无机化学 第十一章 氧化还原反应
氧化还原反应大学无机化学
4、若干关键元素在化合物中的氧化数有定值。
a. 氢在化合物中的氧化数一般为+1，但在活泼金属的 氢化物（NaH，CaH2 ，LiAlH4等中）其氧化数为-1。 (ZrH1.98则有不同的含义) b. 氧在化合物中氧化数一般为-2。例外的有：H2O2， Na2O2中O为-1；OF2中O为+2；KO2（超氧化钾）中O 为-1/2；O3-中氧为-1/3。
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电极电势(正)是金属表面的电势(V金属)与溶液本身的电势 (V溶液)之间的差值：
E = V金属 - V溶液 因此电极电势这一概念是指一金属相对于溶液而言的电势 值，它可以用来衡量金属失去电子本领的大小。
金属电极电势除与金属本身的活泼性和金属离子在溶液 中的浓度有关外，还取决于温度。在电极反应中的物质如果 都处于标准状态，这个电极叫做标准电极。
氢电极，这个装置叫做标准氢半电池，在这个电极表面建
立了如下的平衡：H2 (100 kPa)
2H+ (1.0 mol kg-1)
产生在标准氢电极和硫酸溶液之间的电势
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测定方法 规定标准氢电极的标准电极电势在任意温度下为零，其他
标准电极与它比较，便可测得标准电极电势之间的相对大小
尽管Eθ 大，反应条件：，Ag+催化
Eθ =1.51 V
ii) Eθ是在水溶液标准状态下水溶液中测出。非水溶液、高温、 固相反应等不适用。
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c) 用Eθ 判断反应能否进行……
如Eθ+ 与 Eθ- 相差较大（ > 0.3 V，n = 1），则可直接判断， lgK = n[Eθ+ - Eθ-]/0.0592。
无机化学中的氧化还原反应和电化学
无机化学中的氧化还原反应和电化学无机化学是研究无机物质结构、性质和变化规律的科学分支。
其中，氧化还原反应和电化学是无机化学中重要且广泛应用的领域。
本文将探讨氧化还原反应和电化学的基本概念、应用和未来发展。
一、氧化还原反应的基本概念氧化还原反应是指物质中电子的转移过程。
在氧化还原反应中，被氧化的物质失去电子，而被还原的物质获得电子。
这种电子的转移导致了物质的化学变化。
氧化还原反应可以通过氧化态的变化来描述。
在反应中，氧化剂接受电子，其氧化态减少，而还原剂失去电子，其氧化态增加。
例如，氯气（Cl2）和氢气（H2）的反应可以表示为：Cl2 + 2e- -> 2Cl- （氯气被还原，氧化态减少）H2 -> 2H+ + 2e- （氢气被氧化，氧化态增加）氧化还原反应在生活和工业中有广泛的应用。
例如，电池的工作原理就是基于氧化还原反应。
电池中的正极和负极之间发生氧化还原反应，产生电流。
此外，氧化还原反应还可以用于金属的防锈和清洁等领域。
二、电化学的基本概念电化学是研究电与化学反应之间相互关系的学科。
它主要研究电解过程和电化学反应的机理。
在电化学中，电解是指通过外加电压将化学反应逆转的过程。
电解可以分为电解质溶液和电解固体两种情况。
在电解质溶液中，电解质分子或离子在电场的作用下发生氧化还原反应。
而在电解固体中，固体物质通过电子转移发生氧化还原反应。
电化学反应是指在电化学过程中发生的化学反应。
电化学反应可以是氧化还原反应，也可以是非氧化还原反应。
电化学反应的速率和方向可以通过电极电势来控制。
正电势的电极是发生氧化反应的位置，负电势的电极是发生还原反应的位置。
电化学在能源存储和转换、电解水制氢、电镀和电解池等领域有着广泛的应用。
例如，锂离子电池和燃料电池是电化学能源存储和转换的重要设备。
它们利用氧化还原反应将化学能转化为电能，实现能源的高效利用。
三、氧化还原反应和电化学的应用氧化还原反应和电化学在生活、工业和环境保护等领域有着广泛的应用。
无机化学中的氧化还原反应
无机化学是研究无机化合物及其反应的一门学科，而氧化还原反应是无机化学中的重要内容之一。
所谓氧化还原反应，是指物质的电荷状态发生变化的化学反应，其中涉及到电子的转移过程。
本文将详细介绍无机化学中的氧化还原反应的定义、特征以及其在日常生活和工业生产中的应用。
首先，我们来了解氧化还原反应的定义。
氧化还原反应是指，在化学反应中，物质的电荷状态发生变化的过程。
在这个过程中，一个物质丧失电子，被氧化称为氧化剂；另一个物质获得电子，被还原称为还原剂。
氧化剂和还原剂总是成对存在的，一个物质的氧化只能与另一个物质的还原同时发生。
这是因为根据电子转移的守恒定律，电子不能被丢失或产生。
氧化还原反应有一些特征。
首先，氧化还原反应可以通过观察电子转移的过程来判断。
当一个物质失去电子时，它被氧化，同时它的氧化态增加。
当一个物质获得电子时，它被还原，同时它的氧化态减少。
其次，氧化还原反应是通过电子在反应过程中的转移而发生的。
电子的转移可以是直接的，也可以通过中间物质媒介。
最后，氧化还原反应一般伴随着能量的转化。
氧化剂和还原剂之间的电子转移通常会释放出能量，这使得氧化还原反应在生物体内的能量转化和工业生产中的能源开发中发挥着重要作用。
在日常生活中，氧化还原反应无处不在。
例如，金属的生锈就是一种常见的氧化还原反应。
当金属与氧气接触时，金属表面的金属离子会失去电子，被氧化生成金属氧化物。
同样，食物的烹调和焊接等过程中，也会出现氧化还原反应。
此外，许多化妆品的制备和使用也离不开氧化还原反应。
在工业生产中，氧化还原反应的应用也非常广泛。
例如，炼铁和生产钢铁时，氧化还原反应是不可或缺的过程。
在这个过程中，铁矿石中的铁被还原为金属铁，同时氧气与碳反应生成二氧化碳气体。
此外，电池的工作原理也是建立在氧化还原反应的基础上的。
电池中的化学反应产生电流，从而产生电能。
总之，无机化学中的氧化还原反应是一种重要的反应类型，它涉及电子转移、能量转化等多个方面。
大学无机化学课件氧化-还原
目录
CONTENTS
• 氧化-还原反应的基本概念 • 氧化-还原反应的原理 • 氧化-还原反应的实例 • 氧化-还原反应的应用 • 氧化-还原反应的实验操作
01 氧化-还原反应的基本概念
CHAPTER
定义与分类
定义
氧化-还原反应是电子在两个不同原 子间转移的反应，其中氧化是指电子 损失的过程，还原则是电子获得的过 程。
ABCD
还原剂是能够提供电子的 物质，通常是具有较低氧 化数的元素或化合物。
常见的氧化剂包括氧气、 高锰酸钾、硝酸等，常见 的还原剂包括氢气、金属、 碳等。
氧化数的变化与电子转移的关系
氧化数表示元素或化合物在氧化-还原状态下的电荷数， 可以用来描述电子转移的过程。
当电子从还原剂转移到氧化剂时，还原剂的氧化数升高， 而氧化剂的氧化数降低。
通过双线桥法或单线桥法表示电子转移的方向和数量，清晰地展示出氧化剂、还 原剂以及电子转移的过程。
电极反应式表示法
将氧化-还原反应拆分为两个半反应，分别表示为阳极和阴极反应式，有助于理 解和分析反应机理。
02 氧化-还原反应的原理
CHAPTER
电子转移过程
01 02 03 04
电子转移是氧化-还原反应的核心，它决定了反应的进行方向和速率 。
金属与酸反应
金属与酸反应，通常会生 成氢气和对应的金属盐， 同时金属被氧化。
非金属的氧化
非金属氧化物生成
非金属与氧气反应，生成非金属氧化物，如二氧化碳 的生成。
非金属燃烧
非金属在氧气中燃烧，如硫在空气中燃烧生成二氧化 硫。
非金属与碱反应
非金属与碱反应，通常会生成盐和水，同时非金属被 氧化。
无机化学第11章 电化学基础
正极：Cu2+ + 2e- → Cu
二、半电池/原电池符号、电极的分类
• 原则上，任何氧化还原半反应都可以设计成半 电池。 • 两个半电池连通，都可以形成原电池。 • 原电池符号： 习惯上把负极写在左边，正极写在右边，其中 “︱”表示两相界面，“‖”表示盐桥，c表示 溶液的浓度。
(-) Zn ︱ ZnSO4(c1) ‖ CuSO4(c2) ︱Cu (+)
五、能斯特方程
∵△rGm= -nFE ； △rGm= -nFE 非标准态下： △rGm= △rGm+RTlnJ ∴-nFE= -nFE +RTlnJ 对氧化还原反应:
RT EE ln J nF
能斯特方程
对电极反应:
RT [还原型] RT [氧化型] ln 或 ln nF [氧化型] nF [还原型]
活泼金属或浓度小
金属溶解的趋势小于 离子沉积的趋势，达 平衡时金属表面带正 电荷，靠近金属附近 溶液带负电荷。 Cu2++2eCu(s)
在原电池中做正极
不活泼金属 或浓度大
金属的平衡电极电势
• 产生在金属与其盐溶液之间的电势差称为 该金属的平衡电极电势（） • 电势差不仅取决于金属本性，而且与盐溶 液浓度、温度等因素有关 • 原电池，两极之间的电势差称为电动势（E） • 电动势 E = 正 - 负
例: 将下列氧化还原反应设计成原电池, 并写出它 的原电池符号。
2Fe2+(1.0mol/L)+Cl2(101325Pa) →2Fe3+(0.10mol/L)+2Cl-(2.0mol/L)
负极: Fe2+-e-=Fe3+
正极: Cl2+2e- =2Cl原电池符号:
大学无机化学课件氧化-还原
氧化还原反应的物质平衡
讨论氧化还原反应的物质平衡和化学方程式的写法，以及如何平衡复杂氧化 还原反应。
氧化剂与还原剂的介绍
详细了解氧化剂和还原剂的性质、特点以及在氧化还原反应中的作用和应用。
标准氧化还原电势的概念
介绍标准氧化还原电势的概念和计算方法，以及与氧化还原反应的关系。
氧化还原电位表的构成和使用
探讨氧化还原电位表的结构和使用，以及该表对氧化还原反应的理解和预测的重要性。
反应中电子的传递方式
大学无机化学课件氧化还原
大学无机化学课件氧化-还原是一个关于氧化还原反应的详细介绍和讨论。我 们将探讨氧化还原反应的定义、重要性以及相关概念和实验技术。
氧化还原反应的定义
了解氧化还原反应的含义，理解电子转移的过程，以及相关的定义和规则。
氧化-还原反应的重要性
探讨用。
无机化学Ⅰ：11.氧化还原反应
§11-2 氧化还原反应和电极电势～导电机理
原电池是由氧化还原反应 产生电流的装置，它使化学能 转变为电能。
电池反应： Zn Cu 2 Zn2 Cu
原电池表示为：
()Zn | Zn2 (1mol / L) || Cu2 (1mol / L) | Cu()
界面
盐桥
界面
§11-2 氧化还原反应和电极电势
验证：
化学反应的电池设计
3、沉淀反应 Ag Cl AgCl （1） 首先选定一个电极 Ag Ag 电极反应： Ag e Ag （2） 将(1)－(2) Ag Cl e AgCl 电池即为： Ag AgCl Cl Ag Ag
验证：
因为......这里的盐桥改为饱和硝酸钾溶液。
化学反应的电池设计
§11-1 氧化还原反应
Байду номын сангаас
二、氧化态法配平氧化还原反应式
KMnO 4 HCl MnCl 2 Cl 2
1.根据实验结果写出 主要反应物和生成物
2.求出元素氧化数的变化值
3.调整系数， 使氧化数变化相等 4.配平反应前后氧化数
2KMnO 4 10HCl 2MnCl 2 5Cl 2 未发生变化的原子数
11-2-2 电极电势差
产生的原因 Zn Zn2 2e 或称机理： Cu2 2e Cu
*
§11-2 氧化还原反应和电极电势
影响电极电势的因素：电极的本性、温度、介质酸度、 离子浓度等。
当外界条件一定时，电极电势差的高低就取决于电极的 本性。对于金属电极，则取决于金属离子化倾向的大小。
金属越活泼，溶解成离子的倾向越大，离子沉积的倾向 越小，达成平衡时，电极的电势越低；
验证：
化学反应的电池设计
无机化学氧化还原反应的实验计算与平衡探究
无机化学氧化还原反应的实验计算与平衡探究无机化学中，氧化还原反应是一类重要的反应类型。
它涉及原子或离子的电子转移过程，常常伴随着物质的氧化和还原状态的变化。
本实验旨在通过一系列实验，探究氧化还原反应的计算与平衡的相关问题。
一、实验目的本实验的目的是通过探究各种氧化还原反应，了解其反应类型、计算反应物质的物质量以及平衡状态的相关知识。
二、实验原理1. 氧化还原反应氧化还原反应指的是在反应中，氧化剂得到电子而被还原，而还原剂失去电子而被氧化的反应过程。
氧化剂是电子受体，而还原剂是电子供体。
2. 氧化还原反应的计算针对氧化还原反应的计算中，通常需要计算反应物质的物质量和平衡状态。
其中，反应物质量的计算可通过化学方程式和摩尔比的关系来求解；平衡状态则是指在反应过程中反应物质的摩尔比达到一定比例时，反应停止的状态。
三、实验步骤1. 根据实验所需，准备相应的实验器材和试剂，如电容量瓶、分析天平、试管、试剂溶液等。
2. 针对氧化还原反应的计算与平衡探究，选择合适的实验模型和反应物质进行实验。
根据实验结果，确定反应物质量和平衡状态。
3. 根据实验计算所得的数据，进行相应的数据处理和分析。
比较不同实验条件下的结果差异，探究氧化还原反应的规律和影响因素。
四、实验结果及讨论1. 分析实验数据，计算不同实验条件下反应物质的物质量和平衡状态。
比较各实验组的数据差异，得出相应结论。
2. 探究不同氧化还原反应的特点和规律。
比如，某些反应中氧化剂和还原剂的摩尔比保持不变，而反应物质量有所改变；而另一些反应中，摩尔比和物质量均有变化。
3. 分析实验中存在的误差和不确定性。
如实验操作的不准确、仪器误差等。
通过引入适当的实验控制组，减小误差和提高实验的可靠性。
五、实验结论通过本实验，我们得出以下结论：1. 氧化还原反应是一种涉及电子转移的反应类型。
2. 氧化剂是电子受体，还原剂是电子供体。
3. 氧化还原反应的计算可通过化学方程式和摩尔比的关系来求解。
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第十一章氧化还原反应
§本章摘要§1.原电池
原电池电极电势和电动势
2.氧化还原反应方程式的配平
电极反应式的配平氧化还原方程式的配平
3.电池反应的热力学
电动势和电池反应的关系电动势和电池反应的关系浓度对
E 和的影响(Nernst 方程)水溶液中离子的热力学函数
4.化学电源
化学电源
5.分解电压和超电压
分解电压和超电压
6.和电极电势有关的图示
电势- pH 图元素电势图自由能- 氧化数图
1
4
1 的
(1)
片上，进入溶随着上述过程的进行，左池中过剩，显正电性，阻
－+ 2 e 过剩，
阻碍电子从左向右移动，阻碍反应+ 2 e - Cu
不能持续
(2)
的溶液中，构成锌电极。
这
接触时，有两种过程可能发生：
Zn ----+ 2 e
+ 2 e --- Zn
- 电极来说，一般认为是锌片上留下负电荷而进入溶液。
和
Zn - 电极的电极电势。
溶液均处于标准态时，这个
表
表示。
电极电势
至此，我们定义了电极电势和，电池的电和电池的电动势可以测得，这将在物理
值的测定中仍有一些值必须组成一个电路，
值的参比电极。
测出由待测电极和参比电极组成的原电池的电动势E,
值，就可以计算出待测电极的电极电
(1 )
1.013Pa
原电池的电动势
表示电极中极板与溶液之间的
动势为电池的标准电动势，
大的电极为正极，故电
所以，电池反应
] = 1。
[ KCl ] = 1。
其
而求得。
, 离子共存的溶液中，
物质。
如,
值增大的顺序从上到下排列。
-即得，正极的电极反应减去负极的电极反应即原电池的电池反应。
在电池反应中，正极的
反应减去负极的电极反应即原电池的电池反应：
正极的氧化型 是氧化剂，它被还原成其还原型
其氧化型。
值越大表示氧化型物质越容易被还原。
这种电极电势被称为‘还原电势’
第十一章 氧化还原反应
§本章摘要§ 1.原电池
原电池 电极电势和电动势 2.氧化还原反应方程式的配平
电极反应式的配平 氧化还原方程式的配平 3.电池反应的热力学 电动势
和电池反应的关系 电动势和电池反应的关系
浓度对
E 和
的影响 (Nernst 方程) 水溶液中离子的热力学函数
4.化学电源 化学电源
5.分解电压和超电压 分解电压和超电压
6.和电极电势有关的图示
电势 - pH 图 元素电势图 自由能 - 氧化数图
以电对为例，配平其电极
OH, 等；而在碱介质中则不应出现酸性物质，如
, 等。
根据电对
介质条件。
第十一章氧化还原反应
§本章摘要§1.原电池
原电池电极电势和电动势
2.氧化还原反应方程式的配平
电极反应式的配平氧化还原方程式的配平
3.电池反应的热力学
电动势和电池反应的关系电动势和电池反应的关系浓度对
E 和的影响(Nernst 方程)水溶液中离子的热力学函数
4.化学电源
化学电源
5.分解电压和超电压
分解电压和超电压
6.和电极电势有关的图示
电势- pH 图元素电势图自由能- 氧化数图
电动势和电池反应的的关系
化学反应在烧杯中进行时，虽有电子转移，但不产生电流，属于恒温恒压无非体积功的过程。
其自发进行的判据是rG < 0
- rG > W
时，转移的电子为
-rG = W rG = -nEF
， z 为一无单位的纯数，公式的单位统一于
从公式rG = -zEF 可见，rG < 0 ，而公式则变成
的关系，相当于
和
的关系，关于这一点后面还要详细地讨
和电池反应的的关系 求得氧化还原反应的平衡常数，例 1求反应298 。
池，求出，再求出。
例 即
= 0.2 V 就可以达到
原电池，以求其。
和的影响
电对的半
反应，
原型
氧化型
其电子转移数为
= 0 V 保持不变，1HAc , 的值。
要大；
减小，比
要小。
所以电动势可以由下式算出
因为正极和负极都是氢电极，所以
响
和
值
1
，
相当于已知电极。
和= 1.0
决定的。
值变得越小；
最后，要知道若还原型生成沉淀，值将变大。
将变化后的浓度代入电极电势的可通过计算得到变化后的 值。
1
，而且将这个标准态看成是
] = 1 ，求出上式中的1和Ka = 5.1
则变小；
变大。
1的
第十一章氧化还原反应
§本章摘要§1.原电池
原电池电极电势和电动势
2.氧化还原反应方程式的配平
电极反应式的配平氧化还原方程式的配平
3.电池反应的热力学
电动势和电池反应的关系电动势和电池反应的关系浓度对
E 和的影响(Nernst 方程)水溶液中离子的热力学函数
4.化学电源
化学电源
5.分解电压和超电压
分解电压和超电压
6.和电极电势有关的图示
电势- pH 图元素电势图自由能-
氧化数图
应。
燃料电池是否成功的关键在于选择适当的电
极材料和催化剂，
第十一章氧化还原反应
§本章摘要§1.原电池
原电池电极电势和电动势
2.氧化还原反应方程式的配平
电极反应式的配平氧化还原方程式的配平
3.电池反应的热力学
电动势和电池反应的关系电动势和电池反应的关系浓度对
E 和的影响(Nernst 方程)水溶液中离子的热力学函数
4.化学电源
化学电源
5.分解电压和超电压
分解电压和超电压
6.和电极电势有关的图示
电势- pH 图元素电势图自由能- 氧化数图
= - 2.37 V
值过于小，
第十一章氧化还原反应
§本章摘要§
1.原电池
原电池电极电势和电动势
2.氧化还原反应方程式的配平
电极反应式的配平氧化还原方程式的配平
3.电池反应的热力学
电动势和电池反应的关系电动势和电池反应的关系浓度对
E 和的影响(Nernst 方程)水溶液中离子的热力学函数
4.化学电源
化学电源
5.分解电压和超电压
分解电压和超电压
6.和电极电势有关的图示
电势- pH 图元素电势图自由能- 氧化数图
值要受值
的
值
值，= 0.54 V
值与素的化合价为 左边加 这个电极反应就是氢电极的电极反应 = 0 V 当程可表示为= 1.23 V ( pH = 0 ,
= 1.23 ) ,( pH = 14 ,
2
第十一章氧化还原反应
§本章摘要§1.原电池
原电池电极电势和电动势
2.氧化还原反应方程式的配平
电极反应式的配平氧化还原方程式的配平
3.电池反应的热力学
电动势和电池反应的关系电动势和电池反应的关系浓度对E 和的影响(Nernst 方程)水溶液中离子的热力学函数
4.化学电源 化学电源
5.分解电压和超电压 分解电压和超电压
6.和电极电势有关的图示
电势 - pH 图 元素电势图 自由能 - 氧化数图
值。
便得到该件作图，横线上的
值分别表示为
]=1
时，高碘酸考察氯元素的图的一部分：它意味着因，
形式为。
2
1
（右）< （左）
化反应）生成
考察碘的元素电势图
312
G
有关系式对于若干相
，也可以
i
和i
未知的i
素作图。
横坐标：各种氧化数；纵坐标：自由能。
应式和它的电极电势；再利用公式
求出各电对或者说各个电极反应的值，即可做出图
为:
斜率的分子为:
；-。
结
式:得
电势成正比关系。
所以，
可以看出，连线
的氧化型
这相当于在下面的元素电势图中。