原电池和氧化还原反应
氧化还原反应的电极反应与电池
氧化还原反应的电极反应与电池氧化还原反应（Redox Reaction）是化学中一种重要的反应类型，其涉及原子或离子的电荷转移。
在氧化还原反应中，存在两个关键要素，即电极反应和电池。
一、电极反应电极反应指的是氧化还原反应发生在电极上的过程。
在氧化还原反应中，通常涉及两种类型的电极反应，即氧化反应和还原反应。
1. 氧化反应氧化反应是指物质失去电子，电荷数增加的过程。
在氧化反应中，物质被氧化剂氧化，并失去电子。
典型的氧化反应示例如下：Cu → Cu2+ + 2e-在上述反应中，铜原子（Cu）失去了两个电子，并形成了Cu2+离子。
2. 还原反应还原反应是指物质获得电子，电荷数减少的过程。
在还原反应中，物质被还原剂还原，并接受电子。
典型的还原反应示例如下：2H+ + 2e- → H2在上述反应中，两个氢离子（H+）接受了两个电子，并生成了氢气（H2）。
二、电池电池是将氧化还原反应产生的电能转化为化学能或其它形式能量的装置。
电池可以分为两类，即原电池和电解池。
1. 原电池原电池是指各种电化学反应可以自发进行的电池。
典型的原电池示例是闪光灯电池。
闪光灯电池中，氧化反应和还原反应在两个半电池中进行，通过连接线和负载（如灯丝）将电流引出。
闪光灯电池的反应示例如下：半电池1：Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e-半电池2：2MnO2(s) + Zn2+(aq) + 2H2O(l) → 2MnO(OH)(s) +2Zn(OH)2(aq)2. 电解池电解池是指需要外部电源提供电能才能使氧化还原反应进行的电池。
典型的电解池示例是电解水制氢。
在电解水制氢中，水分子在电解池中被分解为氢气和氧气。
电解水制氢的反应示例如下：电解反应：2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g)三、应用举例氧化还原反应和电池在生活和工业中有广泛的应用。
以下以几个应用举例：1. 镀金在镀金过程中，氧化还原反应被用来将金属镀层沉积在物体表面。
氧化还原反应原电池
3
Zn Fe
稀H2SO4
4
Zn Cu
稀H2SO4
5
C Fe
稀H2SO4
6
Zn Cu
稀H2SO4
酒精
稀H2SO4
4.特征
书p80讨论
由于正极吸引电子作用，促使负极失去 电子速率增加，反应速度快。
5.结果：
（1）发生能量变化（化学能转变为电能） （2）负极的活泼金属由于失去电子被氧化 而本身被消耗——即被腐蚀。
⑵析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe为例）
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜酸性较强 （pH＜4.3）
水膜酸性很弱或中性
电 极 负极
Fe - 2e → Fe2+
反 应 正极 2H+ + 2e → H2↑
O2+2H2O+4e → 4OH-
总反应式 Fe+2H+→Fe2++H2↑ 2Fe+O2+2H2O→2Fe(OH)2
正极_2_N_O_3_- _+_4_H_+_+__2_e→__2_N_O__2↑__+_2_H__2O__ 总反应式是C_u_+_4_H__N_O_3_(浓__)_→__C_u_(_N_O_3_)_2+_2_N_O__2↑__+_2_H_2_O_
小结
原电池电极反应式的书写注意事项： (1) 负极氧化失电子(先写)，正极还原得电子。 (2) 要注意溶液的酸碱性，适当的在电极方程式
负极：2Al+8OH- -6e →2AlO2-+4H2O
正极：6H2O + 6e →3H2↑+ 6OH-
稀Na硫O酸H溶溶液液
原电池和氧化还原反应
电池的电动势和 r Gm 的关系
( r Gm )T , p zEF
rG m zE F
式中，z是电池的氧化还原反应式中传递的电子数， F是法拉第常数，即1mol电子所带的电量，其值为 96485C· mol 。这是联系热力学和电化学的重要公 式。
-1
原电池反应的标准平衡常数
表示电极电势的能斯特方程
(r Gm )T , p r G (T ) RT ln (aB )T , p
m B
B
zEF zE F RT ln (aB )T , p
B
B
RT B EE ln (aB )T , p zF B
0.059V B EE lg (aB ) T, p z B
罗马数字表示它的氧化态，写成Fe(III)。
氧化还原氧化还原方程式的配平——氧化数法
原则：还原剂氧化数升高数和氧化剂氧化数降低 数相等。 1. 确定反应物和产物的化学式； 2. 找出氧化剂和还原剂，确定它们氧化数的变化 ；
3. 根据氧化数升高及降低的数值的最小公倍数，
写出并配平稀H2SO4介质下KMnO4与NaCl的反应
2KMnO4 +10NaCl+8H 2SO 4 =2MnSO 4 +5Cl2 +K 2SO 4 +5Na 2SO 4 +8H 2 O
氧化还原方程式的配平——离子电子法
原则：还原剂和氧化剂得失电子数目相等。
1. 确定氧化剂、还原剂和相应的产物（离子形式）；
• 氟在化合物中的氧化数为-1。
氧化还原的基本概念——氧化数
例： K2Cr2O7 Fe3O4 Na2S2O3 Cr ----- +6 Fe ----- +8/3 S ------ +2
氧化还原反应——电极电势：原电池
氧化
Cr2O27- +14H++ 6e- → 2Cr3++7H2O 还原
原电池符号
(-)Pt, Cl2(p) Cl-(c) H+(c2), Cr2O27-(c1), Cr3+(c3) Pt(+)
原电池的表示方法课堂练习
2H2 + O2 → 2H2O
电极反应
H2 - 2e- → 2H+ 氧化 O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O 还原
低氧化态离子靠近电极，中间 用“,”分开。
Sn4+/Sn2+ Sn4+(c1), Sn2+(c2) | Pt (+)
2.原电池的表示方法
注 电极反应中的其它的物质也应 意 写入电池符号,Cr2O72-/Cr3+, O2/OH-
Cr2O72-+14H++ 6e- → 2Cr3++7H2O
H+(c2), Cr2O72(- c1), Cr3+(c3) | Pt (+)
原电池符号
(-) Pt, H2(p1) | H+(c1) || H+(c1), H2O | O2(p2), Pt(+)
注 组成电极中的气体物质应靠近 意 电极，在括号内注明压力。
H+/H2
H+(c1) | H2(p), Pt(+)
(-)Zn | Zn2+(c1) H+(c1) | H2(p), Pt(+)
O2/OH- (-)Pt, O2(p) | OH- (c1)
2.原电池的表示方法
注 电极中含有不同氧化态同种离 意 子时，高氧化态离子靠近盐桥，
原电池工作原理本质是氧化还原反应
原电池工作原理本质是氧化还原反应电池是通过氧化还原反应来实现能量转换的装置，它通过将化学能转化为电能，供给我们所需要的电力。
电池的工作原理可以追溯到化学反应中的氧化还原反应。
氧化还原反应是指一个物质失去电子被氧化，而另一个物质获得电子被还原的过程。
在电池中，两个氧化还原反应同时进行，一个作为阴极反应，一个作为阳极反应。
这两个反应共同产生了电力。
电池实质上是由两个半电池组成的，其中一个半电池是正极，也称为阳极，负责氧化反应；另一个半电池是负极，也称为阴极，负责还原反应。
两个半电池之间通过电解质连接。
在一个典型的电池中，通常有两种基本的原电池工作原理：1.干电池：干电池包含一个锌阳极和一个二氧化锰阴极。
在这个电池中，锌离子被还原为锌金属，而二氧化锰被氧化为二氧化锰。
这个反应产生了电子，形成了电流。
同时，电解质帮助离子在两个半电池之间传递。
2.燃料电池：燃料电池以氢气为燃料，通过氧化还原反应产生电流。
在一个标准的燃料电池中，氢气在阳极处被氧化为氢离子，并且这些氢离子穿过电解质层从阳极运输到阴极。
与此同时，在阴极处，氧气被还原为氧离子，然后与氢离子结合形成水。
无论是干电池还是燃料电池，它们的工作原理都是在两个半电池中进行氧化还原反应，以产生电流。
这个电流可以通过外部电路来提供电力。
总结来说，电池的工作原理本质上是通过氧化还原反应来实现的。
氧化还原反应在两个半电池中同时进行，产生电子和离子运动，从而形成电流。
电流通过外部电路供给我们所需要的电力。
电池的工作原理的深入理解对于我们理解和使用电池具有重要意义。
从氧化还原反应原理分析原电池
氧化还原反应中存在电子的得失，在该反应中，线桥仿佛是一根
导线，假如电子能在导线上流动，就会由电子的转移变成电子的
定向移动，也就形成了电流。因此，并不是所有的反应均可以设
计成原电池，只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。
从单线桥上看，可将导线一端连接在锌极上，另一端当然不可能
直接放在溶液中，因此可将另一端连接在一个能导电的电极上，
解析
由题给电极反应式可知，Ag2O得到电子，发生还原反应，
作原电池的正极。
答案 B
3．电子的流向及离子的流向
整个原电池装置是一个闭合回路，在外电路中(导线)是靠电子的
定向移动导电，在溶液中则是靠阴、阳离子的定向移动导电。在
外电路中，电子是由负极流向正极，电流的方向与电子移动的方
向相反，由正极流向负极。在溶液中，阳离子移向正极，阴离子
电子在导线中实现了定向移动，即形成了电流。这样，化学反应
的化学能就转变成了电能，这样的装置我们称之为原电池。
2．原电池的构成
从以上分析可以看出，原电池是由两个活动性不同的电极、电解
质溶液构成的闭合回路，也就是说原电池的构造是①两个活动性
不同的电极；②电解质溶液；③闭合回路，如下图。
在原电池中，科学上规定把电子流出的一极称为负极(较活泼的金
反应方程式可以很容易地设计原电池装置。
典例3
人造地球卫星上使用的一种高能电池 ——银锌蓄电池，其
电池的电极反应式为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O ＋2e－===2Ag＋2OH－。据此判断Ag2O是( A．负极，被氧化 C．负极，被还原 B．正极，被还原 D．正极，被氧化 )
生成 PbSO4。根据充电时的总反应，可判断出充电时硫酸的浓度
原电池与氧化还原反应
原电池与氧化还原反应作者：杨丙彦来源：《中学生数理化·自主招生》2019年第08期氧化还原反应和原电池是高考的核心考点，氧化还原反应的本质是电子的转移，而原電池在工作时必须有电子的流动。
可见，原电池是利用了氧化还原反应，把化学能转变成电能。
在高考中，氧化还原反应是基础，原电池是其应用。
一、从氧化还原反应的基础知识看原电池反应原理的考查在氧化还原反应中，反应物所含元素化合价升高的反应叫作氧化反应;反应物所含元素化合价降低的反应叫作还原反应，氧化反应与还原反应既对立又统一。
在原电池中，主要是其工作原理：负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，电子从负极流向正极，在内电路中，由于电势差的作用，阴离子移向负极，阳离子移向正极。
例如，在把氧化还原反应设计成原电池这类题目中，要用到这些考点。
二、从氧化还原反应的规律——优先律看原电池的考查同时含有几种还原剂时，加入氧化剂将按照还原性由强到弱的顺序依次反应;同时含有几种氧化剂时，加入还原剂将按照氧化性由强到弱的顺序依次反应，这是氧化还原反应的规律之一：优先律。
而在原电池的考点中，也有这样的考点，当有两种阳离子同时向正极靠近的时候，由于阳离子在正极发生还原反应，是氧化剂，现在有两种氧化剂，当然是氧化性较强的首先放电。
因此，在原电池正负极电极方程式的书写过程中，必须考虑此规律。
不仅如此，还要掌握常见离子的放电顺序：三、从氧化还原反应的规律——守恒律看原电池的考查在氧化还原反应中氧化剂得到的电子总数与还原剂失去的电子总数相等，即得失电子守恒。
利用守恒思想，可以抛开烦琐的反应过程，可不写化学方程式，不追究中间反应过程，只要把物质分为初态和终态，从得电子与失电子两个方面进行整体思维，便可迅速获得正确结果，该规律可用于有关氧化还原反应的计算。
（责任编辑谢启刚）。
原电池总反应一定是氧化还原反应
原电池总反应一定是氧化还原反应一、电池的基本原理电池是一种能够将化学能转化为电能的装置。
它由正极、负极和电解质组成。
在电池正极，化学反应导致电子的流失；在负极，化学反应导致电子的获得。
而电池中的电解质则是连接正负极的媒介，通过其中的离子传导完成电荷的平衡。
电池的工作原理基于氧化还原反应，即通过原电池的正负极发生氧化还原反应，从而产生电能。
二、原电池反应的定义原电池是将化学能转化为电能的装置，其工作原理基于氧化还原反应。
在原电池中，正极发生氧化反应，负极发生还原反应，从而产生电能。
原电池反应可以用如下的方程式来描述：总的反应：Anode（氧化反应）+ Cathode（还原反应）→ 电池反应三、原电池反应的机理在原电池反应中，正极和负极的反应过程分别为氧化反应和还原反应。
氧化反应是指物质失去电子的过程，而还原反应是指物质获得电子的过程。
这两个过程是相互关联的，正负极通过电解质的媒介进行电荷平衡，并产生电能。
下面以一个典型的锂电池为例进行说明：1. 正极（Anode）反应：Li → Li+ + e-2. 负极（Cathode）反应：LiCoO2 + e- → Li+ + CoO2总反应：Li + LiCoO2 → 2Li+ + CoO2通过上述反应方程式可以看出，锂电池的正极反应是锂原子向离子的氧化过程，负极反应是钴酸锂化合物接受电子还原的过程，最终形成了锂离子和钴酸盐，产生了电能。
四、普通原电池反应类型原电池反应可以分为原电池和电解质电池两种类型。
其中，原电池是指其中的化学反应不需要与外部电源相联系即可进行，如干电池、锂电池等；电解质电池是指其中的化学反应需要借助外部电源才能进行，如电解池等。
根据反应类型的不同，原电池反应还可以分为氧化性反应和还原性反应。
氧化性反应是指原电池中的正极发生氧化反应，而还原性反应是指原电池中的负极发生还原反应。
这些反应类型的不同会导致电池产生不同的特性，如电压、电流、容量等。
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和O外的原子，再加H2O进行平衡）。
氧化还原方程式的配平——氧化数法
写出并配平稀H2SO4介质下KMnO4与H2O2的反应
还原产物：MnSO4
氧化产物：O2
2KMnO4 +5H2O2 +3H2SO4 =2MnSO4+5O2 +K2SO4 +8H2O
入H+或OH-以及 H2O，使方程式配平 （反应前 后原子数和电荷数不变） ； 4. 根据得失电子数相等的原则合并2个半反应。
氧化还原方程式的配平——离子电子法 酸性介质中配平的半反应方程式里不应 出现OH –； 碱性介质中配平的半反应方程式里不应 出现H+。
氧化还原方程式的配平——离子电子法
写出并配平稀H2SO4介质下KMnO4与H2O2的反应
氧化还原的基本概念——氧化数
例： K2Cr2O7
Cr ----- +6
Fe3O4
Fe ----- +8/3
Na2S2O3
S ------ +2
Na2S4O6
S ------ +5/2
有时，元素具体以何种物种存在并不十分明确。
如 盐 酸 溶 液 中 ， 铁 除 了 以 Fe3+ 存 在 外 ， 还 可 能 有
氧化还原反应可看作是两个“半反应”之和：
Ox1 + ne = Red1 （还原半反应） Red2 - ne = Ox2 （氧化半反应）
氧化还原的基本概念——氧化数
氧化数是指某元素一个原子的表观电荷数。氧化数 升高即被氧化，氧化数降低即被还原。
确定氧化数的一般原则： • 任何单质中元素的氧化数等于零，H2 Cl2 Ne。 • 多原子分子中，所有元素的氧化数之和等于零。 • 单原子离子的氧化数等于它的电荷数。多原子离 子中所有元素的氧化数之和等于该离子的电荷数。
() Zn(s)│Zn2+ (a1)┊┊Fe3+ (a2 ), Fe2+(a3 )│Pt(s) (+)
原电池
根据电池表示式写出电池半反应(电极反应式)与总 反应：
Zn(s)│ZnSO4 (a1) CuSO4 (a2)│Cu(s)
Zn(s)│Zn2+ (0.1mol L-1) I- (0.1mol L-1), I│2 Pt Zn(s)│Zn2+ (a1)‖ Fe3+ (a2 ), Fe2+(a3 )│Pt
1. 左边为负极，起氧化作用，是阳极； 右边为正极，起还原作用，是阴极。
2. “|”表示相界面， “┆” 表示半透膜， “||”或“┊┊”表示盐桥
3. 需注明温度，不注明就是298.15 K； 4. 需注明物态； 5. 气体需注明压力；溶液需注明浓度。
原电池
原电池的书写 6. 气体电极和氧化还原电极要写出导电的惰性电 极，通常是用镀有铂黑的铂电极。
氧化还原的基本概念——氧化数
• 共价化合物可按元素电负性的大小，把共用电子 对归属于电负性较大的那个原子。 • 氢在化合物中的氧化数一般为+1，但在金属氢化 物，如NaH、CaH2中，氧化数是-1。 • 氧在化合物中的氧化数为-2，但在过氧化物，如 H2O2 、Na2O2中，氧化数为 -1。在超氧化物，如 KO2中，氧化数为-1/2。在氟氧化物，如OF2中， 氧化数为+2。 • 氟在化合物中的氧化数为-1。
第九章 原电池和氧化还原反应
1. 氧化还原的基本概念——氧化数 2. 氧化还原方程式的配平 3. 原电池和电极电势 4. 表示电极电势的能斯特方程 5. 电极电势的应用 6. 氧化还原滴定法
氧化还原的基本概念——氧化数
氧化：失电子
还原：得电子
氧化还原反应的实质是电子的转移。
e
Ox1 + Red2 = Red1 + Ox2
氧化剂：MnO4- 被还原为Mn2+
还原剂：H2O2 被氧化为O2
还原半反应：
MnO4 +8H +5e =Mn2 +4H2O
氧化半反应：
H2O2 2e =O2 +2H
按得失电子数相等的原则合并：
2MnO4 +5H2O2 +6H =2Mn2 +5O2 +8H2O
原电池和电极电势
1. 原电池 2. 电极电势 3. 标准电极电势 4. 电池电动势和化学反应Gibbs自由能的关系 5. 原电池反应的标准平衡常数
写出并配平稀H2SO4介质下KMnO4与NaCl的反应
2KMnO4 +10NaCl+8H2SO4 =2MnSO4 +5Cl2 +K2SO4 +5Na2SO4 +8H2O
氧化还原方程式的配平——离子电子法
原则：还原剂和氧化剂得失电子数目相等。 1. 确定氧化剂、还原剂和相应的产物（离子形式）； 2. 写出还原剂的氧化半反应和氧化剂的还原半反应； 3. 配平半反应：根据反应条件（酸、碱介质），加
原电池
在CuSO4溶液中放入一片Zn片，由于金属Zn比Cu 活泼，将发生下列氧化还原反应：
2e
Zn(s)+Cu2 (aq) Zn2+ +Cu(s)
原电池
阳极 负极
原电池由两个半电池组成。
阴极 正极
原电池
原电池的书写
() Zn(s)│ZnSO4 (a1) ┊┊CuSO4 (a2 )│Cu(s) (+)
FeOH2+, FeCl2+, FeCl2+, …等物种存在，这时常用 罗马数字表示它的氧化态，写成Fe(III)。
氧化还原方程式的配平 1. 氧化数法 2. 离子电子法
氧化还原方程式的配平——氧化数法
原则：还原剂氧化数升高数和氧化剂氧化数降低 数相等。 1. 确定反应物和产物的化学式； 2. 找出氧化剂和还原剂，确定它们氧化数的变化 ； 3. 根据氧化数升高及降低的数值的最小公倍数，
电极电势
负 值
本 体
溶Leabharlann 液双电层r
标准电极电势
任何一个电极的电极电势的绝对值都是无法测量 的。因为只能测定两个电极组成的电池的电动势， 即测量结果是两个电极的电极电势之差。但是， 我们可以选定某种电极作为基准（标准电极）， 规定它的电极电势为零。将待测电极与标准电极 组成一个原电池，通过测定该电池的电动势，即 可得出相对电极电势。
标准电极电势 1. 标准氢电极
Pt | H2 (p ) | H (aH 1)
用镀铂黑的金属铂导电 规定298.15K时
E (H|H2 ) 0
标准电极电势
显然，以标准氢电极为负(阳)极，待测电极为正(阴) 极，所组成的电池的电动势（用符号E表示）即为 待测电极的电极电势（氢标还原电极电势），用符