氧化还原及电极电位
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电极
化学反应中的氧化还原电位与电极氧化还原反应是化学反应中非常重要的一种类型。
在氧化还原反应中，电子的转移导致了原子或离子的氧化和还原。
这种电子转移过程涉及到电极和氧化还原电位的概念。
一、电极电极是指在氧化还原反应中起着电子转移的作用的物质。
电极分为两种类型，即负极和正极。
负极又称为还原电极，它是氧化还原反应中接受电子的地方，通常是由还原剂构成。
正极又称为氧化电极，它是氧化还原反应中提供电子的地方，通常是由氧化剂构成。
二、氧化还原电位氧化还原电位是评估氧化还原反应中电子转移的能力的物理量。
它反映了氧化剂和还原剂进行氧化还原反应的趋势和力量。
氧化还原电位用E表示，单位为伏特（V）。
氧化还原电位是通过比较参与氧化还原反应的两种物质在标准状态下的电极电势差来确定的。
标准氧化还原电位用E°表示，单位仍然是伏特（V）。
在标准氧化还原电位中，参与反应的物种的浓度被规定为1mol/L，在温度为298K的情况下进行测量。
三、氧化还原电位与反应方向根据氧化还原电位的值，可以判断氧化还原反应的方向。
当两个物质的氧化还原电位的差值（ΔE）大于0时，反应会向着具有较正电位的物质发生。
反之，当ΔE小于0时，反应会向着具有较负电位的物质发生。
根据这个原理，可以预测氧化还原反应的进行方向，并判断哪个物质是氧化剂，哪个物质是还原剂。
氧化剂是具有较正氧化还原电位的物质，它会接受电子。
还原剂是具有较负氧化还原电位的物质，它会提供电子。
四、应用氧化还原电位在许多化学反应中具有重要的应用价值。
它可以用于计算电池电势，评估电池的性能。
电池电势是通过将正极和负极的氧化还原电位之差（ΔE）计算得到的。
较大的电势差意味着更强的电池，因为它产生了更大的电流。
此外，氧化还原电位还可以用于研究化学反应的速率。
具有较大氧化还原电位差的氧化还原反应通常具有更快的速率，因为电子的转移更容易发生。
总结：化学反应中的氧化还原电位与电极密切相关。
电极在氧化还原反应中起着电子转移的作用，其中氧化电极提供电子，还原电极接受电子。
氧化还原与电极电位(第八版)
③、金属-金属难溶盐-阴离子电极 （如Ag-AgCl电极）：
电极组成式：Ag︱AgCl(s)︱Cl-(c) 电极反应：AgCl+e→Ag+Cl-
+4 -2
-2
CO2(g) + 2H2O(g)
8e
CH4(g) 2O2(g)
CO2(g) CO2(g) + 2H2O(g)
氧化剂： O2(g)
还原剂：CH4(g)
2、氧化还原半反应和氧化还原电对：
Zn(s) + 2H+(aq)
Zn2+(aq) + H2(g)
Zn-2e
Zn2+
氧化半反应
2H++2e
H2
还原半反应
Ox + ne
氧 化 型
电 子 转 移
Red Ox/Red
还
原
氧化还原电对
型
Zn2+/Zn，H+/H2。 MnO4- + 5e + 8H+
Mn2+ + 4H2O
溶
液
MnO4-,H+/Mn2+
介
质
◊ 请总结：氧化还原反应和酸碱反应之 间有什么相似的规律？
三、氧化还原反应方程式的配平： 离子－电子法。例：
E=0，ΔrGm=0，反应达到平衡态。
标 态
Eθ>0，ΔrGθm<0，反应正向自发进行。 Eθ<0，ΔrGθm>0，反应逆向自发进行。
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。
五章氧化还原与电极电位
3、2Fe2+(0.05)+MnO2+4H+(0.1) 2Fe3+ (0.5) +Mn2+(0.01)+2H2O 负极 Fe2+Fe3++e正极 MnO2 +4H+ +2e- Mn2+ +2H2O (-) Pt Fe3+(0.5) , Fe2+(0.05) Mn2+(0.01) , H+ (0.1) MnO2 , Pt (+)
0.05916 c（MnO4 ）c （H ) lg 5 c( Mn2 ) 0.05916 6 8 (MnO4-/Mn2+)= 1.507+ lg(10 ) =0.939(V) 5
pH↑,[H+] ↓, φ ↓, pH↓,[H+]↑, φ ↑,
a 0 . 05916 c (Ox) (Ox/Red)= (Ox/Red)+ lg b n c (Re d )
T=298.15K
注意事项：(Ox/Red)=(Ox/Red)+
0.05916 C a (Ox) lg b n C (Re d )
1、c(Ox)，c(Red)分别代表电极反应式中各物质浓度的乘积（如 有 H+ 、 OH- 参与反应，应包括在其中），如果氧化剂、还原剂 前的计量系数不是1，则应以该化学计量数作为其浓度的指数。 2、电极中氧化型或还原型物质是固体, 纯液体或稀溶液中的 溶剂时，其浓度规定为1，故不必列入Nernst方程。
体，紧靠电极板
2、原电池的符号表示 （原电池组成式） 负极（-）在 左， 正极（+）在 右， 盐桥用 “||” (-) ZnZn2+(c1) Cu2+(c2)Cu (+)
氧化还原与电极电位
第六章第六章 氧化还原与电极电位氧化还原与电极电位氧化还原与电极电位氧化还原反应(oxidation-reduction reaction)是化学反应中的极为重要的一大类反应,对生命过程具有重要的作用, 因为体内的许多有关糖类、脂肪、蛋白质等营养物质以及诸多药物的代谢反应是属于氧化还原反应的。
学习氧化还原与电极电位的基础理论对于认识生物体系中氧化还原的规律性以及利用氧化还原反应建立生物医学研究方法是必不可少的。
第一节第一节 氧化还原氧化还原一、氧化还原的概念氧化还原的概念在历史上随着人们对氧化还原反应的不断深入理解而不断完善。
最初是以“结合氧为氧化”，“失去氧为还原”来定义氧化还原反应。
但是，许多氧化还原反应不一定有氧参加，如2Na＋Cl 2＝2NaCl是氧化还原反应，但与氧无关。
为了更深入、广泛地认识氢化还原反应，1970年，国际纯化学和应用化学学会(IUPAC)提出了氧化数(oxidation number）的概念：元素的氧化数是该元素一个原子的荷电数，这种荷电数是将成键电子指定给电负性较大的原子而求得的。
按照元素氧化数的定义，可以得出求算元素氧化数的几条规则：(l)在单质分子中，元素的氧化数为0。
因为像 F 2, O 2, Cl 2等单质分子，其成共价键电子无偏向性，因此原子的表观荷电数为零。
(2)在电中性化合物中，所有元素的氧化数总代数和为零。
(3)对于单原子离子，元素的氧化数等于离子的电荷数。
如 S 2－的氧化数为－2，Ca 2＋的为＋2；对于原子团，所有元素的氧化数之和等于离子的电荷数。
根据计算氧化数的规则我们可以方便地计算出下列元素在化合物中的氧化数： 在KMnO 4中，Mn的氧化数为＋7； 在MnO 42-中，Mn的氧化数为＋6；在Na 2S 4O 6 (连四硫酸钠) 中S氧化数为＋2.5氧在化合物中氧化数一般为－2,（如CaO), 但在过氧化物(如H 2O 2)中为－1，在超氧化物(如NaO 2)中为－1/2，在OF 2中为＋2，因为F的电负性比O大。
基础化学第八章(氧化还原与电极电位)
越强的氧化剂
非标准状态下： (Ox/Red)
检流计
e
Zn A
(salt bridge)
e
Cu
饱和 KCl溶 液配制 的琼脂 凝胶
ZnSO4
CuSO4
1mol.L-1
1mol.L-1
铜锌原电池
[Example]: Under standard conditions, determine the strength of the following reducing agent and oxidizing agent
1、适用于水溶液中，不适用于非水溶液 系统和高温下的固相液相反应。 2、 θ没有加合性，其数值与反应系数 无关。 例如：Fe3+ + e- Fe2+ 或 2Fe3+ + 2e2Fe2+ θ(Fe3+/Fe2+)= + 0.771V
(四)标准电极电位的应用
(the table of standard electrode potential) （1）判断标准态下氧化还原能力相对强弱 aOx + nebRed 标准状态下(under standard conditions) ： θ (Ox/Red)越大： 越易得到电子 越难失去电子 越弱的还原剂
M
Mz+ Mz+ Mz+
Mz+
二、电极电位(electrode potential)
M
e e e
Mz+
Mz+
M(s)
(dissolve) 溶解
z+ M (aq)+ze
Mz+ Mz+
二、电极电位(electrode potential)
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。
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2．应用标准电极电位数据，解释下列现象：
（1）为使 Fe2+溶液不被氧化，常放入铁钉。
（2）H2S 溶液，久置会出现浑浊。
（3）无法在水溶液中制备 FeI3 。
（ (Fe3+/Fe2+)＝0.77V， (Fe2+/Fe)＝－0.45V， (S/H2S)＝0.14V， (O2/H2O)＝1.23V，
(I2/I-)＝0.54V ）
解 （1） 正极反应 Cl2(g)+2e- → 2 Cl－ (aq) 属于气体电极
负极反应 Ag(s)+Cl-(aq) → AgCl(s)+e- 属于金属-难溶盐-阴离子电极
电池反应 2Ag（s）+ Cl2(g) →2AgCl(s) n=2
（2） 正极反应 PbCl2(s)+2e- →Pb(s)+2Cl- (aq) 属于金属-难溶盐-阴离子电极
将 和 数据带入
＝ －1.136 V＝1.358 V－1.136 V＝0.222V，
又由
AgCl(s) + Ag Ag+ + Cl- + Ag
＝ =(0.222-0.799 6)V/0.059 16V＝-9.76
Ksp(AgCl) = 1.74×10-10
例 8-3 在 Ag+、Cu2+离子浓度分别为 1.00×10-2mol?L-1 和 1.00mol?L-1 的溶液中加入铁
C. (-) Zn|Zn2+(c)‖Cu2+(0.1c)|Cu (+)
D. (-) Zn|Zn2+(0.1c)‖Cu2+(c)|Cu (+)
E. (-) Zn|Zn2+(2c)‖Cu2+(c)|Cu (+)
3．已知 (Zn2+/Zn)=－0.76V， (Ag+/Ag)=0.80V，将这两电对组成原电池，则电池的标准电
负极反应 Zn(s) → Zn2+(aq)+2e-
属于金属-金属离子电极
电池反应 2MnO4- (aq)+16H+(aq)＋5Zn(s)→2Mn2+(aq)＋8H2O(l)＋5Zn2+ (aq) n=10
（4） 正极反应 Ag+(c2) +e- → Ag(s)
属于金属-金属离子电极
负极反应 Ag(s) → Ag+ (c1) + e-
＝-285 840J?mol-1-298K×(69.94-130.5 - ×205.03) J?mol-1?K-1
＝-237 244 J?mol-1
1 式－2 式得
HgO(s) → Hg(l) + O2(g)
……（3 式）
△rGmθ＝-178 718 J?mol-1-(-237 244 J?mol-1)＝58 526 J?mol-1
3． 组成原电池的两个电对的电极电位相等时，电池反应处于平衡状态。（ ）
4． 氢电极的电极电位是 0.0000 伏。（ ）
5． 增加反应 I2 + 2e-
2I-中有关离子的浓度，则电极电位增加。（ ）
二、选择题（将每题一个正确答案的标号选出） [TOP]
1．下列关于氧化值的叙述中，不正确的是
（）
A. 单质的氧化值为 0
当 HgO 在空气中能稳定存在时， =0.2 atm，Kp= = 0.447
再由
=
=
计算得 T2＝784.2K
学生自测题 [TOP] 判断题 选择题 填空题 问答题 计算题
一、判断题（对的打√，错的打×）
1． CH4 中 C 与 4 个 H 形成四个共价键，因此 C 的氧化值是 4。（ ）
2． 浓差电池 Ag|AgNO3(c1)||AgNO3(c2)|Ag，c1< c2, 则左端为负极。（ ）
金属离子的电极电位相等时，第二种金属离子才能被还原。
解 = ＋ 0.059 16Vlog[Ag+]
＝ 0.799 6V + 0.059 16Vlg(1.00×10-2) = 0.681 3 V
= = 0.341 9 V
由于 ＞ ，Ag+是较强氧化剂，当加入还原剂铁粉时首先被还原。
当 = 时，Cu2+离子被还原。则
五、计算题
[TOP]
1．设计一原电池，计算 AgCl 的溶度积常数 Ksp，并写出原电池的组成式。
2．已知 (Cu2+/Cu)＝0.340V， (Ag+/Ag)＝0.799V，将铜片插入 0.10mol?L-1 CuSO4 溶液中，
银片插入 0.10mol?L-1 AgNO3 溶液中组成原电池。
(1) 计算原电池的电动势。
属于金属-金属离子电极
电池反应 Ag+(c2) → Ag+ (c1)
n=1
例 8-2 25℃时测得电池 (-) Ag(s)│AgCl(s)│HCl(c)│Cl2(100kp)│Pt(s) (+) 的电动势
为 1.136V，已知 ( Cl2/Cl-)=1.358V, ( Ag+/Ag)=0.799 6V，求 AgCl 的溶度积。
分析 首先根据电池电动势和已知的标准电极电位，由 Nernst 方程求出 AgCl/Ag 。其次：
AgCl 的平衡 AgCl(s)ห้องสมุดไป่ตู้Ag+ (aq)+ Cl-(aq)，方程式两侧各加 Ag：
AgCl(s) + Ag(s) Ag+ (aq)+ Cl-(aq) + Ag(s)
AgCl 与产物 Ag 组成 AgCl/Ag 电对；反应物 Ag 与 Ag+组成 Ag+/Ag 电对。AgCl(s)的溶度积常
动势为
()
A. 2.36V B. 0.04V
C. 0.84V
D. 1.56V
E. 1.18V
4．对于电池反应 Cu2+ + Zn＝Cu + Zn2+，下列说法正确的是
（）
A. 当 c(Cu2+)＝c(Zn2+)时，电池反应达到平衡。
B. 当 (Zn2+/Zn)＝ (Cu2+/Cu) 时，电池反应达到平衡。
愈强的 (4) 剂。
3．对于电极反应 Mn++Xe- M(n-x)+，若加入 M (n-x)+的沉淀剂或络合剂，则此电极的电极电
位将 (5) ，Mn+的氧化性将 (6) 。
四、问答题
[TOP]
1．随着溶液 pH 的升高，下列物质的氧化性有何变化？
MnO ，Cr2O ，Hg ，Cu2+，H2O2，Cl2
= 0.799 6V+ 0.059 16Vlg[Ag+] = 0.341 9V
[Ag+] = 1.82×10-8（mol?L-1）
例 8-4 298K 时电池 (-) Pt(s)│H2(100kp)│NaOH(sln)│HgO(s)│Hg(l) (+) 的 =0.926V，
反应 H2(g)+ O2(g) = H2O(l)的△rHm = -285.84kJ ?mol-1。又：
解 给定的电池反应：HgO(s)+ H2 → Hg(l) +H2O(l) 且 n＝2 ……（1 式）
△rGmθ= -nFEθ= -2×96 500C?mol-1×0.926V＝-178 718 J?mol-1
由
H2(g) + O2(g)＝H2O(l)
……（2 式）
△rGmθ[H2O (l)]＝△rHmθ－T×△rSmθ
(2) 写出电极反应、电池反应和原电池符号。
(3) 计算电池反应的平衡常数。
学生自测答案 [TOP]
一、判断题
1. × 2. √ 3. √ 4. × 5. ×
二、选择题
1.C 2.D 3.D 4.E 5.B
三、填空题
1．(1) (2) －1
2．(3) 失去 (4) 还原
3． (5) 增大 (6) 增强
第八章 氧化还原反应与电极电位
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难题解析 [TOP]
例 8-1 写出并配平下列各电池的电极反应、电池反应，注明电极的种类。
（1） (-) Ag(s)│AgCl(s) │HCl(sln)│Cl2(100kp)│Pt(s) (+)
（2） (-) Pb(s)│PbSO4(s)│K2SO4(sln)‖KCl(sln)│PbCl2(s)│Pb(s) (+)
四、简答题
1．MnO ，Cr2O 和 H2O2 作为氧化剂的半反应分别为：
MnO ＋8H+＋5e- Mn2+＋4H2O
Cr2O ＋14 H+＋6e- 2Cr3+＋7H2O
H2O2＋2H+＋2e- 2H2O
当 pH 升高时，H+浓度降低，相应电对的电极电位减小，上述半反应正向进行的趋势减弱，因
此 MnO 、Cr2O 和 H2O2 的氧化性均减弱。
（3） (-) Zn(s)│Zn2+(c1)‖MnO4-(c2), Mn2+(c3), H+(c4)│Pt(s) (+)
（4） (-) Ag(s) | Ag+ (c1) ‖Ag+(c2) │Ag(s) (+)
分析 将所给原电池拆分为两个电极。负极发生氧化反应，正极发生还原反应，写出正、负
极反应式，由正极反应和负极反应相加构成电池反应。
(1) 由 △rGmθ＝－RTlnKp，
lnKp= -△rGmθ/RT = -58 526 J?mol-1/(8.314 J?mol-1?K-1×298K) = -23.62