天然水中的氧还原反应和平衡教案.pdf

国家职业教育水环境监测与治理专业教学资源库

《水环境化学》教案

天然水中的氧化还原反应

知识点学时1学时

和平衡

教学

氧化还原反应、光合作用、氧化态

内容

氧化平衡的含义

教学

重点氧化还原反应类型、速率和平教学难点氧化还原反应平衡意义

衡

环境化学南京大学出版社

参考水环境化学高等教育出版社

资料无机化学高等教育出版社

SL219-98中国水环境监测规范中国水利出版社

一、氧化还原反应概述

自地球各圈层处于富氧状态以来，地球表面的许多物质，如矿石、木材，有机

物、金属及水体中各种溶解物都有通过风化，燃烧，酶促反应等过程而被氧化的倾向。

同时，自然界存在一个极为重要的与之相反的物质还原过程，这就是光合作用。这两

方面的作用过程，组成了自然界的基本氧化还原循环。事实上，在天然水体中也无时

无刻不发生着氧化还原反应。

氧化还原反应是在反应前后元素的氧化数具有相应的升降变化的化学反应。在反

应过程中有元素化合价变化的化学反应叫做氧化还原反应。这种反应可以理解成由两

个半反应构成，即氧化反应和还原反应。此类反应都遵守电荷守恒。在氧化还原反应

里，氧化与还原必然以等量同时进行。两者可以比喻为阴阳之间相互依靠、转化、消

长且互相对立的关系。有机化学中也存在氧化还原反应。

二、氧化还原反应的本质

从本质意义上说，氧化还原反应涉及均一水相中电子迁移过程。其反应物中变价

元素的价态发生了变化。经此变化后，物质的环境化学行为有异于原反应物，常表现

为溶解度、配合物形成能力、酸碱反应性等方面差异。由此打破体系原有化学平衡，

并进一步引起通常发生在变价产物与水（或H+、0H-）之间的反应，从而形成更新的

产物。氧化还原反应关系到氧化剂和还原剂两方。在发生电子迁移的过程中，总是还

原剂失去电子，氧化剂获取电子。

1.发生了电子的转移。(即在离子化合物中是电子的得失，在共价化合物里是电子的

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偏移。在反应物之间电子发生转移的反应，又称为氧化还原反应。氧化还原反应不一

定是得失氧原子，而是任何降低价态或升高价态的任何元素都可以成为氧化或还原

（反应）。

某物质中的任何元素失去电子（即化合价升高）的反应叫氧化反应/有元素化合价降

低（得电子）的反应叫还原反应，既得氧又失氧的反应叫氧化还原反应。

氧化还原反应（原电池中的氧化还原）2．强弱律：反应中满足：氧化性：氧化

剂氧化产物还原性：还原剂还原产物氧化产物

3．价态律：元素处于最高价态，只具有氧化性；元素处于最低价态，只具有还原性；

处于中间价态，既具氧化性，又具有还原性。

4．不交叉原则：同种元素不同价态间发生归中反应时，元素的化合价只接近而不交

叉，最多只能达到同种价态

5．强则优先原则：在同一氧化还原反应中，氧化剂遇多种还原剂时，先和最强还原

剂反应

6.归中律：不同价态的同种元素，其较高价态与较低价态均转化为中间价态，不得

交错升降。

氧化还原反应中各物质关系还原剂+氧化剂氧化产物+还原产物。一般

来说，同一反应中还原产物的还原性比还原剂弱，氧化产物的氧化性比氧化剂弱，这

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就是所谓“强还原剂制弱还原剂，强氧化剂制弱氧化剂”。

总结：氧化剂发生还原反应，得电子，化合价降低，有氧化性，被还原，生成还

原产物。

还原剂发生氧化反应，失电子，化合价升高，有还原性，被氧化，生成氧化产物。

口诀：升失氧还，降得还氧。

三、体系的氧化还原平衡有两方面的含义：

①表示体系中电子给体和受体间处于相对平衡状态，电子势位发生无限小变化

时，随即发生可逆性的电子迁移；②包含在系统中的所有氧化还原电对的电极电位都

相等。应该指出，发生在天燃水体中的氧化还原反应是存在着动力学阻碍的，其反应

速度比酸碱反应慢得多，只是在有适当催化剂（包括生物催化剂)存在下，才能促使

反应加快，尽管多数氧化还原体系都偏离平衡状态，但对水体中各氧化还原体系平衡

的研究仍是研究这类过程的出发点，有助于我们更好理解水体中各种化学物质分布和

迁移的进程，有机污染物进入水体后即可