氧化还原反应课件：化学反应中的电子转移

氧化还原反应化学反应中的电子转移欢迎来到氧化还原反应的精彩世界！本课件将带您深入了解化学反应中的电子转移现象我们将从基本概念出发，逐步探索氧化还原反应的定义、特征、应用以及平衡方程式的书写方法通过丰富的实例和实际应用，您将掌握判断和应用氧化还原反应的能力，为化学学习打下坚实的基础课程概览核心概念实际应用方程式平衡我们将详细介绍氧化还原反应的定义、本课程将探讨氧化还原反应在金属腐蚀我们将学习氧化还原反应方程式的平衡氧化剂与还原剂、电子转移过程以及氧与保护、电池工作原理、光合作用和呼方法，包括半反应法和氧化数变化法化数变化等核心概念通过实例分析，吸作用等领域的重要应用让您了解氧通过练习，您将掌握书写和平衡氧化还帮助您深入理解这些概念的内涵化还原反应在实际生活中的价值原反应方程式的技能什么是氧化还原反应？氧化还原反应，简称氧化还原反应，是化学反应中电子转移的普遍形式广义的氧化还原反应是指有元素化合价变化的化学反应它包括氧化反应和还原反应两个过程，这两个过程同时发生，相互依存氧化还原反应是化学研究和工业生产中极为重要的反应类型氧化还原反应的定义氧化反应还原反应氧化反应是指物质失去电子（或还原反应是指物质获得电子（或共用电子对偏离）的过程，元素共用电子对偏向）的过程，元素的化合价升高例如，铁失去电的化合价降低例如，氧气获得⁺₂⁻子变成铁离子Fe→Fe²+电子变成氧离子O+4e→⁻⁻2e就是一个氧化反应2O²就是一个还原反应氧化还原反应氧化还原反应是氧化反应和还原反应同时发生的反应一个物质失去电子，另一个物质必须获得电子，才能构成完整的氧化还原反应氧化还原反应的表征电子转移化合价变化氧化数变化氧化还原反应最根本的特征是电子的转移元素的化合价发生变化是判断氧化还原反氧化数是表示原子在化合物中形式电荷的在反应过程中，电子从一个原子、离子或应的重要依据化合价升高表明发生氧化一种方法氧化数的升高和降低与电子转分子转移到另一个原子、离子或分子反应，化合价降低表明发生还原反应移的方向相对应，是分析氧化还原反应的重要工具氧化还原反应的基本方程式氧化反应方程式还原反应方程式总反应方程式⁺⁻₂⁻⁻₂例如Fe→Fe²+2e表示铁原子例如O+4e→2O²表示氧分子例如2Fe+O→2FeO表示铁与氧失去两个电子，被氧化成亚铁离子该获得四个电子，被还原成氧离子该方气反应生成氧化铁该方程式综合了氧方程式展示了氧化反应中电子的释放程式展示了还原反应中电子的吸收化反应和还原反应，展示了电子的转移和最终产物的形成氧化还原反应的电子转移过程电子释放电子传递电子接受123在氧化反应中，还原剂释放电子释放的电子通过介质传递给氧化在还原反应中，氧化剂接受电子这些电子的释放是氧化还原反应的剂这种传递可以是直接的，也可电子的接受导致氧化剂的化合价降起点，也是能量释放的来源以是通过中间物质进行的低，最终形成新的物质氧化剂与还原剂的概念氧化剂1氧化剂是指在氧化还原反应中获得电子的物质氧化剂具有氧化性，能使其他物质失去电子常见的氧化剂包括氧气、氯气、高锰酸钾等还原剂2还原剂是指在氧化还原反应中失去电子的物质还原剂具有还原性，能使其他物质获得电子常见的还原剂包括氢气、碳、金属等记忆方法3氧化剂“得”电子，价“降”；还原剂“失”电子，价“升”判断氧化还原反应的依据电子转移化合价变化特定元素变化观察反应物之间是否存如果反应前后元素的化某些特定元素的参与也在电子转移是判断氧化合价发生变化，则该反可能提示氧化还原反应还原反应的根本依据应为氧化还原反应化的发生，如氧气、氢如果存在电子转移，则合价的升高或降低表明气、卤素等但是，不该反应为氧化还原反发生了电子的转移能仅凭这些元素的出现应就判断为氧化还原反应示例铁的化学反应1铁与盐酸反应2铁与盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，也铁生锈是一个氧化还原反应铁失去电子被氧化，氢离子获得电子被还原1铁与氧气和水反应生成铁锈（氧化铁），这是一个典型的氧化还原反铁冶炼应铁失去电子被氧化，氧气获得电子被还原在工业上，利用焦炭还原氧化铁，得到3铁这是一个重要的氧化还原反应，实现了铁的提取铁在自然界中容易发生氧化还原反应，了解这些反应有助于我们更好地利用和保护铁资源示例银的化学反应2银的电解精炼1银的腐蚀2银的催化作用3银虽然不如铁活泼，但也能发生氧化还原反应例如，银在潮湿空气中会逐渐变黑，这是银与硫化物反应生成硫化银的结果银也常用作催化剂，参与许多重要的氧化还原反应氧化还原反应的应用领域能源生产材料科学环境保护化石燃料的燃烧、燃料电池的工作以及金属的冶炼、腐蚀与保护以及合成材料废水处理、大气污染控制以及土壤修复光合作用等都涉及氧化还原反应这些的制备等都离不开氧化还原反应通过等都需要利用氧化还原反应通过氧化反应为人类提供了重要的能源控制氧化还原反应，可以获得性能优异还原反应，可以将有害物质转化为无害的材料物质金属的腐蚀与保护金属腐蚀腐蚀机理保护方法123金属腐蚀是指金属与周围环境发生金属腐蚀的机理涉及复杂的氧化还保护金属免受腐蚀的方法包括涂层化学或电化学反应而造成的破坏原反应金属失去电子被氧化，环保护、电化学保护（如牺牲阳极保常见的金属腐蚀形式包括化学腐蚀境中的氧化剂（如氧气、水）获得护和外加电流保护）以及添加缓蚀和电化学腐蚀电子被还原剂等干电池的工作原理负极1电解质2正极3干电池是一种常见的化学电源，通过氧化还原反应将化学能转化为电能负极通常由锌制成，锌失去电子被氧化；正极通常由二氧化锰和碳组成，二氧化锰获得电子被还原；电解质提供离子导电的介质燃料电池的电化学原理燃料氧化剂优点燃料电池是一种将燃料和氧化剂的化学氧化剂（如氧气）在阴极发生还原反燃料电池具有能量转化效率高、环境污能直接转化为电能的装置燃料（如氢应，获得电子电子通过外部电路传染小等优点，是未来能源的重要发展方气、甲烷）在阳极发生氧化反应，释放递，产生电流向电子光合作用中的氧化还原反应水的光解2水分子在光能的作用下分解成氧气、质子和电子氧气释放到大气中，质子和光能吸收电子参与后续的反应1植物通过叶绿素吸收光能，将光能转化为化学能，用于驱动光合作用的进二氧化碳固定行二氧化碳与光解产生的质子和电子结3合，最终合成葡萄糖等有机物这个过程需要酶的催化和能量的驱动光合作用是一个复杂的氧化还原反应，它不仅为地球提供了氧气，也为生物提供了能量呼吸作用中的氧化还原反应糖酵解柠檬酸循环电子传递链₂葡萄糖在细胞质中分解成丙酮酸，并释丙酮酸进入线粒体，参与柠檬酸循环，NADH和FADH将电子传递给电子传放少量能量这个过程涉及多个氧化还进一步分解成二氧化碳和释放能量这递链，最终电子与氧气结合生成水，并₂原反应，产生少量ATP和NADH个过程产生大量的NADH和FADH释放大量能量，用于合成ATP呼吸作用是一个复杂的氧化还原反应，它将有机物分解成无机物，并释放能量供生物利用氧化还原平衡方程式的书写步骤一步骤二步骤三找出反应中化合价发生变化的元素，确定根据电子得失守恒原则，配平反应物和产检查方程式的原子守恒和电荷守恒确保氧化剂和还原剂分析反应物和产物的组物的系数确保氧化剂和还原剂得失电子方程式两边的原子种类和数目相等，电荷成，写出未配平的方程式的总数相等总数相等半反应法平衡氧化还原方程式步骤一步骤二步骤三将氧化还原反应分解为两个半反应一分别配平每个半反应方程式中的原子和将两个配平后的半反应方程式合并，使个氧化半反应和一个还原半反应分别电荷先配平原子，再配平电荷确保电子得失数相等将两个半反应方程式写出两个未配平的半反应方程式每个半反应方程式都满足原子守恒和电相加，消去电子，得到最终的配平方程荷守恒式氧化数变化规则单质氧12₂₂₂单质中元素的氧化数为0例如，金属铁Fe、氢气H氧元素通常的氧化数为-2，但在过氧化物（如H O）中₂₂和氧气O中元素的氧化数都为0为-1，在OF中为+2氢总和34氢元素通常的氧化数为+1，但在金属氢化物（如NaH）中在化合物中，所有元素的氧化数之和等于0；在离子中，所为-1有元素的氧化数之和等于离子的电荷数示例氧化数变化计算3₄⁺例如，在高锰酸钾KMnO转化为锰离子Mn²的反应中，锰元素的氧化数从+7降低到+2，表明锰被还原计算氧化数变化有助于判断反应的类型和电子转移情况氧化还原反应的类型自氧化还原反应1分子内氧化还原反应2分子间氧化还原反应3根据反应的特点，氧化还原反应可以分为不同的类型分子间氧化还原反应是指氧化剂和还原剂是不同的分子；分子内氧化还原反应是指氧化剂和还原剂在同一个分子中；自氧化还原反应是指同一种物质既作氧化剂又作还原剂强氧化剂和强还原剂强氧化剂强还原剂强氧化剂具有很强的氧化性，容易获得电子常见的强氧化剂强还原剂具有很强的还原性，容易失去电子常见的强还原剂₂₄₂₄₂₂包括氟气F、高锰酸钾KMnO、浓硫酸H SO包括金属钠Na、氢气H、硫化氢H S等强还原剂等强氧化剂在反应中通常被还原在反应中通常被氧化标准电极电位的概念定义1标准电极电位是指在标准条件下（298K，101kPa，离子浓度为1mol/L），相对于标准氢电极的电极电位标准氢电极的电位规定为0V用途2标准电极电位可以用来衡量物质的氧化或还原能力电极电位越高，表示物质的氧化能力越强；电极电位越低，表示物质的还原能力越强应用3标准电极电位可以用来判断氧化还原反应发生的可能性和方向可以用来计算电池的电动势电池电动势的计算°°°E cell=E cathode-E anode公式电池电动势E°cell等于阴极cathode的标准电极电位减去阳极anode的标准电极电位这个公式可以用来计算在标准条件下电池的理论电动势通过查阅标准电极电位表，可以找到各种物质的标准电极电位将阴极和阳极的标准电极电位代入公式，即可计算出电池的电动势电池电动势与自发性正值负值当电池电动势为正值时E°cell当电池电动势为负值时E°cell0，表明该氧化还原反应在0，表明该氧化还原反应在标准条件下可以自发进行，可标准条件下不能自发进行，需以对外做功要外界提供能量才能发生零值当电池电动势为零时E°cell=0，表明该氧化还原反应处于平衡状态，没有净反应发生示例金属活动性与电池电动4势金属标准电极电位V锂Li-

3.04钾K-

2.93钠Na-

2.71锌Zn-

0.76铁Fe-

0.44铜Cu+

0.34银Ag+

0.80金属的标准电极电位越低，表明其还原能力越强，金属活动性越强例如，锂的标准电极电位最低，因此锂是最活泼的金属之一电池的分类和工作原理一次电池一次电池是指放电后不能充电的电池，例如干电池一次电池的氧化还原反应是不可逆的二次电池二次电池是指放电后可以充电的电池，例如铅酸电池、锂离子电池二次电池的氧化还原反应是可逆的燃料电池燃料电池是指持续向电池供应燃料和氧化剂的电池，例如氢氧燃料电池燃料电池可以持续工作，直到燃料耗尽电解池的工作原理电极电解质应用电解池是利用电能驱动氧化还原反应的电解池中需要加入电解质溶液或熔融电电解池广泛应用于电解水制氢、电镀、装置电解池包括阳极和阴极阳极与解质，以提供离子导电的介质电解质电解精炼金属等领域电源的正极相连，发生氧化反应；阴极可以是酸、碱或盐与电源的负极相连，发生还原反应焦耳热效应与电化学腐蚀焦耳热效应电化学腐蚀电流通过导体时，由于导体的电电化学腐蚀是指金属在电解质溶液阻，电能会转化为热能，这种现象中发生的腐蚀电化学腐蚀涉及氧称为焦耳热效应电解池中也存在化还原反应，导致金属失去电子被焦耳热效应，导致电解效率降低氧化，最终被破坏电化学技术在工业中的应用电解电镀12电解技术广泛应用于氯碱工电镀技术是指在金属表面镀上业、电解水制氢、电解精炼金一层金属薄膜的方法电镀可属等领域通过电解技术，可以提高金属的耐腐蚀性、美观以获得重要的化工产品和高纯性和耐磨性度的金属电化学传感器3电化学传感器可以用来检测溶液中特定离子的浓度电化学传感器广泛应用于环境监测、医疗诊断等领域总结与评价重点回顾实际应用本课件重点介绍了氧化还原反氧化还原反应在能源、材料、应的定义、特征、应用以及平环境等领域都有广泛的应用衡方程式的书写方法通过学掌握氧化还原反应的知识，有习，您应该能够掌握判断和应助于我们更好地理解和解决实用氧化还原反应的能力际问题未来展望随着科技的不断发展，氧化还原反应将在更多领域发挥重要作用希望您能继续深入学习，探索氧化还原反应的奥秘课件总结通过本课件的学习，我们深入了解了氧化还原反应的各个方面我们从基本概念出发，逐步探索了氧化还原反应的定义、特征、应用以及平衡方程式的书写方法希望您能将所学知识应用到实际生活中，解决实际问题知识点复习氧化还原反应的定义氧化剂与还原剂12电子转移，化合价变化氧化剂得电子，还原剂失电子方程式平衡实际应用34半反应法，氧化数变化法能源、材料、环境课后思考题

1.请举例说明氧化还原反应在生活中的应用

2.请说明如何判断一个反应是否为氧化还原反应

3.请说明如何平衡氧化还原反应方程式

4.请说明氧化剂和还原剂的概念，并举例说明参考文献以下是一些关于氧化还原反应的参考文献，供您深入学习和研究

1.Atkins,P.W.,de Paula,J.

2010.Physical chemistry9th ed..Oxford UniversityPress.

2.Brown,T.L.,LeMay,H.E.,Jr.,Bursten,B.E.,Murphy,C.J.,Woodward,P.M.

2012.Chemistry:The centralscience12th ed..Pearson Education.

3.Petrucci,R.H.,Herring,F.G.,Madura,J.D.,Bissonnette,C.

2011.General chemistry:Principlesand modernapplications10th ed..Pearson Education.。