K-L方程以及电子转移数计算
学习高中化学知识氧化还原反应的电子的转移数
学习高中化学知识氧化还原反应的电子的转移数氧化还原反应是化学中非常重要的一类反应，也是我们学习化学的基础。
在氧化还原反应中，电子的转移对于反应的进行起着重要的作用。
本文将介绍氧化还原反应中电子转移数的概念、计算方法以及其在化学中的应用。
一、电子转移数的概念在氧化还原反应中，发生氧化的物质会失去电子，同时发生还原的物质会获得电子。
电子转移数是指在反应中电子从一个物质转移到另一个物质的数量。
它与化学方程式中所写出的反应物和生成物的系数有关。
二、电子转移数的计算方法计算电子转移数的方法主要有两种：根据化学方程式和物质的氧化态变化。
下面将介绍这两种方法的具体步骤。
1. 根据化学方程式计算根据氧化还原反应的化学方程式，可以得知反应物和产物中各种物质的物质的个数，进而计算出电子转移数。
步骤如下：1) 根据化学方程式列出反应物和产物。
2) 观察反应物和产物中氧化物与还原物的氧化态变化。
3) 计算各种物质的电子转移数，通过比较氧化物和还原物的氧化态的变化。
2. 根据物质的氧化态变化计算在许多情况下，我们可以通过观察物质的氧化态变化来推断电子转移数。
步骤如下：1) 分析反应物和产物中氧化物与还原物的氧化态变化。
2) 观察氧化物的氧化态的增加量，该增加量即为电子的转移数。
三、电子转移数在化学中的应用电子转移数概念的运用在化学中具有广泛的应用，下面将介绍几个典型的应用。
1. 氧化还原反应的平衡根据电子转移数，我们可以判断氧化还原反应的平衡性。
当反应物和生成物中的电子转移数相等时，反应是平衡的。
反之，如果电子转移数不相等，则反应需要进一步进行转移以达到平衡。
2. 电子转移数和化学反应速率的关系在氧化还原反应中，电子转移数和反应速率之间存在着一定的关系。
通常情况下，电子转移数越大，反应速率越快。
3. 电池和电解池中的应用在电池和电解池中，电子的转移是必不可少的。
电池通过氧化还原反应转移电子，产生电能。
电解池则通过外加电势使物质发生氧化还原反应，实现电子的转移。
K-L方程不同转速计算ORR电子数及Origin画图
参考文献：Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 10800 –10805
DOI: 10.1002/anie.2
(1)
当w单位为弧度每秒（rad/s）时
代入所有常数，计算得出
B=0.11n (mA*cm-2*s1/2) （1）
此时斜率K=1/B=1/(0.11n) （K通过origin线性拟合得到）得电子转移数: n=1/(0.11K)
(2)
当w单位为转每分钟（r/min=rpm）时
B=0.2nFC0 D02/3 V-1/6
计算得：B=0.035n
斜率K=1/(0.035n)
所以n=1/(0.035K)
(二) 线性拟合求斜率K
以V=0.3时数据为例，做线性拟合（linear fit）
选中两列数据，analysis—fitting—linear fit—last used
复制拟合后的数据
得到拟合前后的数据表
选取前两列做点状图
双击图层1左上角数字
选中我们要用的线状图
选中我们要画的数据
点击：add
点击OK，最终结果如下
当同时处理多组数据时，同以上操作斜率K见下图
环盘电极测试。
KL法计算ORR电子数
这个方程式取自Dai Liming组的一 篇JACS，有些文献方程（2）中的 常数不是0.2，是因为电流值采取的 单位不一样，这个方程式中一定要 用电流密度
I(mA.cm-2)
0
lsv
-1
-2
-3
-400r 1600r 2045r 2500r 3600r
得到…
1/ω0.5
1/j
X值
每一列对应不同电位下的Y值
用Origin作图并线性拟合…
拟合好的K-L Plots
1/j (mA-1. cm2)
1.0
0.4V
0.5V
0.9
0.6V
0.7V
0.8
0.8V
0.9V
0.7
1.0V
0.6
0.5
0.4
0.3
0.015 0.020 0.025 0.030 0.035 0.040 0.045 0.050 0.055
1ω/ω-10/2.5
Origin线性拟合后每条线对应一个slope，该斜率即方程（1） 中的1/B，将B和溶液相关常数（F,D,ν,C)代入方程（2）可以得 到电子数n
-1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2
Potential (AgCl/Ag)
Sweep rate: 5mV/s
固定扫速，测定不同 旋转速度下线性伏安 曲线（LSV）（CV 也可以），取同一电 位不同扫速下的电流 密度值
电位 ω j
1/ω0.5
复制上图数据区域，选择性粘贴(注意括号选项)
氧化还原反应的电子转移计算
氧化还原反应的电子转移计算在化学的世界里，氧化还原反应是一类极其重要的化学反应。
而其中电子转移的计算，更是理解和掌握这类反应的关键所在。
首先，咱们得明白啥是氧化还原反应。
简单来说，就是在反应中，有元素的化合价发生了变化。
化合价升高的过程被称为氧化，化合价降低的过程则称为还原。
而在这个过程中，电子就在不同的元素之间发生了转移。
那为啥要计算电子转移呢？这可太重要啦！通过计算电子转移的数量，我们能更好地理解反应的本质，搞清楚氧化剂和还原剂之间的关系，还能进行化学方程式的配平，以及解决各种与化学反应相关的定量问题。
那怎么来计算电子转移的数量呢？这就需要我们先确定反应中的氧化剂和还原剂。
氧化剂在反应中是得到电子的，而还原剂则是失去电子的。
比如说，铜和硝酸的反应：3Cu ＋ 8HNO₃(稀) ＝ 3Cu(NO₃)₂＋2NO↑ ＋ 4H₂O。
在这个反应里，铜的化合价从 0 价升高到了＋2 价，所以铜是还原剂；硝酸中的氮元素，化合价从＋5 价降低到了＋2 价，所以硝酸是氧化剂。
接下来，我们要根据化合价的变化来确定每个原子得失电子的数目。
对于铜，一个铜原子失去 2 个电子；对于硝酸，一个氮原子得到 3 个电子。
然后，为了计算总的电子转移数目，我们还得考虑参与反应的原子个数。
在这个方程式中，有 3 个铜原子参与反应，所以总共失去 6 个电子；生成 2 个一氧化氮分子，也就是 2 个氮原子被还原，所以总共得到 6 个电子。
这样一来，这个反应中总的电子转移数目就是 6 个。
再举个例子，高锰酸钾和浓盐酸的反应：2KMnO₄＋ 16HCl(浓) ＝2KCl ＋ 2MnCl₂＋ 5Cl₂↑ ＋ 8H₂O。
在这个反应中，高锰酸钾中的锰元素化合价从＋7 价降低到＋2 价，一个锰原子得到 5 个电子；而盐酸中的氯元素，化合价从－1 价升高到 0 价，一个氯原子失去 1 个电子。
方程式中有 2 个锰原子被还原，所以得到 10 个电子；生成 5 个氯气分子，也就是 10 个氯原子被氧化，失去 10 个电子，总的电子转移数目就是 10 个。
高中化学氧化还原反应的电子转移数计算技巧解密
高中化学氧化还原反应的电子转移数计算技巧解密在高中化学学习中，氧化还原反应是一个重要的内容。
而在氧化还原反应中，电子转移数的计算是解题的关键。
掌握电子转移数的计算技巧，可以帮助我们更好地理解和解决相关问题。
本文将为大家详细介绍一些电子转移数计算的技巧，并通过具体的例子进行说明。
首先，我们需要了解什么是电子转移数。
在氧化还原反应中，氧化剂会接受电子，被还原；而还原剂会失去电子，被氧化。
电子转移数就是指在反应中一个物质失去或接受的电子数目。
通过计算电子转移数，我们可以确定氧化剂和还原剂的相对强弱，以及反应的性质。
在计算电子转移数时，有几个常见的规则和技巧可以帮助我们简化计算过程。
首先，对于单质和离子，其电子转移数为其电荷数。
例如，氧气分子（O2）中氧原子的电子转移数为0，因为氧原子的电荷数为0。
而氧化态为+2的铁离子（Fe2+）中铁原子的电子转移数为2，因为铁原子失去了两个电子。
其次，对于复合物和化合物，我们可以通过观察其原子的氧化态变化来计算电子转移数。
例如，对于反应Cu + H2SO4 -> CuSO4 + H2O，我们可以通过观察硫的氧化态的变化来计算铜的电子转移数。
在反应前，硫的氧化态为+6，反应后为+4，说明硫原子接受了两个电子。
由于铜是单质，其电子转移数为0，所以铜原子失去了两个电子。
此外，有些化合物中的原子可能存在多个氧化态，这时我们需要根据反应条件和反应物的性质来确定电子转移数。
例如，对于反应KMnO4 + HCl -> KCl +MnCl2 + H2O + Cl2，我们需要确定氧化态发生变化的是锰（Mn）原子。
在反应前，锰的氧化态为+7，反应后为+2，说明锰原子接受了5个电子。
而氯原子的氧化态从-1变为0，说明氯原子失去了一个电子。
因此，锰的电子转移数为5，氯的电子转移数为1。
除了以上的计算技巧，我们还可以通过化学方程式的平衡来确定电子转移数。
在平衡的化学方程式中，氧化剂和还原剂的电子转移数之和必须相等。
K-L法计算ORR电子数
-1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2
Potential (AgCl/Ag)
Sweep rate: 5mV/s
固定扫速，测定不同 旋转速度下线性伏安 曲线（LSV）（CV 也可以），取同一电 位不同扫速下的电流 密度值
电位 ω j
1/ω0.5
复制上图数据区域，选择性粘贴(注意括号选项)
得到…
1/ω0.5
1/j
X值
每一列对应不同电位下的Y值
用Origin作图并线性拟合…
拟合好的K-L Plots
1/j (mA-1. cm2)
1.0
0.4V
0.5V
0.9
0.6V
0.9V
0.7
1.0V
0.6
0.5
0.4
0.3
0.015 0.020 0.025 0.030 0.035 0.040 0.045 0.050 0.055
1ω/ω-10/2.5
Origin线性拟合后每条线对应一个slope，该斜率即方程（1） 中的1/B，将B和溶液相关常数（F,D,ν,C)代入方程（2）可以得 到电子数n
根据K-L方程计算氧还原电子数
这个方程式取自Dai Liming组的一 篇JACS，有些文献方程（2）中的 常数不是0.2，是因为电流值采取的 单位不一样，这个方程式中一定要 用电流密度
I(mA.cm-2)
0
lsv
-1
-2
-3
-4
-5
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400r 900r 1600r 2045r 2500r 3600r
Ag在碱性介质中作氧还原催化剂综述
Ag在碱性介质中作氧还原催化剂综述Ag在碱性介质中作氧还原催化剂综述本文较为全面地归纳了氧还原反应中使用的各种银基催化剂：纯银、碳载银、银合金、银-过渡金属氧化物。
论述了催化剂的机理、优缺点。
此外，简要阐述了银基催化剂的一些合成方法，并介绍了催化剂的形貌、PH值、成分对氧还原反应的影响，最后对银基催化剂的研究现状进行了小结并指出今后可能应用的领域，展示出良好的应用前景。
一、在碱性介质中的ORR机理在碱性溶液中，Yeager认为ORR主要有4e和2e 两种反应途径：(1) 直接4e 反应途径O2＋2H2O＋4e→4OH－ψ°＝0.401 Va(2) 2e-2e 逐步反应途径O2＋H2O＋2e→ HO2－＋OH－ψ°＝－0.065 VbHO2－＋H2O＋2e→3OH－ψ°＝0.867 Vc中间产物HO2－或可发生歧化反应2HO2－→2OH－＋O2d反应b, c合起来即是反应a, 因此这种反应途径又可叫做准4e反应途径或连续4e反应途径,其中, 反应c被认为是速控步骤. 如果ORR按2e-2e逐步反应途径进行, 则将主要面临两个问题: (1) 若反应c没有进行,则阴极反应的转移电子数减半, 能量密度降低; 而且电池的输出电压、功率性能也相应下降, (2)在碱性溶液中稳定的HO2－容易在催化剂的作用下发生反应d, 从而降低催化剂活性。
所以, 能直接催化氧还原按反应a的途径进行就显得尤为重要; 另一方面, 考虑到燃料电池的实用化, 催化材料也应具有在碱性溶液中寿命长和制作成本低、储量丰富等特点, 而在上述的催化材料中,银是少数同时具有上述三项优点的催化材料之一。
但是, Ag 的这种4e反应途径与Pt还是有区别的,已有研究表明Ag在催化还原氧的过程中有过氧化氢产物, 在卤素离子的影响下, 这种现象就更加明显。
除此之外, Ag不仅具有良好的耐碱性, 而且在碱性电解质中随着OH－升高(0.1～11.1 mol/L)反而能提升Ag的催化活性。
学习化学氧化还原反应的电子转移数
学习化学氧化还原反应的电子转移数化学中的氧化还原反应是研究物质间电子转移过程的重要内容之一。
在这样的反应中，原子、离子或分子通过电子转移，改变了氧化态。
电子转移数是指参与反应的一个化学实体（原子、离子或分子）在反应中增加或减少的电子数量。
电子转移数（也称为电荷转移数）是描述氧化还原反应中电子转移的关键参数。
它可以通过平衡反应方程式来确定。
在平衡反应方程式中，通常会注明反应物的氧化态和还原态。
例如，考虑以下反应：2Fe^2+ + Cl_2 → 2Fe^3+ + 2Cl^-在这个反应中，铁离子（Fe^2+）从氧化态+2被氧化到+3，氯分子（Cl_2）从氧化态为0被还原为氯离子（Cl^-）。
根据这个反应方程式，我们可以计算出电子转移数。
对于铁离子，其氧化态从+2增加到+3，说明它丢失了1个电子。
对于氯分子，其氧化态从0减少到-1，说明它获得了2个电子。
因此，电子转移数为1。
同样地，我们可以考虑另一个反应：2MnO_4^- + 5H_2O_2 + 6H^+ → 2Mn^2+ + 8H_2O + 5O_2在这个反应中，高氧化态的高锰酸根离子（MnO_4^-）被还原为低氧化态的锰离子（Mn^2+），过氧化氢（H_2O_2）被氧化为水（H_2O）和氧气（O_2）。
根据这个反应方程式，我们可以计算出电子转移数。
对于高锰酸根离子，其氧化态从+7减少到+2，说明它获得了5个电子。
对于过氧化氢，其氧化态从0减少到-2（在水中），说明它失去了2个电子。
因此，电子转移数为5。
通过这些例子，我们可以看到电子转移数是根据反应方程式中参与反应的化学实体的氧化态变化来确定的。
电子转移数提供了有关氧化还原反应中电子转移的重要信息，对于理解和分析化学反应机制至关重要。
在实际应用中，它还可以用于计算反应物的摩尔比例、确定电子传导的路径等。
综上所述，学习化学氧化还原反应的电子转移数是理解和分析化学反应机制的重要内容。
通过计算电子转移数，我们可以了解氧化还原反应中电子转移的数量和方向，为进一步研究和应用化学提供了基础。
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ORR 反应历程分析
图3.5展示的是ORR 的反应历程的两种途径：一种是四电子途径，氧分子得到4个电子变成了H 2O 或OH -；另一种是二电子途径，氧分子得到2个电子变为H 2O 2或HO 2-，最终还是变为H 2O 或OH -。
图3.5 ORR 反应过程及电子转移过程
Fig. 3.5 ORR Process and Electron Transfer Process
氧气还原反应在水系电解质中是一系列复杂的化学反应，它涉及到多级的电子转移过程还有复杂的含氧物质转化过程(包括O 2、OH -、O 2-和HO 2-)[84, 85]，涉及的正极反应如下所示：
22O + 2H O + 4e 4OH −−→
(3.1) 2222H O + OH H O + HO −−→
(3.2) 22HO + H O + 2e 3OH −−−→
(3.3) 222O +H O + 2e HO + OH −−−→ (3.4)
分析方程可知：在碱性环境下，可以进行四电子(4e -)和二电子(2e -)反应途径，最终产物均为OH -。
在大多数情况下，氧气分子溶解到水中后，在电极表面获得2e -变成H 2O 2。
而H 2O 2会与OH -作用生成超氧酸根离子(O 2-)，但最后会与水作用
转化为OH -。
由于ORR 过程的复杂性，实际在碱性电解质中，四电子和二电子反应途径同时发生。
ORR 的电流可用Koutechy-Levich 方程[88] (简称K-L 方程)表示：
1111k d f
j j j j =++ (3.5)
式(3.5)中j f -1非常小，可忽略不计，故简化上式得： 111k d j j j =+ (3.6)
j k 可认为是常数，j d 的公式为：
2/31/21/600.620d j nFAC D ων−=
(3.7)
公式中的字母含义如下：
j —实验中测得的电流，A ；
j k —RDE 的动力学控制电流，A ；
j d —RDE 的极限电流，A ；
j f —RDE 的扩散极限电流，A ；
n —ORR 中的电子转移数；
F —法拉第常数，96485 C/mol ；
A —电极的面积，cm 2；
k —氧气还原速率常数； C 0—溶液中氧气的浓度，(pH 5~13：1.2×10-3；pH 14：0.84×10-3)，mol/cm 3； D —氧气分子的扩散率，(pH 5~13：1.9×10-5；pH 14：1.65×10-5)，cm 2/s ； ω—圆盘电极转速，rad/s ；
v ——溶液的动力学粘度，1 mol/L KOH ：0.01 cm 2/s 。
结合式(3.6)、(3.7)分析：j 为实验所测的电流，故j -1已知；j k 可认为是常数；将0.620nF AC 0 D 2/3 v -1/6记作K ，则式(3.7)可变为：
1/21111k j j K ω=+⋅ (3.8)
因此，根据实验数据，将同一电压下、不同转速和其对应的电流密度作图，即得
j-1和ω-1/2的散点图，这些点都在一条直线上，斜率为K-1，便可求出电子转移数n。
本测试选取的电压为-0.3 V~ -1.0 V不等，选取的转速同RDE测试的转速。
要注意问题：
1、转速ω单位是rpm/min，转换为rad/s：400 rpm/min=400*2п/60 rad/s。
2、ω转换为ω-1/2在表格数据中输入=1/(ω^0.5)。
3、电流i要转换成1/(-i)。
电流密度排序：由转速低向高排序。
4、根据K-L方程计算出的斜率= K-1，K=0.620nF AC0 D2/3 v-1/6。
5、0.1 mol/L KOH的pH=13。
6、F=96485 C/mol，A=0.196 cm2，C0=1.2×10-3 mol/cm3，D=1.9×10-5 cm2/s，
v=0.01 cm2/s。
7、D转换为D2/3输入=D^(2/3)，v转换为v-1/6输入=v ^ -(1/6)。
8、电子数n=1/ K-1*0.620nF AC0 D2/3 v-1/6
9、得出斜率两种方法：1）选中excle中的数据→插入→散点图→点击右键→趋
势线→显示公式，显示R方值→得到斜率。
2）在orgin中选中图中的点，点击菜单栏中Analysis→fitting→liner fit→Open dialog→点击OK，出现图表，有公式以及斜率。