大学化学基础电化学基础和氧化还原平衡
第七章-氧化还原反应与电化学基础
§7.2 电化学电池
5. 正负极
• 电子的流出极叫负极：Zn极 • 电子的流入极叫正极：Cu极
6. 阴阳极
• 阳极(Positive Electrode)： 凡是进行氧化反应的电极叫阳极。
• 阴极(Negative Electrode)： 凡是进行还原反应的电极叫阴极。
第七章 氧化还原反应与电化学基础
在超氧化物中（KO2），氧的氧化数 为 1 ；
2
在氧的氟化物（OF2，O2F2）中，氧的 氧化数分别为+2和+1。
❖ 在所有的氟化物中氟的氧化数为-1。
第七章 氧化还原反应与电化学基础
§7.1 基本概念
例：
SiO2： Si的氧化数为+4； Cr2O72-：Cr的氧化数为+6； Fe3O4： Fe的氧化数为 8 ；
Mz+(aq)+ze-
–
离子电极
2OH-(aq) Pt | O2(p)|OH-(c)
金属-难 溶盐电极
AgCl(s) +e-
Ag(s) +Cl-(aq) Ag|AgCl|Cl-
§7.3 电极电势
(Electrode Potential)
7.3.1 电极电势的产生 7.3.2 电极电势的意义 7.3.3 电池电动势 7.3.4 标准电极电势 7.3.5 标准电极电势表 7.3.6 Nernst方程式 7.3.7 Nernst 方程式的应用
MgCl2(s)
第七章 氧化还原反应与电化学基础
§7.1 基本概念
2. 失去电子的过程叫氧化，得到电子的
过程叫还原
Zn(s) Zn2+(aq)+2eCu2+(aq)+2e- Cu(s) 局限性：形成共价分子的氧化过程不
大学无机化学-第七章-氧化还原反应-电化学基础-课件
种元素的原子总数各自相等且电荷数相等 ④ 确定两半反应方程式得、失电子数目的最小公倍
数。将两个半反应方程式中各项分别乘以相应的 系数，使得、失电子数目相同。然后，将两者合 并，就得到了配平的氧化还原反应的离子方程式。 有时根据需要可将其改为分子方程式。
3Cl2 (g) + 6OH- = 5Cl- + ClO3- + 3H2O 3Cl2 (g) + 6NaOH = 5NaCl + NaClO3 + 3H2O
无机化学
§7.1 氧化还原反应的基本概念
例 4 配平方程式
Cr(OH)3 (s) + Br2 (l) + KOH
K2CrO4 + KBr
Cr(OH)3 (s) + Br2 (l)
电极组成：Pt , Cl2(p) | Cl- (a)
电极反应： Cl2 + 2e
2Cl-
无机化学
§7.2 电化学电池
3. 金属-金属难溶盐-阴离子电极
将金属表面涂有其金属难溶盐的固体，然后浸 入与该盐具有相同阴离子的溶液中构成的电极
电极组成：Ag ,AgCl(s)| Cl- (a) 电极反应：AgCl + e Ag + Cl电极组成：Hg ,Hg2Cl2(s)| Cl- (a) 电极反应：Hg2Cl2+2e 2Hg +2Cl-
无机化学
§7.1 氧化还原反应的基本概念
2-2 半反应法（离子—电子法） 配平原则 （1）反应过程中氧化剂得到的电子数等于还
原剂失去的电子数 （2）反应前后各元素的原子总数相等
氧化还原反应和电化学基础
8
⑷ 离子型化合物中，元素的氧化数等于该 ⑸ 离共子价所型带化的合电物荷中数，，共如用：电N子aC对I。偏向于电负性大 的原子 ，两原子的形式电荷数即为它们的氧化数， 如：HCI。 ⑹ 中性分子中，各元素原子氧化数的代数和为9 零。
S4O62- 4x+(-2)×6=-2 x=2.5 H5IO6 I:+7 ; S2O32- S:+2 例：求MnO4-中Mn的氧化值
2×3
0
+5
Zn+ HNO3
+2
+2
Zn(NO3)2+ NO + H2O
3 ×2
56
配系数
先配变价元素，再用观察法配平其 它元素原子的系数。
15
用氧化数表示氧化还原的状态 对于离子化合物的氧化还原反应来说，电 子是完全失去或完全得到的。但是，对于共价化 合物来说，在氧化还原反应中，有电子的偏移， 但还没有完全的失去或得到，因此用氧化数来表 示就更为合理。
16
例如：
H2+Cl2=2HCl 这个反应的生成物是共价化合物，氢原子的电子 没有完全失去，氯原子也没有完全得到电子，只是形成 的电子对偏离氢，偏向氯罢了。用氧化数的升降来表示 就是氯从0到-1，氢从0到+1。这样，氧化数的升高就是 氧化，氧化数的降低就是还原。在氧化还原反应里，一 种元素氧化数升高的数值总是跟另一种元素氧化数降低 的数值相等的。
11
一、氧化值的定义
在氧化还原反应中，电子转移引起某些原子的价 电子层结构发生变化，从而改变了这些原子的带电状 态。为了描述原子带电状态的改变，表明元素被氧化 的程度，提出了氧化态的概念。表示元素氧化态的的 数值称为元素的氧化值，又称氧化数。
无机化学：第九章 氧化还原反应与电化学基础解析
第九章氧化还原反应和电化学基础一、氧化还原反应方程式的配平1、元素的氧化数（氧化值）(中学：化合价)❖定义：氧化数是某一个元素的荷电数，这种荷电数由假设把每个键中的电子数指定给电负性更大的原子而求得。
❖本质：a、离子化合物中，即正、负离子所带的电荷数；b、极性化合物中，即元素的一个原子提供参与共价键的电子数，其中电负性小，共用电子对离得较远的元素为正氧化数，电负性大、共用电子以离得较近的元素为负氧化数。
『①单质的氧化数为0-1；②在配合物中，当自由基或原子团作为配体时，其氧化数均看作 1；2❖定义：凡有电子得失或共用电子对偏移发生的反应。
氧化——失去电子或共用电子对偏离的变化，相应的物质称为“还原剂”;还原——得到电子或共用电子对接近的变化，相应的物质称为“氧化剂”。
❖氧化剂还原剂——氧化还原反应中，失去电子、氧化数升高的物质（发生氧化反应）因此，凡元素氧化数发生变化的过程，就是氧化还原反应!3、氧化还原反应方程式的配平方法与应用（一）氧化数法：适用于任何氧化还原反应❖依据：还原剂氧化数的升高总值 = 氧化剂氧化数降低总值例1：KMnO4 + FeSO4 + H2SO4 ==①根据反应事实，写出反应产物，注意介质酸碱性：KMnO4 + FeSO4 + H2SO4==MnSO4 +Fe2(SO4)3 + K2SO4 + H2O②调整计量系数，使氧化数升高值 = 降低值:+7 +2 +2 +3KMnO4 + 5 FeSO4 + H2SO4==MnSO4 + 5/2 Fe2(SO4)3 + K2SO4 + H2O③若出现分数，可调整为最小正整数：2 KMnO4 +10 FeSO4 + H2SO4==2 MnSO4 + 5 Fe2(SO4)3 + K2SO4 + H2O法2：配平各元素原子数（观察法）——先配平非H、O原子，后配平H、O原子。
①配平K+、SO42-数目 SO42-：左11，应+7；右182 KMnO4 + 10 FeSO4 + 8 H2SO4 ==2 MnSO4 + 5 Fe2(SO4)3 + K2SO4 + H2O②配平H+数目 H+：左2，应 8 H2O2 KMnO4 +10 FeSO4 + 8 H2SO4==2 MnSO4 +5 Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 8 H2O③配平（或核对）O原子数目：已平衡。
《无机化学》第五章 氧化还原反应和电化学基础
二、氧化还原反应方程式的配平
1. 氧化值法
配平原则：氧化剂中元素氧化值降低的总数等 于还原剂中元素氧化值升高的总数。
配平步骤： （1）写出反应方程式，标出氧化值有变化 的元素，求元素氧化值的变化值。
（2）根据元素氧化值升高总数和降低总数相等 的原则，调整系数，使氧化值变化数相等。
（3）用观察法使方程式两边的各种原子总数相 等。
酸表。
（4）E是电极处于平衡状态时表现出来的特
征，与反应速率无关。
（5）E仅适用于水溶液。
5.饱和甘汞电极：
Hg | Hg2Cl2(s) |KCl (饱和)
Hg2Cl2 (s) + 2e
2Hg(l) +2Cl-
E (Hg2Cl2/Hg)=0.245V
三、 影响电极电势的因素
1.影响 因素
(1)电极的本性：即电对中氧化型或还 原型物质的本性。
还原型：在电极反应中同一元素低氧化值的物质。）
电对：氧化型/还原型
例：MnO2 +4H+ + 2e
Mn2+ +2H2O
电对：MnO2 / Mn2+
（2）E与电极反应中的化学计量系数无关。
例：Cl2 + 2e 1/2Cl2 + e
2Cl- E(Cl2/Cl-)=1.358V Cl-
（3）电极反应中有OH- 时查碱表，其余状况查
（3）分别配平两个半反应，使等号两边的原子 数和电荷数相等。
（4）根据得失电子数相等的原则，给两个半 反应乘以相应的系数，然后合并成配平的离子 方程式。
（5）将离子方程式写成分子方程式。
离子电子法配平时涉及氧原子数的增加和减 少的法则：
氧化还原平衡电化学基础
拓展电化学技术的应用领 域
将电化学技术应用于其他领域 ，如生物医学、传感器、电子 器件等，可以开拓新的应用领 域并促进相关领域的发展。
THANKS
感谢观看
保持实验室通风良好
注意电源安全
在实验过程中，可能会产生有毒或刺激性 气体，因此应保持实验室通风良好，及时 排出有害气体。
在接通电源进行实验时，应注意电源安全 ，避免电极短路或过载，以免发生意外事 故。
实验结果分析
记录实验数据
在实验过程中，应认真观察并 记录电极反应的现象、电流的
变化情况等数据。
整理数据
电解过程
电解池
电解过程是在外加电源的作用下，在电解池中发生的氧化还 原反应。
电解产物
电解过程中，根据电解质的性质和电解条件的不同，会产生 不同的电解产物。
电镀过程
电镀原理
电镀过程是通过电解方法，在金属表 面沉积金属或合金的过程。
电镀应用
电镀广泛应用于工业、电子、航空航 天、汽车、建筑等领域，用于提高材 料表面的耐磨性、耐腐蚀性和美观度 等。
深入研究反应机理和动力 学过程
通过理论计算和实验手段，深 入揭示氧化还原反应的微观机 制和动力学过程，有助于优化 电化学反应过程和提高能源转 换效率。
发展新型电化学储能技术
针对可再生能源的间歇性特点 ，发展高效、长寿命、低成本 的新型电化学储能技术，如锂 硫电池、钠离子电池等，对于 实现可再生能源的高效利用具 有重要意义。
还原态
表示某元素被还原的状态，通常用负 号“-”表示，例如Fe0的还原态为0。
氧化还原反应的方向
氧化反应
物质失去电子的反应，通常需要外界提供能量。
还原反应
物质得到电子的反应，通常释放能量。
第六章氧化还原平衡和电化学基础习题
第六章 氧化还原平衡和电化学基础练习：1、已知： ϕ(Fe 3+/Fe 2+) = 0.77 V ， ϕ(Br 2/Br -) = 1.07 V ， ϕ(H 2O 2/H 2O) = 1.78 V ，ϕ(Cu 2+/Cu) = 0.34 V ， ϕ(Sn 4+/Sn 2+) = 0.15V 则下列各组物质在标准态下能够共存的是：A 、Fe 3+，CuB 、Fe 3+，Br 2C 、Sn 2+，Fe 3+D 、H 2O 2，Fe 2+2、Pt│Fe 3+(1 mol·L -1)，Fe 2+(1 mol·L -1)‖C e 4+(1 mol·L -1)，Ce 3+(1 mol·L -1)│Pt 的电池反应是： A 、Ce 3+ + Fe 3+ = Ce 4+ + Fe 2+ B 、Ce 4+ + Fe 2+ = Ce 3+ + Fe 3+C 、Ce 3+ + Fe 2+ = Ce 4+ + FeD 、Ce 4+ + Fe 3+ = Ce 3+ + Fe 2+3、已知：Fe 3+ + e - = Fe 2+ ϕ= 0.77 V Cu 2+ + 2e - = Cu ϕ= 0.34 VFe 2+ + 2e - = Fe ϕ= -0.44 V Al 3+ + 3e - = Al ϕ= -1.66 V则最强的还原剂是： A 、Al 3+ B 、Fe 2+ C 、Fe D 、 Al4、 ϕ(MnO -4/Mn 2+) = 1.51 V ， ϕ(MnO -4/MnO 2)= 1.68 V ， ϕ(MnO -4/MnO -24) = 0.56 V ，则还原型物质的还原性由强到弱排列的次序是：A 、 MnO -24> MnO 2 > Mn 2+ B 、 Mn 2+ > MnO -24> MnO 2C 、 MnO -24> Mn 2+ > MnO 2 D 、 MnO 2 > MnO -24> Mn 2+5、对于下面两个反应方程式，说法完全正确的是：2Fe 3+ + Sn 2+ = Sn 4+ + 2Fe 2+， Fe 3+ + 21Sn 2+ = 21Sn 4+ + Fe 2+A 、两式的 E ， m r G ∆，K 都相等B 、两式的 E ， m r G ∆，K 不等C 、两式的 m r G ∆相等， E ，K 不等D 、两式的E 相等， m r G ∆，K 不等6、原电池Zn + 2Ag + = Zn 2+ + 2Ag 在标准状态下的电动势为：A 、ε= 2φθ（Ag +/Ag ）－φθ（Zn 2+/Zn ）；B 、ε= ｛φθ（Ag +/Ag ）｝2 －φθ（Zn 2+/Zn ）；C 、ε= φθ（Ag +/Ag ）－φθ（Zn 2+/Zn ）；D 、ε= φθ（Zn 2+/Zn ）－ φθ（Ag +/Ag ）7、已知 ϕ(Fe 3+/Fe 2+) = +0.77 V ， ϕ(Fe 2+/Fe) = -0.44 V ，则 ϕ(Fe 3+/Fe)的值为： -0.037V8、根据铬在酸性溶液中的元素电势图可知， ϕ(Cr 2+/Cr)为：-0.905V9、某氧化还原反应的标准吉布斯自由能变为 Δr G θ m 、平衡常比数为K θ 、标准电极电势为E θ 。
华东理工大学现代基础化学课后习题解答第10章
2
= －0.700 V 9、求下列电极在 25℃时的电极反应的电势。
(1) 101.3 kPa 的 H2(g)通入 0.10 mol⋅L −1的 HCl 溶液中；
(2) 在 1L 上述(1)的溶液中加入 0.1 mol 固体 NaOH； (3) 在 1L 上述(1)的溶液中加入 0.1 mol 固体 NaAc。(忽略加入固体引起的溶液体积变化)。
− 3
+
H
+
→Zn
2+
+
NH
+ 4
+ H2O
(4) Ag +
+
NO
− 3
+
H
+
→Ag
+
+
NO
+
H2O
(5) Cl2 + OH − →Cl − + ClO − + H2O
(6)
Al
+
NO
− 3
+
OH
−
+
H2O→[Al(OH)4]
−
+
NH3
解： (1) 2KMnO4 + 5K2SO3 + 3H2SO4 = 6K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O (2) 5NaBiO3(s) + 2MnSO4 + 16HNO3 = 2HMnO4 + 5Bi(NO3)3 + 2Na2SO4 + NaNO3 + 7H2O
7、根据电对 Cu 2+ /Cu、Fe 3+ /Fe 2+ 、Fe 2+ /Fe 的电极反应的标准电势值，指出下列各 组物质中哪些可以共存，哪些不能共存，并说明理由。
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例
I
时，
E Fe(CN)36/Fe(CN)64
Fe(CN)63-/Fe(CN)64-电对在不同离子强度下的条件电势如下：
I
0.00064 0.0128 0.112
1.6
Eө´ 0.3619 0.3814 0.4094 0.4584
Eө = 0.355 V
实 际 计 算 中 ， 忽 略 离 子 强 度 的 影 响
lgK =
0.059 3(n1+n2) n
n1=n2=1 n1=1,n2=2 n1=n2=2
n=1, n=2, n=2,
lg K ≥ 6， E ≥ 0.35 V lg K ≥ 9， E ≥ 0.27 V lg K ≥ 6， E ≥ 0.18 V
E 越大 K越大
对于下面滴定反Biblioteka ，欲使反应的完全度达99.9％以上，
E至少为多少？
n2Ox1 + n1Red2
n2Red1 + n1Ox2
(99.9%) n1(99.9%) n2
lgK = lg
≈ lg103n1 103n2= 3(n1 + n2 )
(0.1%) n1(0.1%) n2
E =
0.059 n
b 酸效应 [H+]或[OH-] 参加氧化还原反应中,影响氧化还原 态物质的分布情况，并直接出现在能斯特方程中， 影响电势值。 c 生成络合物
氧化态形成的络合物更稳定，使电势降低，还 原性增加，反之则电势升高，氧化性增加。
d 生成沉淀 氧化态生成沉淀，使电势降低，还原性增加 还原态生成沉淀，则电势升高，氧化性增加
不对称电对：氧化态与还原态系数不同 Cr2O72-/Cr3+, I2/I- 等
Fe3+ + e = Fe2+, MnO4- + 8H+ + 5e = Mn2+ + 4H2O
I2 + 2e = 2 I-, Cr2O72- + 14H+ + 6e = 2Cr3+ + 7H2O
§11.6 氧化还原滴定法
可逆氧化还原电对的电极电位可用Nernst来表示。
E E RTlna(Ox) E0.05lg 9a(Ox) (25C)
nF a(Re)
n a(Re)
E —标准电极电位(电势）， 热力学常数，温度的函数。
Standard electrode potential
对称电对：氧化态和还原态的系数相同 Fe3+/Fe2+，MnO4-/Mn2+ 等
第十一章 氧化还原反应
§11.1 基本概念 §11.2 电极电势和电池电动势 §11.3 氧化还原平衡 §11.4 影响电极电势的因素 §11.5 元素电势图及其应用
§11.6 氧化还原滴定法
氧化还原滴定概述
氧化还原滴定：是以氧化还原反应为基础的滴定 方法(redox titration)。
氧化还原反应的实质与特点： (1) 是电子转移反应 (2) 反应常分步进行 (3) 反应速率慢，且多有副反应
条件电势是在特定条件下，氧化态和还原态的
总浓度均为1mol/L时，校正了各种外界因素后的实 际电位。
引入条件电势后，25℃时，能斯特方程式可表
示为：
EE' 0.059lgcO n cR
•与条件稳定常数与稳定常数K之间的关系一样。条件电势 映了离子强度与各种副反应影响的总结果，但目前缺乏各种
条件下的条件电势，因而实际应用有限。
影响条件电势的因素
0.059 OR E =E + n lg R O
➢ 离子强度
➢ 酸效应
➢ 配位效应
➢ 沉淀反应
a 离子强度 aOx + ne
bRed
E=E +
0.059 n
lg
OxR Red Ox
0.059 n
lg
c Ox c Red
若无副反应发生，
E' E 0.059lgO n R
条件电势与标准电位的差异仅仅是由离子强度( I )引起。
代入，得
E E 0 .0 5 lg 9 OR0 .0 5 lg C 9 O n RO n C R
当 CO = CR = 1 mol / L 时，得
E' E0.0n59lgO R O R
E=
E +
0.059 n
lg
OR R O
＝E （条件电势）
0.059 n lg
cO cR
条件电势：特定条件下，cO=cR= 1mol·L-1 或 浓度比为1时电对的实际电势，用E 表示。 E 反映了离子强度及各种副反应影响的总结果，与 介质条件和温度有关。
常用的氧化还原滴定方法： 高锰酸钾法、碘量法、重铬酸钾法等。
应用范围： （1）可直接测定本身具有氧化还原性的物质 （2）可间接测定能与氧化剂还原剂定量发生化学 反应的物质
氧化还原电对
可逆电对：任一瞬间都能建立平衡，电势可用能 斯特方程描述。Fe3+/Fe2+， I2/I- 等
不可逆电对：Cr2O72-/Cr3+, MnO4-/Mn2+ 等，平衡 时也能用能斯特方程描述电势
相关计算见P392-394
氧化还原反应进行的程度
n2Ox1 + n1Red2
n2Red1 + n1Ox2
cOn1x2 cRn2ed1 K = cRn1ed2 cOn2x1
Ox1 + n1e = Red1
E1= E1 +
0.059 lg n1
cOx1 cRed1
Ox2 + n2e = Red2
E2= E2 +
0.059 n2
lg
cOx2 cRed2
平衡时： E1 = E2
E1+
0.059 n1
lg
cOx1 cRed1
= E2 +
0.059 n2
lg
cOx2 cRed2
cOnx12 cRne2d1 lg cRne1d2 cnO2x1
= lgK = n (E1 - E2)
0.059 n E
= 0.059
n= n1,n2的最小公倍数
能斯特（Nernst）方程式为：
EE0.05lg 9 a(O x) (2C 5) n a(Re)
在实际工作中，氧化还原电对的电极电位常用浓度代替活度进 行计算,而且氧化还原电对往往存在副反应,必须考虑溶液中离子强 度的影响及副反应的影响。
条件电势（ Conditional potential）
a(Ox)O[O]OCO/O a(Re)R[R]RCR/R
6.1 条件电势及影响因素 6.2 影响氧化还原反应速度的因素 6.3 氧化还原滴定的指示剂 6.4 氧化还原滴定曲线 6.5 氧化还原滴定前的预处理 6.6 常用的氧化还原滴定法
6.1 条件电势及影响因素
任意一氧化还原半反应为：
aOx + ne
oxidation state
bRed
reduced state