第10章 氧化还原平衡与氧化还原滴定法

第十章： 第十章： §10-1 氧化还原反应的基本概念 10氧化还原平衡与氧化还原滴定 法1.氧化还原反应基本 1.氧化还原反应基本 概念 2.电极电势 2.电极电势 3.氧化还原滴 3.氧化还原滴 定法 4. 常用的氧化还原滴 定方法1

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氧化还原反应的基本概念

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氧化还原反应的基本概念

根据反应过程中是否有氧化值的变化或电子转移， 化学反应可基本上分为两大类： ◆氧化还原反应(有电子转移或氧化值变化) ◆非氧化还原反应(没有电子转移或氧化值无变化) 氧化还原反应对于制备新物质、获取化学热能和 电能具有重要的意义，与我们的衣、食、住、行及 工农业生产、科学研究都密切相关 。据不完全统计， 化工生产中约50%以上的反应都涉及到氧化还原反 应。 主目录2

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氧化还原反应的基本概念

一、氧化值氧化值(oxidation number)是指某元 素 一 个 原 子 的 表 观 电 荷 数 ( apparent charg number),这个电荷数是假设把每 一个化学键中的电子指定给电负性更大 的原子而求得的。3

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氧化还原反应的基本概念

一、氧化值

确定氧化值的一般规则如下： 确定氧化值的一般规则如下：(1)在单质中，元素的氧化值为零。 (2)在中性分子中，所有原子氧化值的代数 和等于零。 (3)在离子中，所有原子的氧化值代数和等 于离子的电荷数。单原子离子的氧化值等于 它所带的电荷数。

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氧化还原反应的基本概念

一、氧化值

(4)氧在化合物中的氧化值一般为-2;在 过氧化物(如H2O2、Na2O2等)中为-1;在 超氧化物(如KO2)中为；在OF2中为+2。 (5)氢在化合物中的氧化值一般为+1,仅 在与活泼金属生成的离子型氢化物(如 NaH、CaH2)中为-1。

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氧化还原反应的基本概念

一、氧化值

通过计算确定下列化合物中S原子的氧化值 原子的氧化值： 例10-1 通过计算确定下列化合物中 原子的氧化值： (a)H2SO4;(b)Na2S2O3;(c)SO32-;(d)S4O62-。 ) ;( ) ( ) ( ) 解：设题给化合物中S的氧化值分别为x1,x2,x3 和x4 , S x x 根据上述有关规则可得： (a) 2(+1)+1(x1)+4(-2) = 0 x1 = +6 (b) 2(+1)+2(x2)+3(-2) = 0 x2 = +2 (c) 1(x3)+3(-2) = -2 x4 = +4 (d) 4(x4)+6(-2) = -2 x5 = +2.56

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氧化还原反应的基本概念

一、氧化值

◆应该指出的是， 在确定有过氧链的化合物中各元 应该指出的是， 应该指出的是 素的氧化数时， 要写出化合物的结构式。 例如， 素的氧化数时 ， 要写出化合物的结构式 。 例如 ， 过 氧化铬CrO5和过二硫酸根的结构式为： 过二硫酸根的结构式为 的结构式为： 氧化铬

过氧化铬CrO5和过二硫酸根的结

构式中都存在着 过二硫酸根的结构式中 的结构式中都存在着 在过氧化铬 过氧链， 在过氧链中氧的氧化数为-1, 过氧链 ， 在过氧链中氧的氧化数为 ， 因此上述两 个化合物中Cr和 的氧化数均为 的氧化数均为+6。 个化合物中 和S的氧化数均为 。7

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氧化还原反应的基本概念

二、氧化与还原◆狭义定义 氧化(oxidation)本来是指物质与氧结合; 氧化 还原(reduction)是指从氧化物中去掉氧恢 还原 复到未被氧化前的状态的反应。例如： 2Cu(s)+O2==2CuO 铜的氧化 氧化铜的还原8

2CuO(s)+H2==2Cu(s)+H2O(l)

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二、氧化与还原

以后，这个定义逐渐扩展，氧化不一定专指和 氧化合，和氯、溴、硫等非金属化合也称为氧化。 和氯、 硫等非金属化合也称为氧化。 和氯 随着电子的发现，氧化还原的定义又得到进一 步的发展。

◆广义定义 氧化：在一个反应中，氧化值升高的过程； 氧化：在一个反应中，氧化值升高的过程； 还原：氧化值降低的过程。 还原：氧化值降低的过程。 反应中氧化过程和还原过程同时发生。 反应中氧化过程和还原过程同时发生。 氧化还原反应：在化学反应过程中， 氧化还原反应：在化学反应过程中，元素的 原子或离子在反应前后氧化值发生变化的一类 反应。 反应。9

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二、氧化与还原

◆氧化值升高的物质叫做还原剂 还原剂(reducing 还原剂 agent),还原剂是使另一种物质还原，本 本 身被氧化，它的反应产物叫做氧化产物 氧化产物。氧 身被氧化 氧化产物 化 值 降 低 的 物 质 叫 作 氧 化 剂 ( oxidizing agent),氧化剂是使另一种物质氧化，本 本 身被还原，它的反应产物叫做还原产物 还原产物。 身被还原 还原产物+1 +2 -1 NaClO +2FeSO4+ H2SO4 = NaCl还原剂

氧化剂

还原产物

+3 + Fe2(SO4)3 + H2O氧化产物

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二、氧化与还原

自氧化还原反应： ◆ 自氧化还原反应 ： 如果氧化数的升高和降 低都发生在同一化合物中，这种氧化还原 反应称为自氧化还原反应，如 2KClO3MnO 2

2KCl + 3O2

◆歧化反应：如果氧化数的升、降都发生在 歧化反应： 同一物质中的同一元素上，则这种氧化还原 反应称为歧化反应。例如-1 -2 0

2H2O2

2H2O + O211

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氧化还原反应的基本概念 氧化剂与还原剂在反应中的变化规律 氧化剂 得电子 氧化数降低 具有氧化性 使还原剂氧化 本身被还原 还原剂 失电子 氧化数升高 具有还原性 使氧化剂还原 本身被氧化

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三、 氧化还原方程式的配平1.氧化数法 氧化数法以高锰

酸钾与氯化钠在酸性介质中的反应为例， 讲述氧化数法配平步骤。

(1)根据实验确定反应物和产物的化学式为：KMnO 4 + NaCl + H 2SO 4 → Cl 2 + MnSO 4 + K 2SO 4 + Na 2SO 413

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三、 氧化还原方程式的配平

(2)找出氧化剂和还原剂，算出它们的氧化 数变化：氧化数降低5

KMnO 4 + NaCl + H 2SO 4 → Cl 2 + MnSO 4 K 2SO 4 + Na 2SO 4氧化数升高2

+7

-1

0

+2

+

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三、 氧化还原方程式的配平

(3)根据氧化剂中氧化数降低的数值应与还 原剂中氧化数升高的数值相等的原则，在相 应的化学式之前乘以适当的系数：氧化数降低5 ×2

KMnO 4 + NaCl + H 2SO 4 → Cl 2 + MnSO 4氧化数升高2 ×5

+7

-1

0

+2

+Na2SO4+K2SO4

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三、 氧化还原方程式的配平

2KMnO 4 + 10 NaCl + 8H 2SO 4 → 5Cl 2 + 2MnSO 4 K 2SO 4 + 5 Na 2SO 4

(4)配平反应前后氧化数没有变化的原子数。2KMnO4 + 10NaCl+ 8H2SO4 = 5Cl2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8Na2SO4 + 8H2O

(5)最后核对氧原子数。

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三、 氧化还原方程式的配平

2.离子-电子法 离子离子离子-电子法配平氧化还原反应的原则是反应中 氧化剂夺得的电子总数与还原剂失去的电子总数相 等。 由于任何氧化还原反应可看作由两个半反应组成， 所以配平时先将氧化-还原反应拆成两个半反应，配 平半反应，最后将两个半反应加合起来，消除其中 的电子。17

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三、 氧化还原方程式的配平

以高锰酸钾与亚硫酸钠在酸性介质中的反应为 例，讲述离子-电子法的配平步骤。 ①写出未配平的离子方程式

M nO +SO →M +SO (酸性介质) n4 23 24

2+

②将上式拆成两个未配平的半反应

MnO -4 → Mn2+2 2 SO 3 - → SO 4-

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三、 氧化还原方程式的配平

③ 配平半反应，使两边相同元素的原子个数相等， 电荷数相等。

MnO -4 → Mn2+式中，左边多4个O原子，若加8个H+,则在右边要加4个H2O分子；式子左边电荷数为 +7,右边为+2,为使半反应式两边电荷相等，在左 边加上5个电子以取得平衡：

MnO -4 + 8H+ + 5e- → Mn2+ + 4H2O

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三、 氧化还原方程式的配平

2 SO3- →SO2-式中，左边少1个O原子，若加1个 4 H2O分子,则在右边要加2个H+;式子左边电荷数为-2, 右边为0,为使半反应式两边电荷相等，从左边减 去2个电子以取得平衡： 2 SO3- + H2O 2e- →SO2- + 2H+ 4

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三、 氧化还原方程式的配平

④ 合并半反应，两式各乘以适当的系数，使 得失电子数相等

,然后将两式相加，消去电子 合并为一个离子反应式。2×) M - + 8H+ + 5e- → Mn2+ + 4H2O nO4 2 5×) SO 3 - + H2O –2e- → SO 2- + 2H+ 4 2 2 M - + 5 SO 3 - + 16H+ + 5H2O → nO4 2 2Mn2+ + 5SO 4- + 8H2O +10H+2 整理为 2M - + 5 SO 3 - + 6H+ = nO4 22Mn2+ + 5 SO 4 + 3H2O