氧化还原反应和电极电位

负极上失去电子，反应物发生氧化反应：
负极反应 ：Zn(s) Zn2+ (aq)+ 2e-（氧化反应） 正极上得到电子，反应物发生还原反应：
正极反应：Cu2+ (aq)+ 2e- Cu(s)（还原反应）
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 (s)+ Cu2+ (aq)
Cu2+ (aq)→ Cu(s)
电子供体(Zn)失去电子，称为还原剂；电子受体 （Cu2+）得到电子，称为氧化剂。
氧化还原反应的实质：
（1）氧化还原反应的本质是物质在反应过程中有 电子的得失，从而导致元素的氧化值发生变化。
（2）氧化还原反应中电子的得失既可以表现为电 子的偏移，又可以表现为电子的转移。
原电池组成可以用电池组成式（电池符号）表示。 上述Cu-Zn原电池的电池组成式是：
CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) 这两类不同的氧化还原反应可以用氧化值概念统一： 元素的氧化值发生了变化 。
元素的氧化值发生了变化的化学反应称为氧化还原 反应。
Zn(s) +Cu2+ (aq)= Cu(s) + Zn2+(aq) 氧化值升高的反应称为氧化反应，例如：
Zn(s) → Zn2+(aq) 氧化值降低的反应称为还原反应，例如：
氧化型物质及对应的还原型物质称为氧化还原电对, 通常写成：氧化型/还原型（Ox/Red），如：
Cu2+/Cu；Zn2+/Zn
“十二五” “十二五”
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第二节 原电池和电极电位
• 1.原电池 • 2.电极电位的产生 • 3.标准电极电位
一、原电池
（一）原电池的组成 Zn(s)+ CuSO4 (sln)
Cu(s) + Zn2+ (aq)
原电池的组成：
1. 两个半电池（或电极）：半电池包括电极材料 （电极板）和电解质溶液，电极板是电池反应中电子转
移的导体, 氧化还原电对的电子得失反应在溶液中进行 。
2. 盐桥：连接两个半电池，沟通原电池的内电路， 消除液接电位。
（二）原电池组成式
原电池一般由两个半电池（或电极）组成。半电池 包括电极板(电子导体)和电解质溶液，氧化还原电对 中的电子得失反应在电极板与溶液的界面上进行。两 个半电池由盐桥连接，它的作用是沟通原电池的内电 路。
（二）氧化还原半反应和氧化还原电对
氧化还原反应可以根据电子的转移，由两个氧化还 原半反应构成。例如：
Zn(s) +Cu2+ (aq)= Zn2+(aq) + Cu(s)
一个“半反应”是氧化反应： Zn － 2e- → Zn2+
另一个“半反应”为还原反应： Cu2+ + 2e- → Cu
氧化反应和还原反应同时存在，在反应过程中得 失电子的数目相等。
化物中为-1，如在H2O2、Na2O2中；在超氧化物中为-
1 2
,
如在KO2中；在OF2中为+2。
（4）H的氧化值在大多数化合物中为+1，但在金 属氢化物中为-1，如在NaH、CaH2中。
（5）电中性的化合物中所有原子的氧化值的和为 零;
2020年8月2日星期日
第八章 氧化还原反应和电极电位
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（6）单原子离子中原子的氧化值等于离子的电荷。 例如Na+离子中Na的氧化值为＋1。
一、氧化值（氧化数）
1970年IUPAC给出的定义是：氧化值(oxidation number)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电子指定给电负性更大 的原子而求得。
例：NH3中，N的氧化值是-3，H的氧化值是+1。
确定元素氧化值的规则：
（1）单质中原子的氧化值为零。
氧化还原半反应用通式写做：
氧化型 + ne- 还原型
pOx + ne- qRed
n：为半反应中电子转移的数目； Ox：氧化型物质； Red：还原型物质。
溶液中的介质参与半反应时，虽然它们在反应中未 得失电子，也应写入半反应中。如半反应：
MnO4-+ 8H+ + 5e- Mn2+ + 4H2O
氧化型包括MnO4-和H+；还原型为Mn2+ (不包括溶 剂H2O)。
（7）多原子离子中所有原子的氧化值的和等于离 子的电荷数。
例： Fe3O4 中，Fe：+8/3； S4O62- 中，S：+5/2。
所以，氧化值可为整数，也可为分数。
【例8-1 】求Cr2O72-中Cr的氧化值和Fe3O4中Fe的 氧化值。
【解】 设Cr2O72-中Cr的氧化值为x, 由于氧的氧化 值为-2，有：
Cu(s) + ZnSO4 (sln)
ΔrGm= - 212.6 kJ·mol- → Cu
氧化反应 还原反应
i
A
e-
Zn
Cu
ZnSO4
CuSO4
原电池: 将化学能转化成电能的装置称为原电池 (primary cell)，简称电池。
原电池可以将自发进行的氧化还原反应所产生的化 学能转变为电能，同时对外做电功。
2x + 7×(-2) = -2，x = +6 故Cr的氧化值为+6。
设Fe3O4中Fe的氧化值为x ，由于氧的氧化值为-2， 有：
3x + 4×(-2) = 0，x= +8/3 故Fe的氧化值为+8/3。
二、氧化还原反应
（二 ）氧化还原反应 1. 电子转移
Zn(s) + (aq)Cu2+ (aq)= Cu(s) + Zn2+(aq) 2. 电子偏移
（2）卤族元素。① 氟的氧化值在所有化合物中为 -1。② 其它卤原子的氧化值在二元化合物中为-1。③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。④ 在含氧化合物中按氧化物 决定，如ClO2中Cl的氧化值为+4。
（3）O的氧化值在大多数化合物中为-2，但在过氧
从理论上讲，任何一个氧化还原反应都可以设计成 一个原电池。
在上述原电池中，ZnSO4 溶液和Zn片构成Zn半电 池（half-cell），CuSO4溶液和Cu片构成Cu半电池。 半电池中的电子导体称为电极（electrode）
根据检流计指针的偏转方向判断，电流从Cu电极流 向Zn电极，电子从Zn电极流向Cu电极。Zn电极输出 电子，是原电池的负极(anode)；Cu电极输入电子， 是原电池的正极(cathode)。