第4章 氧化还原反应与电化学
氧化还原反应与电化学
氧化还原反应与电化学氧化还原反应与电化学是化学领域中两个重要的概念。
氧化还原反应是指化学物质中电荷的转移过程，而电化学则是研究电荷转移与化学反应之间的关系。
本文将从氧化还原反应与电化学的基本概念、应用领域以及相关实验方法等方面进行论述。
1. 氧化还原反应的基本概念氧化还原反应是指化学物质中电子的转移过程，具体表现为电荷发生变化，从而形成氧化反应和还原反应两个互为逆反应的部分。
在氧化反应中，物质失去电子，电子从反应物转移到产物上，因此电荷数增多；而在还原反应中，则相反，物质获得电子，导致电荷数减少。
2. 电化学的基本概念电化学研究的是电荷转移与化学反应之间的关系。
其中包括两个核心概念，即电位和电流。
电位是指物质对电子的亲和力，反映物质参与氧化还原反应的能力。
而电流则是指电荷在电解质中流动的过程，它可以通过导体进行传递，导体的外部接入电源或外接电子接收体，使电流产生。
3. 氧化还原反应与电化学的应用领域氧化还原反应和电化学在许多领域具有广泛的应用。
例如，电池就是利用氧化还原反应产生电能的装置。
在电解池中，电流通过电解质溶液，使得阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，从而实现物质的电荷转移。
此外，电镀、蓄电池、腐蚀等都与氧化还原反应和电化学密切相关。
4. 与电化学相关的实验方法为了研究氧化还原反应和电化学，科学家们开发出许多实验方法。
例如，电化学分析方法是利用电位和电流对化学物质进行定量分析。
常见的电化学实验方法包括循环伏安法、阳极极化曲线法、电化学阻抗谱法等。
这些方法通过测量电位和电流的变化，可得到氧化还原反应 kin 及电极电荷转移过程的信息。
总结：氧化还原反应与电化学是化学领域中的重要概念。
通过分析氧化还原反应和电化学的基本概念，了解其应用领域，以及电化学实验方法等内容，我们可以更深入地理解电子转移过程和电荷传递的原理。
这对于研究和应用电化学都具有重要意义。
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。
第四章氧化还原反应和电化学概要
MnO
4
SO32
Mn2
SO42
（酸性介质）
（1）氧化：
SO
2 3
SO42
还原：MnO4 Mn2 （2）配平原则：
酸性介质中：多氧的一边加H＋，少氧的一边加H2O ； 碱性介质中：多氧的一边加H2O，少氧的一边加OH－ ； 中性介质中：左边加H2O，右边根据需要加H＋或OH－。
SO
3
H 2O
Cu2 | Cu
电对符号
电极符号
30 构成电极的物质，有时须注明状态。如气体分压
液体浓度等。
两个半电池中进行的反应称为半电池反应或者电极反应。
根据正负极的规定，我们可以知道：负极进行的是氧化 反应(失去电子）；正极进行的是还原反应（得到电子)。
对于Cu－Zn原电池来说，它的电极反应为：
负极：Zn = Zn2+ + 2e－ 正极：Cu2＋ + 2e－＝Cu
氧化： CrO2 CrO42 CrO2 4OH CrO42 2H2O 3e
还原： H2O2 2e 2OH 整理： 2CrO2 3H2O2 2OH 2CrO42 4H2O
§4.2 原电池与电极电势
（Primary cell and electrode potential）
3) 2I I2 2e
2) MnO4 2H2O 3e MnO2 4OH
——————————————————————————
2MnO4 6I 4H2O 2MnO2 3I2 8OH ★ 特例：H2O2
酸性介质中 氧化：H2O2 O2 2H 2e（作还原剂）
还原：H2O2 2H 2e 2H2O（作氧化剂）
Fe2 Fe3 e
Fe 3 Fe 2
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。
第4章 氧化还原反应与电化学习题
一、思考题1.什么叫原电池？它由哪几部分组成？如何用符号表示一个原电池？答案：电池由两个电极和电极之间的电解质构成，因而电化学的研究内容应包括两个方面：一是电解质的研究，即电解质学，其中包括电解质的导电性质、离子的传输性质、参与反应离子的平衡性质等；另一方面是电极的研究，即电极学，其中包括电极的平衡性质和通电后的极化性质，也就是电极和电解质界面上的电化学行为。
利用化学反应产生电能的装置,也称为化学电池；但不是所有的电池都属于此类化学电池。
构成原电池的条件：电极材料：是由活性物质与导电极板所构成，所谓活性物质是指在电极上可进行氧化还原的物质。
两电极材料活性不同，在负极上发生氧化反应；正极上发生还原反应。
电解液：含电解质的溶液。
构成回路2.原电池和电解池在结构和原理上各有何特点？3.离子-电子法配平氧化还原反应方程式的原则是什么？有什么步骤？答案：两个半反应得失电子数相等。
配平步骤：①用离子式写出主要反应物和产物(气体、纯液体、固体和弱电解质则写分子式)。
②分别写出氧化剂被还原和还原剂被氧化的半反应。
③分别配平两个半反应方程式，等号两边的各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。
4.用离子-电子法完成并配平下列方程式（必要时添加反应介质）：（1）K2MnO4 + K2SO3 + H2SO4 K2SO4 + MnSO4 + H2O（2）NaBiO3 (s) + MnSO4 + HNO3 HMnO4 + Bi(NO3)3 + Na2SO4 + NaNO3 + H2O（3）Cr2O72—+ H2O2 + H+（4）MnO2 + S + H+Mn2+ + H2SO3 + H2O（5）Zn + NO3－+ H+Zn2+ + NH4+ + H2O（6） Ag + NO 3－+ H +Ag + + NO + H 2O（7） Al + NO 3－+ OH －+ H 2O [Al(OH)4]－+ NH 35. 如何用图示表示原电池？ 答案：原电池符号(电池图示)：书写原电池符号的规则：①负极“-”在左边，正极“+”在右边，盐桥用“‖”表示。
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（简称氧化反应或还原反应）是化学反应的一种重要类型，也是电化学研究的基础。
电化学研究了物质在电场和电流的作用下的性质和变化规律，将电能与化学变化联系起来。
本文将着重介绍氧化还原反应与电化学之间的关系，探讨电流与氧化还原反应的本质联系，以及电化学在实际应用中的重要性。
1. 氧化还原反应的基本概念和原理氧化还原反应是指物质中的原子、离子或分子失去电子的过程为氧化反应，而得到电子的过程称为还原反应。
在氧化还原反应中，存在着氧化剂和还原剂两个参与物质，氧化剂接受电子，还原剂失去电子。
这一过程可以用化学方程式表示，例如：2Na + Cl2 → 2NaCl。
在这个反应中，钠（Na）失去了电子，发生了氧化反应；氯气（Cl2）接受了钠的电子，发生了还原反应。
2. 电流与氧化还原反应的联系氧化还原反应离不开电流的存在。
电流是指电荷在单位时间内通过导体横截面的量，其方向由正电荷流动的方向确定。
在氧化还原反应中，氧化剂接受电子，必须有电子从还原剂中流向氧化剂，才能维持反应的进行。
这个电子的流动过程形成了电流。
因此，可以说氧化还原反应是电流流动的结果，电流的存在促使了氧化还原反应的进行。
3. 电化学的研究内容电化学研究了物质在电场和电流的作用下的性质和变化规律。
其研究内容主要包括三个方面：电解学、电池学和电化学分析。
（1）电解学：电解学研究了物质在电解过程中的行为和特性。
电解是指将电能转化为化学能的过程，通过电解可以将化合物分解成对应的离子，或将离子还原为相应的化合物。
例如，通过电解水可以将水分解为氢气和氧气。
（2）电池学：电池学研究了电化学电池的工作原理和特性。
电化学电池是指利用氧化还原反应转化化学能为电能的装置。
电池由正极、负极和电解质组成，正极发生氧化反应，负极发生还原反应，通过电路和外部载荷与电解质之间的电子流动将化学能转化为电能。
（3）电化学分析：电化学分析是利用氧化还原反应进行分析的一种方法。
氧化还原反应与电化学
• 2MnO4- + 6H+ + 5SO32- 2Mn2+ + 5SO42- + 3H2O
第四章 氧化还原反应与电化学
• 其中：氧化还原电对为：
• MnO4- + 8H+ + 5e- = Mn2+ + 4H2O 还原反应 • SO32- + H2O = SO42- + 2H+ + 2e- 氧化反应 • 每一个半反应均表示某一元素的两种氧化数物质之 间的转化。常将氧化数高的物质称为氧化态（或氧 化型），将氧化数低的物质称为还原态（或还原 型）。
第四章 氧化还原反应与电化学
确定元素原子氧化数的一般规则：
• 1） 单质的氧化数为零。如在O2分子中， O的氧化数为0。
• 2） 由于化合物整体是中性分子，因此在 化合物中各元素氧化数的代数和等于零。 而在多原子离子中各元素原子氧化数的代 数和等于离子所带的电荷数。如在AlCl3分 子中，Al的氧化数为+3，Cl的氧化数为-1； 在SO42-离子中，S的氧化数为+6，O的氧 化数为-2。
第四章 氧化还原反应与电化学
• 同一元素的氧化态物质和还原态物质组成氧化还 原电对，简称“电对”，表示方法如下：
• Zn2+ / Zn
Cu2+ / Cu
• [氧化态] [还原态] [氧化态] [还原态]
• 氧化态与还原态之间的关系为：
• [氧化态] + ne- = [还原态]
• 由于氧化还原反应是由氧化半反应和还原半反应 组成，因此，一个氧化还原反应至少有两个电对。 例如：
• 3． 氧化剂、还原剂与被氧化、被还原
• 在氧化还原反应中，常将发生还原的反应物 称为氧化剂，氧化剂具有使另一种物质氧化 的能力；发生氧化的反应物称为还原剂，还 原剂具有使另一种物质还原的能力。
化学初中教材第四章氧化还原反应与电化学
化学初中教材第四章氧化还原反应与电化学氧化还原反应与电化学是化学领域中的重要概念，也是初中化学课程中的一部分。
本文将从氧化还原反应和电化学两个方面来探讨这一章节的内容。
一、氧化还原反应氧化还原反应是化学中常见的一类反应，也是化学反应的基本类型之一。
在氧化还原反应中，物质的原子氧化数发生改变，称为氧化反应；同时，其他物质的原子受到电子的损失，称为还原反应。
例如，将铁丝放在氯水中，可以观察到铁丝逐渐变为红色的铁离子，而氯水则变为无色。
这是因为在该反应中，铁原子失去了电子，发生了氧化反应，而氯元素接受了铁原子失去的电子，发生了还原反应。
氧化还原反应具有以下的特征：1. 氧化反应和还原反应是同时进行的，无法单独发生。
2. 氧化剂是能够引起其他物质氧化的物质，而还原剂是能够引起其他物质还原的物质。
3. 氧化剂和还原剂经历了氧化还原反应后，自身也发生了相应的变化。
二、电化学电化学是研究电与化学之间相互转化关系的学科。
它包括两个主要方面：电化学反应和电解。
在电化学反应中，化学物质与电能之间进行了相互转化。
一种常见的电化学反应是电池的工作原理。
比如，将锌板和铜板浸泡在含有酸的溶液中，通过导线连接锌板和铜板，就可以观察到电流的产生。
这是因为锌会逐渐溶解，释放出电子，发生氧化反应；而铜则接受了电子，发生还原反应。
电解是通过外加电压将化学物质分解为离子的过程。
在电解中，电流通过电解质溶液或熔融的电解质中，正负两极的离子分别向阳极和阴极移动，发生氧化和还原反应。
电解在实际生活中具有广泛的应用，如电镀、电解水等。
三、实验探究除了理论的探讨，对氧化还原反应和电化学的实验探究也是学习这个章节的关键。
通过实验，我们可以更加直观地理解和掌握氧化还原反应和电化学的原理和应用。
例如，可以进行金属与酸的反应实验。
将不同的金属与酸反应，观察反应产物的变化，可以判断金属的活泼性，进一步了解氧化还原反应的特性。
同时，也可以进行电化学实验，如制作简单的电池和进行电解实验，加深对电化学的认识。
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两个半电池中进行的氧化和还原反应就是两个半反应。
Zn(s)
Zn2+(aq)+2e- 氧化反应
Cu2+(aq)+2e-
Cu(s) 还原反应
(3) 氧化还原电对 例：2H2O2 +Fe2+ +H+ → H2O + Fe3+
一个氧化还原反应由两个半反应组成: 1). 还原剂的氧化反应：Fe2+ =Fe3+ +e2). 氧化剂的还原反应：2H2O2 +2e-+2H+ → 2H2O
第4章 氧化还原反应与电化学1
1. 氧化还原反应的基本概念 2. 原电池 3. 电极电势 4. 影响电极电势的因素—Nernst方程 5. 电极电势的应用 6. 电化学
§ 4.1 氧化还原反应的基本概念
有电子得失或电子转移的反应称为氧化还原反应。
Cu2+(aq) + Zn(s) Zn2+(aq) + Cu(s) 得失电子
例：将反应2Fe2+(1.0mol.L-1)+Cl2(100kPa)→ 2Fe3+(0.1mol.L-1)+2Cl- (2.0mol.L-1)设计成原 电池，并写出电池符号。
解：正极：Cl2(g)+2e- →2Cl- (aq); 负极：Fe2+(aq)→Fe3+(aq)+e-
(-)Pt∣Fe2+,Fe3+(0.10mol.L-1)∥Cl- (2.0mol.L-1),Cl2(100kPa)∣Pt(+)
氧化还原电对：由同一种元素的氧化态物质和其 对应的还原态物质所构成的整体。Ox/Red
如上例的氧化剂电对H2O2/H2O;还原剂电对 Fe3+/Fe2+.
氧化态/还原态： Zn2+/Zn Cu2+/Cu
注意：氧化还原电对是相对的，由参加反应的两 电对的氧化还原能力的相对强弱而定。
例如反应：2Fe3+ + 2I-=2Fe2+ +I2 电对Fe3+/Fe2+ 在此反应中为氧化剂电对。
（3）取出盐桥，指针回零，放入盐桥，指针偏 转，说明盐桥构成了电的通路。
原电池工作原理
盐桥：由含KCl饱和溶液的琼脂溶胶注入U型管， 冷却后成凝胶而制成。
盐桥
盐桥作用： (1) 利用K+和Cl-的移动，保持电极两端溶液的
电中性； (2) 构成闭合回路。
结论：装置2使氧化反应和还原反应分在两个 不同的区域进行；电子转移通过外电 路实现，于是有了电子的定向流动， 从而产生电流，实现了化学能向电能 的转化。
这种借助自发的氧化还原反应将化学能 转变为电能的装置称原电池(Primary Cell)。
3.基本术语
Zn(s)
Zn2+(aq) + 2e-
Cu2+(aq) + 2e-
Cu(s)
(1) 半电池(电极)
进行氧化反应和还原反应的两个不同区域，也称电极。
Zn－ZnSO4 组成锌电极， Cu－CuSO4 组成铜电极。
ZnSO4(aq)+Cu(s)
Zn
Zn直接和CuSO4溶液接触， Zn失去的电子直接给Cu2+，
电子流动无序，Zn片溶解，
Cu析出，温度升高。
结论：化学能转变为热能。
Cu
装置2: Zn片插入ZnSO4溶液中,Cu片插入CuSO4 溶液中，两烧杯用一倒置的U形管连通—
—盐桥。两金属用导线相连，中间连一个
因此，氧化还原反应是由氧化剂电对与还原剂 电对共同作用的结果，其实质是电子的转移。
(4) 电池反应 两个半反应组成的氧化还原总反应叫电池反应。
Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu
(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) 电池符号：(-)Zn|Zn2+(c1)||Cu2+(c2)|Cu(+)
书写原电池符号的规则： a. 负极“(-)”写在左边，正极“(+)”写在右边；
b. 半电池中两相界面用“ㄧ”分开；同相不同 物质用“，”号分开；盐桥用“‖”表示；非标 准态时要注明ci或Pi。 c. 若电极反应无金属导体，用惰性电极Pt或 C(石墨) d. 纯液体、固体或气体写在靠惰性电极一边， 用“ㄧ”分开。
Pt | Fe2+(c1)，Fe3+(c2) || Ag+(c3) | Ag
例：已知下列电池符号：
Zn(s)|Zn2+(c1)||H+(c2)|H2(p ) | Pt
写出原电池的电极反应和电池反应。
解：负极，氧化反应
Zn(s) Zn2+(aq)+2e正极，还原反应
2H+(aq)+2e电池反应
H2(g)
例：将Fe2+(aq)+Ag+(aq) Fe3+(aq)+Ag 组成原电池，用电池符号表示。
解：电对 Fe3+/Fe2+ Ag+/Ag 氧化反应 (-) Fe2+(aq) 还原反应(+) Ag+ (aq) +e-
Fe3+ (aq) +eAg (s)
Fe2+(c1) | Fe3+(c2) || Ag+(c3) | Ag
检流计。
检流计
e-
e-
盐桥
KCl (aq)
Zn
Cu
ZnSO4(a-1q) 1.0mol·L
CuSO4(a-1q) 1.0mol·L
Cu-Zn原电池装置
现象： （1）Zn片溶解，Cu片上有Cu析出； （2）检流计指针偏转：
Zn是负极，Cu是正极；
负极：Zn(s) ⇌ Zn2+(aq)+2e正极：Cu2+(aq)+2e- ⇌ Cu(s)
Zn(s)+2H+(aq) Zn2+(aq)+H2(g)
4.3 电极电势
1. 电极电势的产生：
M活泼
M不活泼
双电层
+
+
+ + + +
-----
-----
+ + +
+
--
+ +
----
+ +
+ +
+ + +
+
--+ + Nhomakorabea+ +
------
失去电子，氧化过程，还原剂
§4.2 原电池
1.原电池：一种能使氧化还原反应中电子 的转移直接转变为电能的装置。 例如：金属锌置换铜离子的反应：
Cu2+＋Zn = Zn2+＋Cu
可以将其设计成原电池。
装置1: 将Zn片直接插入CuSO4溶液中 现象：Zn片溶解，Cu析出。
解释： Zn(s)+CuSO4(aq)
H2(g) + Cl2（g) 2HCl（g)
氧化：物质失去电子的过程； 还原：物质得到电子的过程。
电子偏移
得电子的物质称为氧化剂，氧化剂自身被还原； 失电子的物质称为还原剂，还原剂自身被氧化。
得到电子，还原过程，氧化剂
2KMnO 4 +16HCl 2MnCl 2 + 2KCl + 5Cl 2 + 8H 2O