第十四讲氧化还原反应与电化学详解
氧化还原反应与电化学
5. 电极电势
电极电势
关于原电池的疑问
– 为何组成原电池后，电子会自发由负极流向正极？为何两个电极 之间存在电势差？ – 不同的电极组成原电池后，哪个为正极，哪个为负极？
电极电势(电极电位)
电极电势
电极电势
标准氢电极
标准电极电势绝对值是无法测定的，于是建立了标准氢电极(SHE)
4. 原电池
原电池
铜锌原电池（ Daniell电池） 直接氧化还原反应
negative pole
特点
– Zn + CuSO4 = ZnSO4positive + Cu
pole
氧化反应和还原反应发生在 不同地方
电子通过外电路由发生氧化 – 电子传递直接在氧化剂与还原剂接触面进行 – 化学能转变为热能，无法直接利用 反应的电极传递到发生还原 反应的电极
本题虽未标明，但明显应是碱性环境
电对：ClO-/Cl– 半反应： ClO- + H2O + 2e- = Cl- + 2OH-
电对：Fe(OH)3/FeO42最终结果
– 半反应：Fe(OH)3 + 5OH- = FeO42- + 4H2O + 3e– 2Fe(OH)3 + 3ClO- + 4OH- = 2FeO42- + 3Cl- + 5H2O
电极电势的产生 M(s)
双电层理论
溶解 沉淀
Mz+ + ze-
M活泼 + + + + – – – –
氧化还原反应和电化学
氧化还原反应和电化学氧化还原反应和电化学是化学领域中重要的研究方向，它们在生产、能源、环境保护等各个领域都具有重要的应用价值。
本文将从氧化还原反应的基础知识入手，介绍氧化还原反应的定义、特征以及电化学的相关概念和应用。
一、氧化还原反应的基本概念和特征1.1 氧化还原反应的定义氧化还原反应是指化学反应中，电子从一种物质转移到另一种物质的过程。
在氧化还原反应中，发生氧化的物质失去电子，而发生还原的物质则获得电子。
整个过程涉及到电子的转移和能量的释放。
1.2 氧化还原反应的特征氧化还原反应的特征可以总结为以下几个方面：1）电子的转移：氧化还原反应中，电子从一个物质转移到另一个物质，导致物质的氧化或还原。
2）氧化和还原：氧化是指物质失去电子，还原是指物质获得电子。
3）氧化剂和还原剂：氧化剂是指能接受电子的物质，还原剂是指能提供电子的物质。
4）氧化态和还原态：在氧化还原反应中，物质的氧化态和还原态发生变化。
二、电化学的基本概念和应用2.1 电化学的基本概念电化学是研究电能与化学能之间相互转化的学科。
它涉及到电解、电池等重要概念。
2.2 电化学的应用电化学在许多领域都有广泛的应用。
以下是电化学的几个应用方面：1）电解：通过电解，可以将化合物分解为原子或离子，使得某些实验或工业过程得以实现。
2）电池：电化学电池是将化学能转化为电能的装置，广泛应用于电子产品、交通工具等领域。
3）腐蚀和防腐：电化学腐蚀是指金属在电解质中发生的一种化学腐蚀过程，而电化学防腐则是通过电化学方法来保护金属材料。
4）电解池：电解池是用于电解过程的装置，广泛应用于化学实验、电镀、电解精炼等领域。
三、氧化还原反应与电化学的关系氧化还原反应和电化学有着密切的关系。
氧化还原反应中的电子转移过程是电化学研究的基础。
通过电化学的方法，我们可以控制和利用氧化还原反应，实现能量的转化和化学反应的控制。
例如，电化学电池就是通过氧化还原反应来产生电能的装置。
氧化还原反应与电化学
氧化还原反应与电化学氧化还原反应是化学反应中常见的重要类型之一，也是电化学研究的核心内容。
在化学中，氧化还原反应涉及到电子的转移过程，使得一个物质被氧化而另一个物质被还原。
电子转移的同时，伴随着原子、离子或者分子的氧化还原状态的变化。
本文将介绍氧化还原反应的基本概念和电化学的相关知识。
一、氧化还原反应的基本概念氧化还原反应是指在化学反应中，某些物质失去电子而被氧化，同时，其他物质获得这些电子而被还原的过程。
在氧化还原反应中，常常涉及到电子的传递。
被氧化的物质叫做还原剂，因为它让其他物质被还原；而被还原的物质则称为氧化剂，因为它让其他物质被氧化。
氧化还原反应可以通过氧化态的变化来体现。
在氧化还原反应中，原子、离子或者分子的氧化态增加，表示该物质被氧化；而氧化态减少则表示该物质被还原。
氧化态是衡量原子或者离子相对电荷的一种方式，通常用希腊字母表示。
例如，“+”表示正的氧化态，“-”表示负的氧化态。
二、电化学基础知识电化学是研究电能与化学反应之间关系的学科。
它包括两个主要的分支：电解学和电池学。
1. 电解学：电解学研究的是化学反应受到外加电压影响的过程。
在电解学中，电解是指通过外加电压使得非自发性的氧化还原反应发生。
在电解池中，被氧化的物质进入阳极，转化成离子或者原子，同时释放出电子；而被还原的物质进入阴极，接受这些电子，转化成原子或者离子的形式。
2. 电池学：电池学研究的是化学反应产生电能的过程。
在电池中，化学反应是自发进行的，并且通过电子流动产生电流。
电池包括两个电极：阳极和阴极。
阳极是发生氧化反应的地方，阴极是发生还原反应的地方。
在电池中，正极指的是发生还原反应的电极，而负极指的是发生氧化反应的电极。
三、应用举例氧化还原反应和电化学在我们的生活中有着广泛的应用。
1. 腐蚀与防腐氧化还原反应是金属腐蚀的重要原因之一。
金属在与氧气接触时会发生氧化反应，使得金属表面产生氧化物。
腐蚀会导致金属的物理性质和化学性质发生变化，造成质量和经济上的损失。
氧化还原反应与电化学
氧化还原反应与电化学氧化还原反应是一种在化学反应中非常重要的类型，它涉及物质的电荷转移和电子流动。
与氧化还原反应密切相关的是电化学，电化学则是研究电荷转移和电流在化学反应中的应用。
本文将探讨氧化还原反应与电化学之间的联系以及它们在现实生活中的应用。
一、氧化还原反应氧化还原反应（简称氧化反应和还原反应）是指物质中原子氧化态和还原态发生变化的过程。
在氧化反应中，物质失去电子并增加氧化态；而在还原反应中，物质获得电子并减少氧化态。
氧化还原反应是一种相互联系的电子流动过程，其中一个物质被氧化，同时另一个物质被还原。
氧化还原反应具有普遍性和广泛性。
它们在自然界和工业生产中都起着非常重要的作用。
例如，许多金属的氧化反应会导致它们产生锈蚀，损失金属的本来特性和价值。
此外，许多生化反应，如呼吸和新陈代谢中产生的能量，也是通过氧化还原反应进行的。
二、电化学基础电化学是研究电荷转移与电流在化学反应中的应用的科学学科。
它探究了氧化还原反应如何与电流和电势相关，并通过控制电流和电势来实现对化学反应的控制和调节。
电化学中的两个重要概念是电解和电池。
电解是一种利用外加电流引起氧化还原反应的过程。
在电解中，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。
电池是一种将化学能转化为电能的装置，其中氧化还原反应是产生电流的基础。
三、氧化还原反应在电化学中的应用氧化还原反应在电化学中有许多实际应用。
以下是几个常见的例子：1. 腐蚀防护：通过将金属制品镀上一层不易被氧化的物质，例如使用电镀技术将锌镀在铁上，可以防止金属产生氧化反应，减缓腐蚀的速度。
2. 电解水制氢：电解水是一种将水分解为氢气和氧气的反应。
通过将电流通过含水溶液中的两个电极，可以将水分解为氢气和氧气，从而产生可用于能源和化学反应的氢气。
3. 电池技术：电池是一种将化学能转化为电能的设备。
它基于氧化还原反应，通过控制金属离子和氧化物之间的电子传递来产生电流。
电池在我们日常生活中被广泛使用，例如干电池、锂电池和燃料电池。
氧化还原反应、电化学
氧化还原反应、电化学知识归纳 2015.4.8一、 氧化还原反应失————升————氧—————还——————氧（被氧化） （做还原剂） （所得产物氧化产物）（发生氧化反应）得————降————还—————氧——————还（被还原） （做氧化剂） （所得产物还原产物） （发生还原反应）氧化剂具有氧化性，还原剂具有还原性氧化剂被还原，发生还原反应； 还原剂被氧化，发生氧化反应1、 利用氧化还原反应原理书写陌生方程式熟记常见的氧化剂及对应的还原产物、还原剂及对应的氧化产物氧化剂 KMnO 4 MnO 2 硝酸、 (H +、NO 3-) 浓硫酸 H 2O 2 O 2Cl 2 Fe 3+ HClO还原产物Mn 2+ NO 2 或NO SO 2 H 2O OH - Cl - Fe 2+ Cl - 还原剂 金属S 2- SO 32- SO 2I - Fe 2+ Br - H 2 C (有机物) H 2O 2氧化产物M n+ S SO 42- I 2 Fe 3+ Br 2 H + CO 2 O 22、建立氧化还原反应方程式的书写模型二、电化学（一）原电池1、原电池正负极的判断：① 、据电极材料：较活泼的电极材料——负极；较不活泼的电极材料——正极（一般规律）②、据电极发生的反应：失电子——负极；负——失——氧（氧化反应）得电子——正极；正——得——还（还原反应）③、根据电流方向或电子流向：电流(外电路)，由正极流向负极；电子则由负极经内电路流向原电池的正极。
④ 、、据内电路离子的迁移方向：阳离子流向电池正极．阴离子流向原电池负极。
2、电极反应式的书写（1）根据总反应或者题目的提示，找出氧化剂、还原剂以及对应的产物（2）正极发生还原反应，氧化剂+ n e－==还原产物负极发生氧化反应，还原剂—n e－== 氧化产物（3）利用化合价升降守恒推出正确的转移电子数（4）反应式两端添加电解质中存在的离子，使反应式电荷守恒（5）利用元素守恒写出完整的电极反应式（二）、电解池1、电解池阴阳极的判断：① 、据电源的正负极判断：阳极——与电源的正极相连；阴极——与电源的负极相连②、据电极发生的反应：失电子——阳极；阳（极）——失——氧（氧化反应）得电子——阴极；阴（极）——得——还（还原反应）③、据内电路离子的迁移方向：阳离子流向电解池阴极．阴离子流向电解池阳极。
氧化还原反应与电化学
氧化还原反应与电化学氧化还原反应是化学中最基本的反应类型之一，其与电化学的关系密不可分。
本文将探讨氧化还原反应与电化学之间的联系，并介绍其在实际应用中的意义。
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，其中一种物质被氧化（失去电子），另一种物质被还原（获得电子）。
在氧化还原反应中，氧化剂接受电子而被还原，还原剂失去电子而被氧化。
二、氧化还原反应的判别方法为了判断一个反应是否为氧化还原反应，我们可以根据以下几点进行分析：1. 电荷变化：氧化反应中，氧化剂的电荷减少，还原剂的电荷增加。
2. 氧化态的改变：化学物质的氧化态改变可以作为氧化还原反应的标志。
三、电化学的基本概念电化学是研究电与化学反应之间相互转化的科学，主要包括电解和电池两个方面。
1. 电解：将电能转化为化学能的过程称为电解。
电解涉及到正负电极、电解质和电解液等因素。
2. 电池：将化学能转化为电能的装置称为电池。
电池由两个半电池组成，每个半电池都包含一个电解质和一个电极。
四、氧化还原反应与电化学的联系氧化还原反应与电化学密切相关，电子的转移正是氧化还原反应中的核心过程。
氧化剂与还原剂之间的电子转移导致了电流的流动。
1. 电解过程中的氧化还原反应：在电解中，当外加电压大于一定值时，电解液中的化学物质发生氧化还原反应，从而实现电流的通过。
2. 电池中的氧化还原反应：在电池中，化学反应导致了电子的转移和电势的变化。
正极发生氧化反应，负极发生还原反应，电子在电解质中流动，产生了电势差。
五、氧化还原反应与电化学的应用氧化还原反应与电化学在各个领域中都有重要的应用，下面简要介绍其中几个方面：1. 电解产生金属：通过电解可以将金属离子还原为金属，实现金属的提取和纯化。
2. 电池的应用：电池作为一种便携式的能源装置，广泛应用于生活中的电子产品、交通工具和能源储备等方面。
3. 化学分析：电化学分析技术可以用于测定物质的含量、离子浓度和pH值等参数，具有快速、准确、灵敏的特点。
氧化还原反应与电化学
氧化还原反应与电化学氧化还原反应和电化学是化学学科中两个重要的概念。
氧化还原反应是指化学物质之间电子的转移过程，是化学反应的一种基本类型。
而电化学研究的是电能与化学能之间的相互转化关系，通过电化学实验可以对化学反应进行研究和控制。
本文将详细介绍氧化还原反应和电化学的基本概念、原理与应用。
一、氧化还原反应氧化还原反应是电子转移过程的化学反应。
在氧化还原反应中，物质可以失去电子（被氧化）或者获得电子（被还原）。
氧化还原反应可以用电子的流动来描述，在反应过程中产生电流。
氧化还原反应的关键参数是氧化剂和还原剂。
氧化剂是指可以接受电子的物质，它在反应中发生还原。
还原剂是指可以给予电子的物质，它在反应中发生氧化。
氧化还原反应的基本表达式是：氧化剂 + 还原剂→ 还原剂 + 氧化剂氧化还原反应对于生命的存在和能量交换起着重要作用。
例如，细胞呼吸过程中发生的有机物的氧化就是一个氧化还原反应。
此外，氧化还原反应还广泛应用于电池、金属腐蚀以及化学合成等领域。
二、电化学的基本概念与原理电化学研究的是电能和化学能之间的相互转化关系。
它研究了电解过程、电池的工作原理、电化学平衡等内容。
电化学反应是指利用电流来引发的化学反应。
电解池是进行电化学反应的装置，它由阳极、阴极和电解质溶液组成。
在电解过程中，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。
电化学反应的基本原理是法拉第定律和电极电势。
法拉第定律描述了通过电解质溶液的电流与产生的化学反应之间的关系。
电极电势是反应进行的动力学参数，它可以通过电位差和电子传递速率来描述。
电化学还包括电化学平衡和电化学动力学。
电化学平衡是指电解过程中正反应和逆反应达到动态平衡的状态。
电化学动力学研究的是电化学反应速率与外部电势、浓度和温度等因素之间的关系。
三、氧化还原反应与电化学的应用氧化还原反应和电化学在生活和工业中有广泛的应用价值。
其中最常见的应用是电池。
电池是将化学能转化为电能的装置，包括干电池、蓄电池和燃料电池等。
氧化还原反应与电化学
氧化还原反应与电化学氧化还原反应是化学反应中常见的一种类型，它涉及到物质的电荷转移过程。
而电化学则是研究电荷转移过程的学科，其中包括了氧化还原反应的研究。
本文将以氧化还原反应与电化学为题，介绍它们的基本原理、应用以及相关实验技术。
一、基本原理氧化还原反应涉及到电荷的转移，其中一个物质失去电子，我们称之为氧化剂；另一个物质获得电子，我们称之为还原剂。
这个过程中，氧化剂被还原成为较低价态，还原剂被氧化成为较高价态。
氧化还原反应可以用半方程式来表示，其中一个物质的电荷转移过程称为氧化半反应，另一个物质的电荷转移过程称为还原半反应。
半方程式的形式如下：氧化半反应：Oxidant + ne^- → Reduced还原半反应：Reduced → Oxidant + ne^-在氧化还原反应中，电子的数目是相等的，因此两个半反应需要乘以系数来保持电子平衡。
二、应用领域氧化还原反应在生活中和科学研究中有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1. 电池技术：电池是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的设备。
常见的电池有干电池、锂离子电池等。
2. 金属腐蚀：氧化还原反应是金属腐蚀的基本过程。
金属与氧气发生氧化反应，从而导致金属的腐蚀。
3. 化学分析：氧化还原反应可以用于化学分析中，例如可以通过观察还原剂与指示剂的颜色变化来确定金属的含量。
4. 燃料电池：燃料电池是利用氧化还原反应将燃料的化学能直接转化为电能的设备。
燃料电池被广泛应用于汽车、航天等领域。
三、电化学实验技术电化学实验技术是研究电化学过程的重要手段，以下介绍几种常见的电化学实验技术：1. 电解质溶液的电导性测量：通过测量电解质溶液的电导率，可以了解溶液中离子的浓度及运动性质。
2. 极化曲线的绘制：通过改变电流密度来绘制极化曲线，可以了解电极表面的电化学性质以及反应动力学过程。
3. 循环伏安法：通过在电位范围内进行循环电位扫描，可以确定氧化还原反应的峰电位和峰电流等参数。
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原电池和电极——原电池的表示方法 原电池的表示的一般方法为：
Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu
这个反应同时有热量放出，这是化学 能转变为热能的结果。这一反应也可在 图1所示的装置中进行。
原电池和电极——原电池
KCl(aq)
这种装 置能将 化学能 转变成 为电能， 称为原 电池。
图1 铜锌原电池
原电池和电极——原电池 在两电极上进行的反应分别是：
氧化是失去电子，还原是得到电子。
“失去”一词并不意味着电子完全移 去。当电子云密度远离一个原子时，该 原子即是氧化。这是氧化还原反应意义 的进一步扩展。
氧化还原反应——氧化还原电对
2. 氧化还原电对
我们把一个还原型物种(电子给体)和 一个氧化型物种(电子受体)称为氧化还 原电对： 氧化型+ ze还原型
任何一个氧化还原反应都可看作是两 个半反应之和。例如，铜的氧化反应可 以看成是下面两个半反应的结果：
Cu(s)-2e- =Cu2+
½ O2(g)+2e- =O2-
氧化还原反应——氧化与还原 它们的代数和即是总的反应。金属铜 失去电子，变成铜离子，铜被氧化；氧 得到电子，变成氧离子，氧被还原。因 此，氧化和还原可定义为：
原电池和电极——原电池的表示方法 2. 原电池的表示方法 原电池由两个半电池组成，在上述铜 锌原电池中，烧杯Ⅰ中的锌和锌盐溶液 组成一个半电池，烧杯Ⅱ 中的铜和铜盐 溶液组成另一个半电池，两个半电池用 盐桥连接。为了方便，在电化学中通常 表示为：
Zn ZnSO 4 (1mol / L) CuSO 4 (1mol / L) Cu
负极反应：Zn - 2e- = Zn2+
(氧化反应) 正极反应：Cu2+ + 2e- = Cu
(还原反应)
电池反应 Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu
原电池和电极——原电池
正极和负极：根据电位高低来判断， 电位高的为正极，低的为负极，电流 方向由正极向负极，电子由负极向正 极移动。阴极和阳极：根据电极反应 判断，发生氧化反应的为阳极，发生 还原反应的为阴极。
本部分所要掌握的主要内容 5.电极电势及标准电极电势的概念及 影响因素； 6.氧化剂、还原剂强弱的判断；氧化 还原反应方向的判断； 7. 电解与电镀过程的基本概念，电解 过程析出物质的顺序； 8. 一些常见化学电源 9. 金属电化学腐蚀的原理及基本防腐 方法。
一、氧化还原反应 1.氧化与还原
氧化本来是指物质与氧化合，还原是 指从氧化物中去掉氧恢复到未被氧化前 的状态的反应。
氧化还原反应——元素的氧化数
3. 元素的氧化数
指某元素一个原子的荷电数，这种荷 电数是假设把每个化学键中的电子指定 给电负性更大的原子而求得。
氧化还原反应——元素的氧化数
确定氧化数的一般原则是： a. 任何形态的单质中元素的氧化数等 于零。 b. 多原子分子中，所有元素的氧化数 之和等于零。 c. 单原子离子的氧化数等于它所带的 电荷数。多原子离子中所有元素的氧化 数之和等于该离子所带的电荷数。
d. 配平反应前后氧化数没有变化的原 子数。
2KMnO4+10NaCl+8H2SO4 =5Cl2+2MnSO4+K2SO4+5Na2SO4+8H2O
e. 最后核对氧原子数。该等式两边 的氧原子数相等，说明方程式已配平。
二、原电池和电极
1. 原电池 在硫酸铜溶液中放入一片锌，将发 生下列氧化还原反应：
氧化还原反应——氧化还原方程式的配平
4. 氧化还原方程式的配平
以高锰酸钾和氯化钠在硫酸溶液中的 反应为例，说明用氧化数法配平氧化还 原反应方程式的具体步骤。 a. 根据实验确定反应物和产物的化学 式： KMnO4+ NaCl + H2SO4
→Cl2 +MnSO4+K2SO4+Na2SO4 + H2O
氧化还原反应——氧化还原方程式的配平
b.找出氧化数升高及降低的元素。锰 的氧化数降低5；氯的氧化数升高1，氯 气以双原子分子的形式存在，NaCl的化 学计量数至少应为2；
氧化数降低5
KMnO4+NaCl+H2SO4→Cl2+MnSO4+K2SO4+Na2SO4 氧化数升高2 +H2O
氧化还原反应——氧化还原方程式的配平
c. 计算氧化数降低与升高的最小公倍 数，上述反应式中5和2的最小公倍数为 10，可知高锰酸钾的系数为2，而氯气 的系数为5，氯化钠的系数为10:
氧化数降低5×2
KMnO4+NaCl+H2SO4→Cl2+MnSO4+K2SO4+Na2SO4 氧化数升高2×5 +H2O
氧化还原反应——氧化还原方程式的配平
在书写半反应时，要把电对的氧化型 物种写在左边，还原型物种写在右边。
氧化还原反应——氧化还原电对 对于Fe2＋，当它作为还原剂和氧化剂 物种时，书写半反应时分别出现在不同 一侧： Fe3+(aq)+eFe2+(aq) Fe2+(aq)+2eFe(s)
还原剂和氧化剂之间的反应是一个氧化还原反 应。氧化剂氧化其他物质，它本身得到电子被 还原；还原剂还原其他物质，它本身失去电子 被氧化。
氧化还原反应——元素的氧化数 d. 在共价化合物中，可按照元素电负 性的大小，把共用电子对归属于电负性 较大的那个原子，然后再由各原子的电 荷数确定它们的氧化数。 e. 氢在化合物中的氧化数一般为+1， 但在金属氢化物中，氢的氧化数为-1。 氧在化合物中的 氧化数一般为-2，但在 过氧化物为-1, 在超氧化物中为-1/2。 f. 氟在化合物中的氧化数皆为-1 。
江苏化学夏令营
氧化还原反应与电化学
2007年7月
简
介
氧化还原反应是化学反应中最重要的 一类, 反应的基本特点是在反应物之间发 生电子的传递，即反应物的原子或离子 发生氧化数改变 。 电化学是研究电能和化学能之间相互 转化及转化过程中有关规律的科学。电 化学工业已成为国民经济的重要组成部 分。
本部分所要掌握的主要内容 1. 氧化还原及氧化数的基本概念；氧 化还原反应方程式的配平； 2.电极的种类及表示方法；电极反应 方程式的书写； 3.原电池及电解池的表示方法；原电 池及电解池中电极符号；电池反应的书 写方法； 4.电解过程法拉第定律，电流效率及 有关计算；