氧化还原反应和电极电位
氧化还原反应与电极电位
当H+, OH– 出现在 氧化型时，H+, OH– 写在方程分 子项中， H+, OH– 出现在还原方时，H+, OH –写在 方程中分母项中。
MnO4 + 8H+ + 5e = Mn2+ + 4H2O
从电极电位的Nernst方程可以看出：
❖ 电极电位不仅取决于电极本性，还取决于温度和氧 化剂、还原剂及相关介质的浓度或分压。
电极电位的Nernst方程 p Ox + ne- q Red
Ox/Red O θ x/ReR dnFTlnccR qO pexd
298K时
q 0.059lg2ca(O)x
n cb(Re)d
应用Nernst公式时应注意：
1) 电极反应中固体.纯液体.不写入公式。 2) 对气体，以相对压力代入公式。 3) 除氧化态、还原态物质外，参加电极反应 的其它物质（如H+、 OH-）浓度也应写入。
例：已知:
θ O2/OH
0.40V
求pOH=1, p(O2)=100kPa时, 电极反应(298K)
O2 + 2H2O + 4e = 4OH 的 O2/OH
例：原电池的组成为(－)Zn|Zn2+ (0.001mol·L-1) Zn2+ (1.0mol·L-1)| Zn (＋) 计算298K时，该原电池的电动势。
❖ 当Eθ>0 即θ+> θ－ 正反应能自发进行 ❖ 当Eθ＝0 即θ+＝ θ－ 反应达到平衡 ❖ 当Eθ<0 即θ+< θ－ 逆反应能自发进行
例：判断反应在标准状态下能否自发进行。
Pb + Sn2+
化学反应中的氧化还原电位与标准电极电势
化学反应中的氧化还原电位与标准电极电势在化学反应中，氧化还原反应是一种常见的反应类型。
氧化还原反应涉及到电子的转移，其中的氧化剂接受电子，而还原剂失去电子。
氧化还原电位是反应物参与氧化还原反应时的电势差异，它决定了反应的方向和速率。
标准电极电势则是在标准条件下，氧化还原电位的测量值。
一、氧化还原电位的概念及测量方法氧化还原电位是指在标准条件下，一个半电池中氧化剂和还原剂之间的电势差。
它是衡量氧化还原反应的强弱和方向的重要参数。
氧化还原电位可以通过将待测体与标准氢电极相连，并与参比电极进行测量，来测定。
常见的参比电极有标准氢电极、饱和甘汞电极和银/银离子电极等。
标准氢电极作为氧化还原电位测量的基准，其氧化还原电位被定义为0V。
其他电极相对于标准氢电极的电势差即为其氧化还原电位。
二、标准电极电势的定义及重要性标准电极电势是指在标准条件下，一个半电池相对于标准氢电极的电势差。
标准电极电势的大小可以用来衡量化学物质参与氧化还原反应的倾向性。
较正标准电极电势的正值表示氧化剂的强性增加，而较负的值则表示还原剂的强性增加。
标准电极电势的计算可以使用Nernst方程来实现。
Nernst方程将标准电极电势与温度、反应的浓度以及反应的活度之间的关系联系起来。
通过Nernst方程，可以预测在非标准条件下的电极电势变化。
标准电极电势是研究电化学反应和构建电池等领域中的重要参数。
它能够用来预测反应的进行方向、确定电池的正负极以及判断电池的电势等。
三、氧化还原电位与标准电极电势的关系氧化还原电位和标准电极电势之间存在一定的关系。
氧化还原电位可以通过测量半电池与标准氢电极之间的电势差来确定。
而标准电极电势则是将该半电池与标准氢电极进行比较得到的。
标准电极电势是指在标准条件下，一个半电池相对于标准氢电极的电势差。
而氧化还原电位是指在标准条件下一个半电池中氧化剂和还原剂之间的电势差。
因此，氧化还原电位等于标准电极电势减去氧化剂和还原剂之间的电势差。
氧化还原反应与电极电位
氧化还原反应与电极电位氧化还原反应是化学反应中常见的一种类型，它涉及到电子的传递和原子、离子之间的电荷转移。
在氧化还原反应中，物质可以同时发生氧化和还原的过程，其中一个物质被氧化，失去电子，另一个物质则被还原，获得电子。
这种反应可以通过电极电位来描述和测量。
一、电极电位的定义电极电位是指电极与溶液中某特定物种（如氢离子）之间的电势差。
它是描述氧化还原能力的物理量，以标准氢电极为参照。
标准氢电极的电极电位定义为0V，其他电极与标准氢电极之间的电位差可以正负表示。
正值表示该电极的氧化还原能力较强，负值表示能力较弱。
二、氧化还原反应中的电位变化在氧化还原反应中，电子的转移会导致电极电位的变化。
当物质被氧化时，它的电极电位会升高，而当物质被还原时，电极电位会降低。
这是因为被氧化的物质失去了电子，所以电极电位增高；而被还原的物质获得了电子，所以电极电位降低。
三、电极电位的测量方法测量电极电位的方法有很多种，其中较常用的是电化学法。
电化学法利用电池的原理，将待测电极与参比电极连接在一起，通过测量其间的电势差来得到电极电位。
常见的参比电极有标准氢电极、银/银离子电极等。
四、电极电位对氧化还原反应的影响电极电位可以影响氧化还原反应的进行程度和方向。
当两个电极电位之间的差异较大时，电子会从电位较负的一侧传递到电位较正的一侧，从而反应更为剧烈。
根据电极电位的高低，氧化还原反应可以被分为自发反应和非自发反应。
自发反应是指电极电位差足够大，反应能够自行进行；非自发反应是指电极电位差不足以驱动反应发生，需要外部提供电势差来促使反应进行。
五、电极电位在实际应用中的意义电极电位在许多领域具有广泛的应用价值。
在电化学电池中，电极的电位差决定了电池的工作状态和输出电压。
在腐蚀、电解和电镀等工艺中，电极电位的变化影响着反应速率和产物的选择。
而在生物体内，电极电位的平衡和调节对细胞的正常功能也具有重要作用。
总结：氧化还原反应与电极电位密切相关。
氧化还原及电极电位
Mn + 4 H2O
2+
(－) Pt|Fe3+，Fe2+ | | MnO4-，Mn2+，H+|Pt (+) －
作两极， 例：Cu、Fe作两极，稀硫酸作电解质溶液的原 、 作两极 电池中： 电池中：①Cu作____极, ②Fe作____极 作 正 极 作 负极 负极____________ 电极反应式 ：负极 Fe-2e- Fe2+ Fe正极_____________ ↑ 正极 2H++2eH2 如将稀硫酸改为浓硝酸则： 如将稀硫酸改为浓硝酸则： ①Cu作____极, ②Fe作____极 作 负 极 作 正 极 负极____________ 2+ 电极反应式 ：负极 Cu-2eCuCu 正极_____________________ 正极 2NO3-+4H++2e2NO2↑+2H2O
第一节 氧化还原反应
一、氧化值（oxidationumber） 氧化值（ ） 1970年，IUPAC（国际纯粹和应用化学协会） 年 （ 氧化值： 氧化值：某元素一个原子的表观荷电 数，这种荷电数由假设把每个键中的 电子指定给电负性较大的原子而求得。 电负性较大的原子而求得 电子指定给电负性较大的原子而求得。 例： NH3 N -3 H +1
第二节 原电池和电极电位
二、电极电位的产生
将金属放入其盐溶液中时有两种倾向存在： 将金属放入其盐溶液中时有两种倾向存在：
溶解 M 在极板上 沉积 Mn+ + ne 在溶液中 留在极板上
金属越活泼(易失e 溶液越稀，溶解倾向越大； 金属越活泼(易失e-)，溶液越稀，溶解倾向越大； 反之沉积倾向越大。 反之沉积倾向越大。
第八章氧化还原和电极电位 - 第八章氧化还原反应
2Fe3+ ＋Sn4+
Cu+ FeCl3
CuCl(s)+ FeCl2
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(二) 原电池组成式
电池组成：电极、盐桥(或多空隔膜)、电解质 溶液及导线。
电池组成式（电池符号）表示法的统一规定： 1. 半电池中，“|”表示相界面，同一相的不同物 质用“，”隔开，用“||”表示盐桥。负极写在左边， 正极写在右边。
化物中为-1，如在NaH、CaH2中。 (5)卤族元素。氟的氧化值在所有化合物中为-1；
其它卤原子的氧化值在二元化合物中为-1，但在
卤族的二元化合物中，列在周期表中靠前的卤原
子的氧化数为-1，如Cl在BrCl中；
在含氧化合物中按氧化物决定，如ClO2中Cl的氧 化值为+4。
(6)电中性的化合物中所有原子的氧化值的和为零。
由正极反应和负极反应所构成的总反应，称
为电池反应(cell reaction)。
Zn + Cu2+
Cu + Zn2+
27
电池反应就是氧化还原反应: 正极反应－－还原半反应； 负极反应－－氧化半反应。
从理论上讲：任一自发的氧化还原反应都可 以设计成一个原电池。
思考 下列反应如何设计成原电池呢？
一、氧化值
（一） 氧化值的定义 氧化值是某元素一个原子的表观荷电数，这种
荷电数是假设把每一个化学键中的成键电子指定 给电负性较大的原子而求得。
电负性(electronegativity)：表示一个原子在 分子中吸引成键电子能力的量度。一般用X表示 (无单位)。p188
3
注：分子中元素的氧化数取决于该元素成键电 子对的数目和元素的电负性的相对大小。
氧化反应的标准电极电位与氧化还原反应的判断
氧化反应的标准电极电位与氧化还原反应的判断氧化还原反应是化学反应中最重要的类型之一，它涉及到电子的转移和化学物质的氧化与还原。
在氧化还原反应中，标准电极电位是一个重要的概念，用于判断反应的进行方向和强弱。
本文将探讨氧化反应的标准电极电位与氧化还原反应的判断方法。
一、氧化还原反应的概念氧化还原反应是指在化学反应中，原子、离子或分子中的电子从一个物质转移到另一个物质的过程。
其中，氧化是指物质失去电子或氢原子，而还原则是物质获得电子或氢原子。
典型的氧化还原反应包括金属被酸溶解、金属腐蚀、燃烧等。
二、标准电极电位的概念标准电极电位是用来衡量氧化还原反应的强弱的物理量，通常用E0表示。
标准电极电位是指在标准条件下，将某个氧化还原对中的氧化剂或还原剂与标准氢电极（E0=0V）之间建立电池，测得的电位差。
三、标准电极电位的判别在氧化还原反应中，标准电极电位可用于判断反应的进行方向和强弱。
标准电极电位越正，说明反应的氧化能力越强，即越容易接受电子；标准电极电位越负，说明反应的还原能力越强，即越容易失去电子。
判断方法如下：1. 比较标准电极电位：将两个氧化还原对的标准电极电位进行比较，标准电极电位较正的物质是氧化剂，较负的物质是还原剂。
2. 使用电位差计算电动势：将氧化剂和还原剂构成一个电池，通过测量电动势来判断反应的进行方向和强弱。
正电动势表示反应进行，负电动势表示反应不进行。
3. 应用电化学系列：通过查阅电化学系列（即电位序列），可以根据氧化还原电位的大小来判断反应的进行方向和强弱。
在电化学系列中，标准电极电位越正的物质越容易接受电子。
四、应用实例1. 锌和铜的氧化还原反应：锌离子（Zn2+）具有较强的氧化能力，标准电极电位为-0.76V；铜离子（Cu2+）具有较强的还原能力，标准电极电位为+0.34V。
因此，在锌和铜之间，氧化反应发生在锌上，还原反应发生在铜上。
2. 高锰酸钾和硫酸的氧化还原反应：高锰酸钾（KMnO4）是一种强氧化剂，标准电极电位为+1.51V；硫酸（H2SO4）不具备还原能力，标准电极电位为0V。
氧化还原反应和电极电势(hwn)
与上述相反，电解质浓度的减小会使离子浓度减小，离子间的相互碰撞次数减少 ，使得电子的传递速率减慢。同时，电解质浓度的减小也会使得物质中的电子离 域能增加，使得电子更难从物质中逸出，从而使得电极电势减小。
电极材料的影响
电极材料性质影响电极电势
电极材料的性质如导电性、化学稳定性等都会影响电极电势。一般来说，导电性好、化学稳定性高的电极材料具 有较低的电极电势。
还原态
02
物质在氧化还原反应中获得电子的状态。
确定氧化态和还原态的方法
03
根据元素周期表中的金属活动性顺序，判断物质在反应中的得
失电子情况。
电极电势在氧化还原反应中的应用
01
电极电势是衡量氧化还原反应进行方向的重要参数。
02
电极电势高代表该物质具有较高的氧化能力，电极电势低则代
表该物质具有较高的还原能力。
氧化还原反应和电极电势(HWN)
目 录
• 氧化还原反应概述 • 电极电势的基本概念 • 氧化还原反应与电极电势的关系 • 电极电势的影响因素 • 氧化还原反应和电极电势的应用实例
01 氧化还原反应概述
定义与特点
定义
氧化还原反应是一种电子转移过程， 其中原子或分子获得电子成为还原剂， 而另一些原子或分子失去电子成为氧电极电势可以用于预测和控制电化学反应的可能性、速率和方向。
电池设计
电极电势可以用于设计电池，以实现高效的能量转换和储存。
环境监测
电极电势可以用于监测水体、土壤等环境中的重金属离子污染情况。
03 氧化还原反应与电极电势 的关系
氧化态与还原态的确定
氧化态
01
物质在氧化还原反应中失去电子的状态。
氧化还原反应与电极电位最终版
又如： 2Fe3+ ＋Sn2+
2 Fe2+ ＋Sn4+
还原半反应： Fe3+ + e- → Fe2+ 氧化半反应： Sn2+ →Sn4+ + 2e-
氧化还原电对为：Fe3+ /Fe2+ ；Sn4+ /Sn2+
三、氧化还原方程式的配平 两种配平方法：
1. 氧化值法 根据氧化剂和还原剂氧化 值相等的原则配平（见中学化学）。 2. 离子-电子法(或半反应法) 根据氧化 剂和还原剂得失电子数相等的原则配平。
Fe2+
例子
根据下列化学反应，写出电池表达式
Cu + FeCl3 还原半反应： 氧化半反应：
原电池组成式：
CuCl(s)+ FeCl2 Fe3+ + e → Fe2+ Cu0 → Cu+ + 2e
(-) Cu , CuCl(S)∣Cl- (c1) ‖ Fe3+ (c2), Fe2+ (c3) ∣Pt(+)
反应，也适用于在水非溶液和高温下进行的反应。
第二节 原电池与电极电位
( Primary Cell and Electrode Potential )
一、电化学（Electrochemistry）概述
电化学的起源
• 1600年：吉尔白特观察到, 用毛皮擦过的琥珀 有吸引其它轻微物体的能力。
• 1799年：伏打从银片、锌片交替的叠堆中成功 地产生了可见火花，才提供了用直流电源进行 广泛研究的可能性。
正极反应为还原反应：
MnO4-＋8H+＋5e-
Mn2+＋4H2O
氧化还原反应和电极电势
在生物领域的应用
生物氧化还原反应
生物体内的氧化还原反应是维持生命活动的基础，如呼吸作用和 光合作用等。
药物合成
许多药物合成过程中涉及到氧化还原反应，如某些抗生素和抗癌药 物的合成。
生物传感器
利用氧化还原反应的原理制备生物传感器，用于检测生物体内的物 质含量或环境中的有害物质。
谢谢
THANKS
热能是氧化还原反应中伴 随能量释势的影响因素
CHAPTER
温度的影响
温度升高，电极电势增大
随着温度的升高，分子运动速度加快， 离子迁移率提高，导致电极电势增大。
VS
温度降低，电极电势减小
随着温度的降低，分子运动速度减慢，离 子迁移率降低，导致电极电势减小。
电解质浓度的影响
电极表面的粗糙度影响电极电势
粗糙的电极表面可以提供更多的反应活性位点，从而提高电极电势。
05 氧化还原反应的实际应用
CHAPTER
在能源领域的应用
01
02
03
燃料电池
燃料电池利用氢气和氧气 之间的氧化还原反应产生 电能，具有高效、清洁的 优点。
金属-空气电池
金属-空气电池利用金属与 氧气之间的氧化还原反应 产生电能，具有高能量密 度和环保的优点。
氧化还原反应和电极电势
目录
CONTENTS
• 氧化还原反应 • 电极电势 • 氧化还原反应与电极电势的关系 • 电极电势的影响因素 • 氧化还原反应的实际应用
01 氧化还原反应
CHAPTER
定义与特性
定义
氧化还原反应是一种化学反应，其中 电子在反应过程中从一个原子或分子 转移到另一个原子或分子。
太阳能电池
太阳能电池利用光能激发 电子进行氧化还原反应产 生电能，具有可再生、无 污染的优点。
基础化学 第八章 氧化还原反应与电极电位
子的氧化数为-1，如Cl在BrCl中；
在含氧化合物中按氧化物决定，如ClO2中Cl的氧 化值为+4。
(6)电中性的化合物中所有原子的氧化值的和为零。
多原子离子中所有原子的氧化值的和等于离子的
电荷数。
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例1：试计算Na2S2O3(硫代硫酸钠)和Na2S4O6 (连四硫酸钠)中硫的氧化数。
解：Na2S2O3中S的氧化数为： （＋1）× 2＋3×(-2）＋2X＝0, X＝＋2
4
（二）确定元素氧化值的规则
日本化学教授桐山良一（在1952年）和美国著名化学家 鲍林（1975年）等人分别发表论说，对确定元素氧化数的 方法制定了一些规则。
(1)单质中原子的氧化值为零。 (2)单原子离子中原子的氧化值等于离子的电荷 数。例如Na+离子中Na的氧化值为＋1。 (3)化合物中，氧的氧化值一般为-2，
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（2）计算氧化数升（降）总数，并按照最小公倍 数原则确定系数
+2-5=-3
+5
0 +5
+2
HNO3 + P H3PO4 + NO
+5+0=+5 5 H N O 3+ 3 P3 H 3 P O 4+ 5 N O
（3）最后配平H、O原子
= 5 H N O 3+ 3 P + 2 H 2 O 3 H 3 P O 4+ 5 N O
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Zn + 2HCl
ZnCl2 + H2
其中，锌失去电子，氧化值升高，被氧化，称为
还原剂(reducing agent)，又称电子的供体(electron
donor)。HCl中的H+得到电子，氧化值降低，被还