使用金属铂或石墨。 无相界面的液体用“，”隔开。 如离子铁电极可表示为： 氢电极可表示为： Pt 为支持电极。 (5)通常正极写在右边，负极写在左边。 原则上，任何一个氧化还原反应都代表一个电池反应，都可以设计成原电池，用电池符号表示。 例：将氧化还原反应： 设计成原电池，并写出该原电池的符号表示。 解：该氧化还原反应的两个半反应为 氧化半反应：