普通化学_电化学与金属腐蚀全解
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2011年11月
化学与环境工程学院
§ 4 －1
1.氧化与还原
原电池
一 原电池中的化学反应
CuSO4+Zn
y
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ZnSO4+Cu
ΔrGm =-212.55kJ· mol-1 可分为:Cu2++2eCu 还原半反应 Zn-2eZn2+ 氧化半反应
氧化态Ⅰ+还原态Ⅱ 还原态Ⅰ+氧化态Ⅱ 其中:高氧化值者 Cu2+、Zn2+ 称氧化态; 低氧化值者 Cu、 Zn 称还原态。
化学与环境工程学院
§4-2
电极电势
金属置于其盐溶液时： M-ne-→Mn+ 同时： Mn++ne-→M 当溶解和沉积二过程平 衡时，金属带负电荷， 溶液带正电荷.两种电 荷集中在固-液界面附 近.形成了双电层。
1 能斯特理论
2011年11月
化学与环境工程学院
2 电极电势 双电层的电势差即该电极的平衡电势, 称为电极电势,记为: （氧化态 / 还原态）
2011年11月
化学与环境工程学院
二 原 电 池
Cu2++Zn→Zn2++Cu 1 原电池结构： 根据检流计指针偏转方向 知电流方向： Cu→Zn 可知,电势:Zn—低,Cu—高 因而电极名:Zn—负,Cu—正
ΔrHm
y
=-218.66kJ· mol-1
2011年11月
化学与环境工程学院
2. 电极反应和电池符号 由电流方向知两极反应:
2011年11月
化学与环境工程学院
主要内容
（一）原电池 1. 原电池中的化学反应 2. 原电池的热力学 （二）电极电势 1. 标准电极电势 2. 电极电势的能斯特方程 （三）电动势与电极电势在化学上的应用 1. 氧化剂和还原剂相对强弱的比较 2. 氧化还原反应方向的判断 3. 氧化还原反应进行程度的衡量 （四）电解 1. 分解电压和超电势 2. 电解池中两极的电解产物 3. 电解的应用 （五）金属的腐蚀及防止
2011年11月
化学与环境工程学院
⑤ 化合物中，一般：H — +1（-1）； O — -2（-1，+1，+2）； MⅠ— +1；MⅡ—+2。 例如： CO CO2 CH4 C2H5OH 碳的氧化数 +2 +4 -4 -2 又如： S2O32- S2O82- S4O62- Fe3O4 硫和铁的氧化数 +2 +7 +5/2 +8/3 P I3 N I3 再如： 各元素的氧化数 +3 -1 -3 +1 因为电负性是 2.1 2.5 3.0 2.5 氧化还原反应就是氧化数发生变化的反应。 如：Cl2+H2==2HCl 虽然没有电子的转移，仍然是氧化还原反应。
（-）Pt∣Fe3+，Fe2+‖Cl-∣Cl2∣Pt（+）
（-）Zn∣H2SO4∣Cu（+）
2011年11月
化学与环境工程学院
3 几个概念 (1)原电池是由两个半电池组成的；半
电池中的反应就是半反应,即电极反应
所以半电池又叫电极（不是电极导体）。
(2)半反应（电极反应）涉及同一元素 的氧化态和还原态：
2011年11月
化学与环境工程学院
4 四类常见电极 电 极 类 型 Me-Men+电极 A-An-电 极
氧化还原电极 Me-难溶盐电极
电
对
电
极
Zn2+/Zn Cl2/ClAgCl/Ag
Zn∣Zn2+ Cl-∣Cl2∣Pt
Ag∣AgCl∣Cl-
Fe3+/Fe2+ Fe3+,Fe2+∣Pt
2011年11月
如: (Zn2+/Zn)， (Cu2+/Cu), (O2/OH-) (MnO4-/Mn2+), (Cl2/Cl-)等。 *金属越活泼(易失电子), 值越低(负)； *金属越不活泼(易得电子), 值越高(正) 如: (Zn2+/Zn)= -0.7618V (Cu2+/Cu)= 0.3419V
负极反应：Zn-2eZn2+
e-
氧化半反应 正极反应：Cu2++2e电池反应: Cu2++Zn Cu Zn2++Cu
还原半反应
盐桥的作用:沟通二溶液中的电荷保证反应继续进行
2011年11月
化学与环境工程学院
电池符号
规定：
负在左，正在右；
离子在中间，导体在外侧；
固-液有界面（|），液-液有盐桥（‖） 如： （-）Zn∣Zn2+(b1)‖Cu2+(b2)∣Cu（+）
第4章
电化学与金属腐蚀
2011年11月
化学与环境工程学院
教学基本要求
1.了解原电池、电极电势的概念，能用能斯特方 程式进行有关计算。 2.能应用电极电势的数据判断氧化剂和还原剂的 相对强弱及氧化还原反应自发进行的方向和程 度。了解摩尔吉布斯函数变rGm与原电池电动 势、rGm与氧化还原反应平衡常数的关系。 3.联系电极电势的概念，了解电解的基本原理， 了解电解在工程实际中的某些应用。 4.了解金属腐蚀及防护原理。
2011年11月
化学与环境工程学院
3 电极电势的测定 标准氢电极的标准电极电势： (H+/H2)=0.0000V ※标准条件：
y
c( H ) =1.0mol· kg-1
p( H 2 ) =100.00kPa
测定:以标准氢电极为
参比电极,待测电极与 之组成原电池,测其电动势。
2011年11月
化学与环境工程学院
如：Zn-H2在标准条件下组成电池， 已知Zn为负极，如前图。 测得电动势: E
y y y y
=0.7618V。
以E = - 即可求得待测电极的标 y y 准电极电势 2+/Zn)=-0.7618V (Zn ③ 使用标准氢电极不方便， 常用甘汞电极：Pt∣Hg∣Hg2Cl2∣Cl当c（KCl）为饱和时，
2011年11月
化学与环境工程学院
2.氧 化 数(值） 概念：化合物中某元素的形式荷电数。 规定:某元素的一个原子的荷电数，可由假设把每 个键的电子指定给电负性较大的原子而求得。
计数规则：
①单质中，元素的氧化数为零； ②单原子离子中，元素的氧化数=电荷数； ③多原子离子中， 各元素的氧化数之和=电荷数； ④ 中性分子中，各元素的氧化数之和=0；
氧化态+ne2011年11月
还原态
化学与环境工程学院
(3)这种共轭关系，称为氧化还原电对， 记为：“氧化态/还原态” 如： Zn2+/Zn， H+/H2， Fe3+/Fe2+， O2/OH-，
Hg2Cl2/Hg， MnO4-/Mn2+ , 等。
任一自发的氧化还原反应都可以组成 一个原电池。如： CuCl+ FeCl2 Cu+ FeCl3 (-)Cu∣CuCl(S)∣Cl-‖Fe3+,Fe2+∣Pt(+)
化学与环境工程学院
§ 4 －1
1.氧化与还原
原电池
一 原电池中的化学反应
CuSO4+Zn
y
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ZnSO4+Cu
ΔrGm =-212.55kJ· mol-1 可分为:Cu2++2eCu 还原半反应 Zn-2eZn2+ 氧化半反应
氧化态Ⅰ+还原态Ⅱ 还原态Ⅰ+氧化态Ⅱ 其中:高氧化值者 Cu2+、Zn2+ 称氧化态; 低氧化值者 Cu、 Zn 称还原态。
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§4-2
电极电势
金属置于其盐溶液时： M-ne-→Mn+ 同时： Mn++ne-→M 当溶解和沉积二过程平 衡时，金属带负电荷， 溶液带正电荷.两种电 荷集中在固-液界面附 近.形成了双电层。
1 能斯特理论
2011年11月
化学与环境工程学院
2 电极电势 双电层的电势差即该电极的平衡电势, 称为电极电势,记为: （氧化态 / 还原态）
2011年11月
化学与环境工程学院
二 原 电 池
Cu2++Zn→Zn2++Cu 1 原电池结构： 根据检流计指针偏转方向 知电流方向： Cu→Zn 可知,电势:Zn—低,Cu—高 因而电极名:Zn—负,Cu—正
ΔrHm
y
=-218.66kJ· mol-1
2011年11月
化学与环境工程学院
2. 电极反应和电池符号 由电流方向知两极反应:
2011年11月
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主要内容
（一）原电池 1. 原电池中的化学反应 2. 原电池的热力学 （二）电极电势 1. 标准电极电势 2. 电极电势的能斯特方程 （三）电动势与电极电势在化学上的应用 1. 氧化剂和还原剂相对强弱的比较 2. 氧化还原反应方向的判断 3. 氧化还原反应进行程度的衡量 （四）电解 1. 分解电压和超电势 2. 电解池中两极的电解产物 3. 电解的应用 （五）金属的腐蚀及防止
2011年11月
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⑤ 化合物中，一般：H — +1（-1）； O — -2（-1，+1，+2）； MⅠ— +1；MⅡ—+2。 例如： CO CO2 CH4 C2H5OH 碳的氧化数 +2 +4 -4 -2 又如： S2O32- S2O82- S4O62- Fe3O4 硫和铁的氧化数 +2 +7 +5/2 +8/3 P I3 N I3 再如： 各元素的氧化数 +3 -1 -3 +1 因为电负性是 2.1 2.5 3.0 2.5 氧化还原反应就是氧化数发生变化的反应。 如：Cl2+H2==2HCl 虽然没有电子的转移，仍然是氧化还原反应。
（-）Pt∣Fe3+，Fe2+‖Cl-∣Cl2∣Pt（+）
（-）Zn∣H2SO4∣Cu（+）
2011年11月
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3 几个概念 (1)原电池是由两个半电池组成的；半
电池中的反应就是半反应,即电极反应
所以半电池又叫电极（不是电极导体）。
(2)半反应（电极反应）涉及同一元素 的氧化态和还原态：
2011年11月
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4 四类常见电极 电 极 类 型 Me-Men+电极 A-An-电 极
氧化还原电极 Me-难溶盐电极
电
对
电
极
Zn2+/Zn Cl2/ClAgCl/Ag
Zn∣Zn2+ Cl-∣Cl2∣Pt
Ag∣AgCl∣Cl-
Fe3+/Fe2+ Fe3+,Fe2+∣Pt
2011年11月
如: (Zn2+/Zn)， (Cu2+/Cu), (O2/OH-) (MnO4-/Mn2+), (Cl2/Cl-)等。 *金属越活泼(易失电子), 值越低(负)； *金属越不活泼(易得电子), 值越高(正) 如: (Zn2+/Zn)= -0.7618V (Cu2+/Cu)= 0.3419V
负极反应：Zn-2eZn2+
e-
氧化半反应 正极反应：Cu2++2e电池反应: Cu2++Zn Cu Zn2++Cu
还原半反应
盐桥的作用:沟通二溶液中的电荷保证反应继续进行
2011年11月
化学与环境工程学院
电池符号
规定：
负在左，正在右；
离子在中间，导体在外侧；
固-液有界面（|），液-液有盐桥（‖） 如： （-）Zn∣Zn2+(b1)‖Cu2+(b2)∣Cu（+）
第4章
电化学与金属腐蚀
2011年11月
化学与环境工程学院
教学基本要求
1.了解原电池、电极电势的概念，能用能斯特方 程式进行有关计算。 2.能应用电极电势的数据判断氧化剂和还原剂的 相对强弱及氧化还原反应自发进行的方向和程 度。了解摩尔吉布斯函数变rGm与原电池电动 势、rGm与氧化还原反应平衡常数的关系。 3.联系电极电势的概念，了解电解的基本原理， 了解电解在工程实际中的某些应用。 4.了解金属腐蚀及防护原理。
2011年11月
化学与环境工程学院
3 电极电势的测定 标准氢电极的标准电极电势： (H+/H2)=0.0000V ※标准条件：
y
c( H ) =1.0mol· kg-1
p( H 2 ) =100.00kPa
测定:以标准氢电极为
参比电极,待测电极与 之组成原电池,测其电动势。
2011年11月
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如：Zn-H2在标准条件下组成电池， 已知Zn为负极，如前图。 测得电动势: E
y y y y
=0.7618V。
以E = - 即可求得待测电极的标 y y 准电极电势 2+/Zn)=-0.7618V (Zn ③ 使用标准氢电极不方便， 常用甘汞电极：Pt∣Hg∣Hg2Cl2∣Cl当c（KCl）为饱和时，
2011年11月
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2.氧 化 数(值） 概念：化合物中某元素的形式荷电数。 规定:某元素的一个原子的荷电数，可由假设把每 个键的电子指定给电负性较大的原子而求得。
计数规则：
①单质中，元素的氧化数为零； ②单原子离子中，元素的氧化数=电荷数； ③多原子离子中， 各元素的氧化数之和=电荷数； ④ 中性分子中，各元素的氧化数之和=0；
氧化态+ne2011年11月
还原态
化学与环境工程学院
(3)这种共轭关系，称为氧化还原电对， 记为：“氧化态/还原态” 如： Zn2+/Zn， H+/H2， Fe3+/Fe2+， O2/OH-，
Hg2Cl2/Hg， MnO4-/Mn2+ , 等。
任一自发的氧化还原反应都可以组成 一个原电池。如： CuCl+ FeCl2 Cu+ FeCl3 (-)Cu∣CuCl(S)∣Cl-‖Fe3+,Fe2+∣Pt(+)