有色冶金原理第三章-氧化物的还原121页PPT

根据下列反应判断有关物质还原性强弱的顺序 A
H2SO3 + I2 + H2O === 2HI + H2SO4
2FeCl3 + 2HI === 2FeCl2 + 2HCl + I2 A．H2SO3 ＞ I- ＞ Fe2+ B．I- ＞ Fe2+ ＞ H2SO3 C．Fe2+ ＞ I- ＞ H2SO3 D．Fe2+ ＞ H2SO3 ＞I-
电子的得失、共用电子对的偏移
氧化反应 还原反应 二者关系
元素化合价
电子的转移
升高
失电子（偏离）
降低
得电子（偏向）
二者是同时进行的
1．下列变化过程中，元素失去电子的是( D )
A．MnO2 → Mn2＋
B．CuO → CuCl2
C．Ag＋ → Ag2O
D．Sn2＋ → Sn4＋
2.下列说法正确的是（ D ） A.有得、失氧的反应才是氧化还原反应 B.氧化还原反应中，氧化反应与还原反应是先后进行的 C.有电子得失的反应才是氧化还原反应 D.凡是有化合价升降的反应，都是氧化还原反应
高温
C + H2O ===== H2 + CO
CuO + H2 ==== Cu + H2O
物质 CuO
C H2O
C CuO H2
氧化(还原)反应 还原 氧化 还原 氧化 还原 氧化
化合价变化 降低 升高 降低 升高 降低 升高
化合价升高 —— 氧化反应
化合价降低 —— 还原反应
化合价升高，发生氧化反应
Zn + 2HCl ==== ZnCl2 + H2↑
化合价
得失电子

【答案】D 【解析】氧化性：PbO2>KMnO4>Cl2>FeCl3>CuCl2，一 个氧化还原反应中，氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性，还 原剂的还原性大于还原产物的还原性。A项中氧化性Fe3＋>Cu2＋， 与条件相符；B项中，氧化性MnO4(－)>Cl2，与条件相符；C项 中，氧化性Cl2>Fe3＋，与条件相符；D项中，氧化性MnO4－>PbO2， 与条件不相符，所以D项反应不可能发生。
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【问题探究】若已知用0.1 mol·L－1的Na2SO3溶液30 mL 恰好将2×10－3mol的XO4－还原，如何快速判断元素X在 产物中的化合价？
基本方法：电子守恒法。氧化还原反应中
得失电子总数相等，设元素X在还原产物中的化合价为x，
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2．PbO2、KMnO4、Cl2、FeCl3、CuCl2的氧化性依次 减弱。下列反应在水溶液中不可能发生的是( ) A．Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋ B．10Cl－＋2MnO4－ ＋16H＋===2Mn2＋＋5Cl2↑＋8H2O C．2Fe2＋＋ Cl2===2Fe3＋＋2Cl－ D．5Pb2＋＋2MnO4－＋ 2H2O===5PbO2＋2Mn2＋＋4H＋
则有0.1 mol·L－1×0.03 L×(6－4)＝2×10－3mol×(7－
x)，解得x＝4，则元素X反应后的产物为还原产物，化合
价为+4价。
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【讨论交流】用电子守恒法解题的一般步骤。

T1<T2时 T3>T2时
第五节 复杂混合物和溶液中氧化 物的还原
一、复杂化合物中氧化物的还原
NiO+CO=Ni+CO2
ΔG0 = -48325 +1.92T
+ NiO·Cr2O3=NiO+Cr2O3
ΔG0 = 53555-8.37T
NiO·Cr2O3+CO= Ni +CO2+Cr2O3 ΔG0 = 5230 -6.45T
二、H—O系和C—H—O系燃烧反应
1. 氢的燃烧反应： 2H2+ O2=2H2O 与煤气燃烧反应比较 2CO+O2=2CO2 1083K下 CO的还原能力大于H2。 1083K上 H2的还原能力大。
2. 水煤气反应：
CO+H2O=H2+CO2 3. 水蒸气与碳反应：
2H2O+C=2H2+CO2 H2O+C=H2+CO
第四节 氧化物用固体还原剂C还原
▪ 当固体C存在时，反应分两步进行。
1.MeO+CO=Me+CO2 2. C+CO2=2CO ▪ 根据气化反应的特点，应区分温度高低来考虑（1000℃） 一、高温下用C还原MeO 温度高于1000℃时，气相中CO2平衡浓度很低。可忽略不计。
MeO+CO=Me+CO2 + C+CO2=2CO MeO+C=Me+CO
(1)
2. 煤气燃烧反应：2CO+O2=2CO2
(2)
3. 碳的完全燃烧反应：C+O2=CO2
(3)
4. 碳的不完全燃烧反应：2C+O2=2CO (4)

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分析：金属钠在氯气中剧烈燃烧生成 (shēnɡ chénɡ)氯化 钠，氢气2在Na氯+C气l2 中点 剧燃 烈2N燃aC烧l 生成 (shēnɡ chHén2+ɡC)氯l2 化点 氢燃 。2HCl
这两个(liǎnɡ ɡè)反应有得氧，失氧吗 ？ 是氧化还原反应吗？为什么？
② Zn + 2HCl == ZnCl2 + H2 ↑
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练习: 用双线桥表示下列氧化还原反应的化合 价升降及电子转移(zhuǎnyí)情况。
化合价升高 失2e- 被氧化 ×3
①
+3
Fe2O3
+
3+C2O
2Fe0 +
+4
3CO2
化合价降低 得3e- 2 被还原 ×
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2、 还 原 剂 具 有还原 性，在 反应(fǎnyìng)中 被 氧 化 氧 化 剂 具 有 氧化 性，在 反应(fǎnyìng)中 被 还 原 、
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练习：填空
＋4
－1 ＋2
0
在反应(fǎnyìng)MnO2+4HCl=MnCl2+2H2O+Cl2↑中，
氯 元素化合价升高，被 氧（化填“氧化”或“还原”）
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第十五页，共35页。
再如：
规律
升失 氧，
降 得还
(guīlǜ)
： 化合价升高
这种元素被氧化或
是因为失 发生了氧化反应 去了电子

R C O O O H
O H H y d ro ly sis
O
O H
反式
例1
C l C O 3H
O (68~78% )
2.5.4.4 空间效应
例1
H
H
O
H
H
OH PhCO3H
OH
C6H6, 5DegC
91%
Ph
H O
O O
H O
H
H
2.5.4.5 αβ-不饱和
CH 2 CCO O M e M e
O CH3COOOH RCOOR
RR
OH
R C O O C CH3
R
O
H+
N O 2
X
O C
C H 3 C O 3 H N O 2
O CO
CHO PhCO3H X
9 5 %
COOH + X
OH
ArOCHO
X=CH3O, 19%: 73% X=H, 90%: 0%
PhCOOOH COCH3 H
OAc H
-CH2-:C-OH -CH2OH, ROH
从
-CH2OH
易
-CH2-NR2 -CH2NHR
到
-CH2NH2
难
:CHNH2
-:C-NH2等
-CH3
-CH2-
2.5 氧化反应
2.5.1 常用氧化剂：O2 ，过氧化物，高价 态金属和非金属化合物 .
常用溶剂：多为水等，辅溶剂：叔丁醇、 醋酸等。
2.5.2 碳-碳双键的氧化反应
CF3CO 3H , CF3CO 2H N a2H PO 4 CH 2Cl2
O CO O M e
M e

△rGθ = (△Gθ(XA) - △Gθ(MeA)) < 0 △Gθ(XA) < △Gθ(MeA)
5
→在标准状态下，在氧势图(或氯势图等) 中位置低于MeA的元素才能作为还原剂 将MeA还原。
→在标准状态下，MeA的分解压必须大于 MeX的分解压，即： PA(MeA) > PA(XA)
6
2、在非标准状态下还原反应进行的热力学条件
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2CO(g) + O2(g) = CO2(g)
△rGθ(3-3) = -564840 + 173.64T J·mol-1
△rHθ298(3-2) = -565400
J·mol-1
(反应3-3) (式3-3)
15
（3）碳的完全燃烧反应
C(s) + O2(g) = CO2(g)
△rGθ(3-4) = -394133 - 0.84T J·mol-1
△rHθ298(3-8) = 90031
J·mol-1
（式3-9）
H2O+C = H2+CO △rGθ(3-9) = 140248 - 146.36T
△rHθ298(3-9) = 13153
J·mol-1 J·mol-1
（反应3-9） （式3-10）
34
四、燃烧反应气相平衡成分计算
多组份同时平衡气相成分计算的一般途径 平衡组分的分压之和等于总压，即ΣPi=P总。 根据同时平衡原理，各组分都处于平衡状态。
500 -445241 46.50
1000 -386561 20.189
1500 -327881 11.41
2000 -26920 7.02
29
在通常的冶炼温度范围内，氢的燃烧反应进行得十分完全， 平衡时氧的分压可忽略不计。

碳的完全燃烧反应：△Gθ<<0
碳的不完全燃烧反应：△Gθ<<0
19
2、布多尔反应(C-O系优势区图) 该反应3-2体系的自由度为：f=c-p+2=2-2+2=2 →在影响反应平衡的变量(温度、总压、气相组成)中，
有两个是独立变量。
反应3-2为吸热反应，随着温度升高，其平衡常数增 大，有,利于反应向生成CO的方向迁移。 →在总压P总一定的条件下，气相CO%增加。 在C-O系优势区图中，平衡曲线将坐标平面划分为二 个区域： I——CO部分分解区(即碳的稳定区)
5
→在标准状态下，在氧势图(或氯势图等)
中位置低于MeA的元素才能作为还原剂
将MeA还原。 →在标准状态下，MeA的分解压必须大于 MeX的分解压，即： PA(MeA) > PA(XA)
6
2、在非标准状态下还原反应进行的热力学条件 1）降低生成物活度aXA、aMe 当生成物XA不是纯物质，而是处于某种溶液(熔体) 中或形成另一复杂化合物时，其活度小于1，对反应
金属元素在自然界很少以单质形态存在 有色金属矿物大多数是硫化物或氧化物 炼铁所用矿物及很多冶金中间产品主要是氧化物 形态
钛、锆、铅等金属的冶金中间产品为氯化物
还原反应在从这些矿物提取金属的过程中起着重 要作用 还原过程实例: 高炉炼铁、锡冶金、铅冶金、火法炼锌、钨冶 金……/钛冶金……
△rGθ(3-7) = -30459.1+28.14T J· mol-1 △rHθ298(3-7) = -41120 反应3-7为放热反应。 J· mol-1
（反应3-7）
（式3-7）
反应3-7的 △rGθ值为CO燃烧反应与氢燃烧反应之差。

土壤修复
氧化还原空气净化
利用氧化剂或还原剂去除空气中的有 害气体和颗粒物，如臭氧发生器和光 触媒净化器等。
通过添加氧化剂或还原剂，改善土壤 质量，去除有害物质，恢复土壤生态 功能。
在生物医学领域的应用
氧化应激与疾病
研究氧化还原状态与各种疾病的关系，如心血管疾病、糖尿病和 神经退行性疾病等。
抗氧化剂与健康
THANKS
感谢观看
详细描述
在有机化学中，氧化反应通常是指增加有机化合物的氧化态，通过加氧或脱氢等 方式实现；而还原反应则是降低有机化合物的氧化态，通过加氢或去氧等方式实 现。这些反应在合成、转化和降解有能源领域的应用
01 燃料电池
利用氧化还原反应将化学能转化为电能，具有高 效、环保的优点。
填空题
答案：还原剂
解析：在反应$2F_{2} + 2H_{2}O = 4HF + O_{2}$中，水中的氧元素化 合价升高，由$- 2$价变为$0$价，故水的作用是还原剂。
填空题2：在反应$Cl_{2} + H_{2}O = HCl + HClO$中，氯气既是氧化 剂又是还原剂，则$HCl$是________产物。
氧化数
表示原子或分子在氧化还原反应中得失电子数的数值。
规则
单质中元素的氧化数为0；在化合物中，正负化合价代 数和为0。
氧化还原反应的表示方法
01 双线桥法
表示电子转移的路径和数目，箭头从还原剂指向 氧化剂，标明转移电子数目。
02 单线桥法
表示电子转移的路径，箭头从还原剂指向氧化剂 ，标明转移电子数目。
填空题
答案：还原
解析：在反应$Cl_{2} + H_{2}O = HCl + HClO$中，氯气既是氧化剂又是还原剂，说明氯气中的氯元素一部分化合价降低， 一部分化合价升高。由于生成物$HCl$中的氯元素化合价为$- 1$价，故$HCl$是还原产物。

练一练：
• 根据化合价升降判断下列化学反 应是否为氧化还原反应：
① Na20+ H2O = 2NaOH
否
② Zn+2HCl = ZnCl2+H2↑ 是
③ H2＋Cl2 ＝ 2HCl
是
④ 2KClO 3 △ 2KCl +3O 2↑ 是
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氧化剂：在反应中含元素化合价降低的物质 还原剂：在反应中含元素化合价升高的物质 被氧化:一般指化合价升高的那种元素被氧化 被还原:一般指化合价降低的那种元素被还原 氧化产物：被氧化得到的产物 还原产物：被还原得到的产物
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从得失氧的角度定义氧化还原反应: __物__质_得__到_氧__的__反_应____叫氧化反应. __物__质_失__去_氧__的__反_应____叫还原反应. __有__氧_得__失_的__反__应____叫氧化还原反应.
氧化反应和还原反应是兼于一体的，两者 同时存在，同时发生，不可截然分开。
+1
H2
-2
O
＋
0
C
高温
＝＝
0
H2
＋
+2 -2
CO
化合价升高 得到氧，被氧化（发生氧化反应）
[定义]有元素化合价升降的化学反应称为氧化还原反应
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00
+4 -2

氧化剂 MnO2
还原剂 HCl
2021/3/10
氧化产物 Cl2 还原产物 MnCl2
7
常见的氧化剂、还原剂
⑴氧化剂: 具有氧化性，易得电子，高价态物质。
1)活泼的非金属单质：O2 , Cl2 2)高价的氧化物：CuO , Fe2O3 3)高价的含氧酸及其盐： KMnO4 , K2Cr2O7 ,
浓H2SO4 , HNO3 , KClO3 4)某些阳离子：Fe3+ , H+
的化合价升高。
2021/3/10
1
2.氧化性和还原性
氧化性:氧化剂夺电子的性质（或称氧 化能力） 还原性:还原剂失电子的性质（或还原能力）
氧化剂具有氧化性
还原剂具有还原性
2021/3/10
2
化合价降低，得到电子，被还原 氧化剂 + 还原剂 == 氧化产物 + 还原产物
化合价升高，失去电子，被氧化
氧化剂 还原剂 还原产物 氧化产物
2H2S + SO2 == 3S ↓ + 2H2O
还原剂 氧化剂 氧化产物
还原产物
2KClO3 =△== 2KCl + 3O2 ↑
氧化剂 还原剂
还原产物 氧化产物
2021/3/10
5
（2）“单线桥”法 2e-
△
CuO + H2 === Cu + H2O
12e-
2KClO3 =△== 2KCl + 3O2 ↑
注意：A、箭头由失电子元素指向得电子元素 。 B、只须标明电子转移总数。不写“得” “ 失”。
2021/3/10
6
在反应中谁是氧化剂?还原剂?氧化产物?还原产物?
化合价降低, 得电子, 被还原

Fe3O4 FeO，需 1/3 molCO(H2) molFe
Fe2O3 Fe3O4，需 1/6 molCO(H2) molFe 故 实际还原剂需要量是由 FeO Fe 这一步决定的 !
23
—冶金原理— 高炉内除Fe2O3 Fe3O4外，还原反应均为可逆反应，还原剂CO、 H2需要过量。即气相还原有一个过剩系数。
H2：(1’) 3 Fe2O3 + H2===== 2 Fe3O4 + H2O (2’) Fe3O4 + H2===== 3 FeO + H2O (3’) FeO + H2===== Fe + H2O (4’) 1/4 Fe3O4 + H2===== 3/4 Fe + H2O
+Q Q Q Q
10
Kp %CO2 1 %CO n 1 n 1
n 1
1 Kp
CO
故 1000℃下， n = 1 0.3 3.33 即，还原每kg铁，需消耗3.3312 56 = 0.7136 kgC， = 0.84 kg焦炭，来制造还原剂CO。
24
—冶金原理—
3.1.2用固体C还原的还原反应
1
—冶金原理—
3.1.1 氧化物还原的一般原理
• 这是一个兼有还原和氧化的综合反应。对金属氧化物 而言被还原为金属，而对还原剂则是被氧化。 • 哪些物质可以充当还原剂夺取金属氧化物中的 氧，决定于它们与氧的亲和力。凡是与氧亲和力比金 属元素Me的亲和力大的物质，都可以做为该金属氧化 物的还原剂。还原剂与氧的亲和力越大，夺取氧的能 力越强，还原能力越强。
Fe3O4 FeO，需 1/3 molCO(H2) molFe

+5
-1
-1 0
（3）KClO3 + 6HCl == KCl + 3Cl2 ↑+ 3H2O
10/6/2020
失 5× e-
（2）“单线桥”法 2e-
△
CuO + H2 === Cu + H2O
12e-
2KClO3 =△== 2KCl + 3O2 ↑
注意：A、箭头由失电子元素指向得电子元素 。 B、只须标明电子转移总数。
练习：用“双线桥”法表示下列氧化还原反应电子转移的方向和数 目。
失1 × 2e-
0 +1
+2
0
（1）Fe + H2SO4 == FeSO4 + H2↑
得2×e-
得2×5e-
+7
-1
+2
0
（2）2KMnO4 + 16HCl == 2KCl+2MnCl2 + 5Cl2↑+ 8H2O
得1 × 5e-
失 10× e-
第二节 氧化还原反应
氧化还原反应 在初中我们也学过氧化反应和还原反应，
2Mg+O2=2MgO CuO+H2=H2O+Cu
氧化还原反应 一．氧化还原反应
1.从得失氧的角度分析
氧化反应：物质得到氧的反应 还原反应：物质失去氧的反应
CuO + H2 = H2O + Cu
CuO Cu 失去氧 还原反应
H2 H2O 得到氧 氧化反应
一种物质失去氧必有一种物质得到氧，在 同一个反应中既有还原反应又有氧化反应
氧化还原反应
氧化还原反应定义:
既有物质得到氧 又有物质失去氧