第八章氧化还原反应和电化学基础
氧化还原反应与电化学
5. 电极电势
电极电势
关于原电池的疑问
– 为何组成原电池后，电子会自发由负极流向正极？为何两个电极 之间存在电势差？ – 不同的电极组成原电池后，哪个为正极，哪个为负极？
电极电势(电极电位)
电极电势
电极电势
标准氢电极
标准电极电势绝对值是无法测定的，于是建立了标准氢电极(SHE)
4. 原电池
原电池
铜锌原电池（ Daniell电池） 直接氧化还原反应
negative pole
特点
– Zn + CuSO4 = ZnSO4positive + Cu
pole
氧化反应和还原反应发生在 不同地方
电子通过外电路由发生氧化 – 电子传递直接在氧化剂与还原剂接触面进行 – 化学能转变为热能，无法直接利用 反应的电极传递到发生还原 反应的电极
本题虽未标明，但明显应是碱性环境
电对：ClO-/Cl– 半反应： ClO- + H2O + 2e- = Cl- + 2OH-
电对：Fe(OH)3/FeO42最终结果
– 半反应：Fe(OH)3 + 5OH- = FeO42- + 4H2O + 3e– 2Fe(OH)3 + 3ClO- + 4OH- = 2FeO42- + 3Cl- + 5H2O
电极电势的产生 M(s)
双电层理论
溶解 沉淀
Mz+ + ze-
M活泼 + + + + – – – –
第08章 电化学基础
∴ E (H+/H2)= -0.28V
2HOAc+2e ⇌2OAc- + H2(g) EӨ =-0.28V
8.3.3 沉淀对电极电势的影响
例 298K时，在Fe3+、Fe2+的混合溶液中加入NaOH时有Fe(OH)3、Fe(OH)2
沉淀生成，假设无其它反应发生，当沉淀反应达到平衡时，保持C(OH-) =1. 0mol· -1 ，求E(Fe3+/Fe2+)为多少？ L
荷过剩，CuSO4溶液中则由于Cu2+的沉积而负电荷过剩。
从而阻止电子从锌极流向铜极，电池反应便会停止，直至 无电流产生。 3:当有盐桥存在时，随着反应的进行，盐桥中的负离子进 入ZnSO4溶液中，正离子进入CuSO4溶液中，以保持溶液的
电中性，使电流连续产生。
原电池的构造是这样的，如何表示原电池呢？
=1.60V 说明：含氧酸盐在酸性介质中氧化性增强。
8.3.3 酸度对电极电势的影响
例 已知电极反应2H++2e =H2(g)，EӨ =0.0V ,向体系中加入NaOAc,使得 C(HOAc)=C(NaOAc)=1. 0mol· -1 ，P(H2)=PӨ，求E(H+/H2)。 L
Ka = 1.8*10-5
确定了标准之后，如何确定其它电极电势呢？
8.3.2 标准电极电势-电极电势的定义
将待测电极与标准氢电极组成一个原电池,测得该原
电池的电动势(E),就可以知道待测电极相对于标准氢
电极的电极电势。
E（电池）= E(待测）- E（标准氢电极）
测定Cu电极的EӨ，组成如下电池：
（-）Pt|H2(g)∣H+(CӨ)‖Cu2+(CӨ)∣Cu（+） EӨ = EӨ(Cu2+/Cu) - EӨ(H+/H2) 0 ∴ EӨ(Cu2+/Cu)=0.340V
氧化还原反应与电化学原理(基础知识)
氧化还原反应与电化学原理（基础知识）【考情分析】一、考纲要求1.理解氧化还原反应的本质和特征2.从多个角度理解氧化剂和还原剂等概念3.会比较与判断氧化性或还原性强弱4.知道常见的氧化剂和还原剂5.能判断氧化还原反应中的电子转移方向和数目6.能配平化学方程式7.能运用氧化还原反应的规律进行有关计算8．理解原电池原理。
熟记金属活动性顺序。
了解化学腐蚀与电化学腐蚀及一般防腐蚀方法。
9.通过电能转变为化学能的探究活动，了解电解池工作原理，能正确书写电解池的阴、阳极的电极反应式及电解反应方程式。
10.知道电解在氯碱工业、精炼铜、电镀、电冶金等方面的应用。
认识电能转化为化学能的实际意义。
二、命题趋向(1)由氧化还原反应方程式判断氧化性、还原性强弱。
(2)由氧化性、还原性强弱判断氧化还原反应方程式的正误。
(3)由氧化还原反应方程式判断氧化还原反应方程式的正误。
【考点剖析】普通的氧化还原反应在一处进行，不形成电流，化学能转变成热能或光能。
原电池中发生的反应具有两个特点：①是自发的氧化还原反应，②该反应在两处进行，分别叫正极和负极，其结果是化学能转变成电能。
电解池中发生的反应也具有两个特点：①是被迫发生的氧化还原反应，②该反应在两处进行，分别叫阴极和阳极，其结果是电能转变成化学能。
我们把研究电能与化学能相互转化的化学，叫做电化学。
氧化还原反应和电化学，作为高中化学中的基本概念和基础理论，在高考中占有非常重要的地位。
前者主要的考查点有：氧化剂、还原剂等概念的理解，氧化性、还原性强弱的判断，依据电子守恒进行配平和计算等。
后者的基本要求是：（1）了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。
了解常见化学电源的种类及其工作原理；（2）理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施；（3）应用电解知识理解电镀铜、电解精炼铜、氯碱工业等化工生产原理。
氧化剂、还原剂等概念的理解，氧化性、还原性强弱的判断，依据电子守恒进行配平和计算等。
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。
氧化还原反应电化学基础N
这一反应可在下列装置中分开进行
盐桥：在U型管中装 满用饱和KCl溶液和 琼胶作成的冻胶。 盐桥的作用：使Cl向锌盐方向移动， K+向铜盐方向移动， 使Zn盐和Cu盐溶液 一直保持电中性， 从而使电子不断从 Zn极流向Cu极。
这种装置能将化学能转变为电能，称为原电池。
正极（铜电极）： Cu2+ + 2eCu 负极（锌电极）： Zn Zn2+ + 2e正、负两极分别发生的 反应，称为电极反应。 电池反应：Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+（总反应）
例：
H5I O6 S2 O S4 O
2 3 2 6
I的氧化值为 7 S的氧化值为 2 S的氧化值为 2.5 8 Fe的氧化值为 3
Fe3O 4
2、氧化还原半反应和氧化还原电对
氧化还原反应的方程式可分解成两个“半反应”。 反应中，氧化剂（氧化型）在反应过程中氧化数降 低生成氧化数较低的还原型； 还原剂（还原型）在反应 过程中氧化数升高转化为氧化数较高的氧化型。 由一对氧化型和还原型构成的共轭体系称为氧化还 原电对，可用“氧化型/还原型”表示。
Fe3+
溶液中，另一铂片插入到含有MnO4- 、Mn2+ 及H+ 的溶液
正极反应： MnO4- + 8H+ + 5e- ＝ Mn2+ + 4H2O 电池反应： MnO4- + 8H+ + 5Fe2+ ＝ Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O
电池符号：
(-)Pt|Fe2+(c1),Fe3+(c2)||MnO4-(c3),H+(c4),Mn2+(c5)|Pt (+)
氧化还原反应及电化学基础
+1,-1 +2,-1
3) 共价化合物中，成键电子对偏向电负性大的元素。
O: -2 (H2O 等)；－1 (H2O2); －0.5 (KO2 超氧化钾） H: +1 (一般情况)；－1 (CaH2 、NaH)
原电池，在恒温、恒压下，体系自由能降低等于体系所作的最大电功，则：
1) 电池G电=动– 势WmaEx 和 G
③ 盐桥（琼脂 ＋ 强电解质KCl, KNO3等，作用是补充电荷、 维持电荷平衡）
2）电极反应：
正极（Cu）: 负极（Zn）:
Cu2+ + 2e = Cu Zn- 2e = Zn2+
3）电池反应及电池符号： Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu
(－)Zn | Zn2+ (c1) || Cu2+ (c2) | Cu (＋)
历 年代
氧化反应
还原反应
认 识
史 18世纪末
与氧化合
从氧化物夺取氧
不
发 19世纪中 化合价升高
化合价降低
断 深
展 20世纪初
失去电子
得到电子
化
例如: Fe + Cu2+ = Fe2+ + Cu 称为全(总)反应
电子转移
氧化
Fe - 2e
Fe2+
(氧化)半反应
Cu2+ + 2e 还原 Cu (还原)半反应
2）标准电极电势的测定
将待测的标准电极与标准氢电极组成原电池，在 25ºC下，用检流计确定
08电化学基础与氧化还原平衡习题解答
< >
Eθ (Ag2CrO4/Ag) Eθ (AgCl/Ag)
三、计算题 1.将下面的电池反应用电池符号表示之， 将下面的电池反应用电池符号表示之， 将下面的电池反应用电池符号表示之
Cu(s)+2H+(0.01mol·L-1) = Cu2+ (0.1mol·L-1)+H2(0.9×1.013×105Pa) × ×
15.使下列电极反应中有关离子浓度减小一半， 使下列电极反应中有关离子浓度减小一半， 使下列电极反应中有关离子浓度减小一半 而E值增加的是 值增加的是 （A）Cu2+ +2e = Cu ） （B）I2+2e = 2I） （C）2H+ +2e = H2 ） （D）Fe3+ +e = Fe2+ ） （ B ）
(-)Cu(s)|Cu2+(1mol·L-1)||H+(1mol·L-1)|H2(1.013×105Pa)|Pt(+) ×
E池θ=EθH /H - EθCu2+/Cu =-0.34 v < 0 。
2 +
nE池 lg K = = −11.5, K ө=2.98×10-12 × 0.059
θ
θ
θ × ∆rGmθ = -nFE池 = 6.56×104J·mol-1>0。
-
2.将下列反应设计成原电池时，不用惰性电 将下列反应设计成原电池时， 将下列反应设计成原电池时 极的是 （A）H2+Cl2 = 2HCl ） （B）2Fe3+ +Cu = 2Fe2+ +Cu2+ ） （C）Ag+ +Cl－ = AgCl ） （D）2Hg2+ +Sn2+ = Hg22+ +Sn4+ ） （C）
氧化还原反应 电化学基础
电池反应 Sn2++ 2Fe3+ = Sn4+ + 2Fe2+
(－) (Pt) H2(pθ)H+(1mol·dm-3) Fe3+(1mol·dm-3) , Fe2+ (1 mol·dm-3) Pt(+) 负极，氧化反应： 负极，氧化反应： H2 － 2e = 2H+ 正极，还原反应： 正极，还原反应： Fe3+ + e = Fe2+ 电池反应： 电池反应： H2 + 2 Fe3+ = 2H+ + 2 Fe2+
(Pt)H2(p)H+(1 mol·dm-3) Cl2(p)Cl– (c mol·dm-3)Pt
负极，氧化反应： 负极，氧化反应： H2 － 2e = 2H+ 正极，还原反应： 正极，还原反应： Cl2 + 2 e = 2Cl– 电池反应： 电池反应： H2 + Cl2 = 2H+ + 2Cl–
二、确定氧化态的规则 (the rules for the determination of oxidation state) 1. 离子型化合物中，元素的氧化数等于该离子所 离子型化合物中， 带的电荷数 2. 共价型化合物中，共用电子对偏向于电负性大 共价型化合物中， 的原子 ，两原子的形式电荷数即为它们的氧化数 3. 单质中，元素的氧化数为零； 离子 n-氧化数为 单质中，元素的氧化数为零； 离子X n4. 中性分子中，各元素原子的氧化数的代数和为 中性分子中， 零 ，复杂离子的电荷等于各元素氧化数的代数和
Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu 氧化反应 Zn = Zn2+ + 2e Cu2+ + 2e = Cu 还原反应
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
氧化还原反应与电化学氧化还原反应（Redox Reaction）是化学反应中常见的一种类型，也是电化学的基础。
在氧化还原反应中，物质会发生电荷转移过程，其中一个物质被氧化（失去电子），另一个物质被还原（获得电子）。
这种电荷转移过程伴随着电流的流动，因此氧化还原反应与电化学密切相关。
1. 氧化还原反应的基本原理在氧化还原反应中，常常可以观察到电子的转移与氧原子的参与。
在一些反应中，物质会失去电子，被称为氧化剂（Oxidizing Agent），而另一些物质则会获得电子，被称为还原剂（Reducing Agent）。
这种电子的转移与氧原子的参与使得物质的氧化态和还原态发生变化。
2. 氧化还原反应的重要性氧化还原反应在生活和工业中具有广泛的应用。
例如，我们所熟悉的腐蚀现象就是一种氧化还原反应。
金属物质在与氧气接触时会发生氧化反应，形成金属氧化物。
此外，氧化还原反应还被广泛应用于电池、电解、电镀等方面。
3. 电化学的基本概念电化学是研究化学反应与电流之间关系的学科。
它主要涉及电解反应（Electrolysis）和电化学电池（Electrochemical Cell）两个方面。
3.1 电解反应电解反应是在外加电压的作用下，将化学反应逆转的过程。
电解反应的基本原理是利用外部电压提供能量，使得自发不利反应变得可逆，从而实现物质的分解或转化。
3.2 电化学电池电化学电池是将化学能转化为电能的装置。
它由两个半电池组成，分别包含一个氧化反应和一个还原反应。
这两个半电池通过电解质溶液（Electrolyte）或电解质桥（Salt Bridge）连接起来，形成一个闭合的电路。
4. 电化学电池的工作原理电化学电池中，氧化反应和还原反应在两个半电池中同时进行。
在氧化反应中，电子流从还原剂移动到电解质溶液中；而在还原反应中，电子从电解质溶液流向氧化剂。
这一过程中，电子的流动经过外部电路，形成了电流。
根据电化学电池反应的性质和电流的方向，我们可以将电化学电池分为两类：电解池（Electrolytic Cell）和电池（Galvanic Cell）。
氧化还原反应和电化学
氧化还原反应和电化学氧化还原反应（简称“氧化还原反应”）是化学反应中一种非常重要的类型。
在氧化还原反应中，物质的电荷状态发生变化，原子失去或获得电子，从而形成离子，以完成化学反应。
电化学则是研究电能与化学能之间转化的学科。
一、氧化还原反应1. 概念和基本原理氧化还原反应是指在化学反应中，原子、离子或分子中的电子的互相转移过程。
氧化是指物质失去电子，而还原则是指物质获得电子。
在氧化还原反应中，存在着氧化剂和还原剂的概念。
氧化剂接受电子，自身被还原，而还原剂则失去电子，自身被氧化。
2. 氧化还原反应的应用氧化还原反应广泛应用于生活和工业领域。
例如，在电池中，氧化还原反应产生电能；在腐蚀过程中，金属发生氧化还原反应，导致金属的破坏；在生物体内，呼吸作用中的氧化还原反应产生能量。
二、电化学1. 电化学基本概念电化学是研究电能与化学能之间相互转化的学科。
它涉及到电解、电极反应、电池和电解质溶液等概念。
电化学通常分为两个分支：电解学和电池学。
2. 电化学实验电化学实验是研究电化学现象的重要手段。
在实验中，常见的电化学装置包括电解槽、电极、电解质溶液等。
通过实验可以观察到电流的流动和电极上发生的反应，从而揭示电化学过程的本质。
三、氧化还原反应与电化学的联系氧化还原反应与电化学紧密相关。
在电池中，氧化还原反应产生电能，而在电解槽中，电能则用于促使氧化还原反应发生。
此外，电极反应是电化学研究的重点之一，它涉及到氧化还原反应中电子的转移过程。
结论氧化还原反应是化学反应中重要的类型，通过氧化和还原的相互转化，实现能量的转化。
电化学则是研究电能与化学能之间相互转化的学科，它与氧化还原反应密切相关。
两者的研究和应用对于能源、环保等领域具有重要意义。
通过深入理解氧化还原反应和电化学，我们可以更好地应用于实际生活和工业中，促进科学技术的发展和进步。
这篇文章介绍了氧化还原反应和电化学的基本概念、原理和应用，并强调了两者之间的联系。
氧化还原反应和电化学的应用
氧化还原反应和电化学的应用氧化还原反应（Redox reaction）是化学反应中常见的一种类型，与电化学密切相关。
本文将探讨氧化还原反应的基本概念，以及电化学在各个领域的广泛应用。
一、氧化还原反应的基本概念氧化还原反应是指化学反应中原子或离子的氧化态和还原态发生变化的过程。
其中，发生氧化反应的物质称为被氧化剂，而发生还原反应的物质则称为还原剂。
在氧化还原反应中，电子的转移是关键步骤，被氧化剂接受电子，而还原剂失去电子。
由于氧化还原反应涉及原子或离子的电子转移，因此与电化学有着密切的联系。
二、电化学基础知识1. 电解和电解质电解是指在外加电压的作用下，使电解质溶液或熔融的电解质发生化学反应。
在电解过程中，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。
电化学中常用的电解质包括盐类、酸和碱等。
2. 电池和电解池电池是一种将化学能转化为电能的装置，通过氧化还原反应产生电流。
电池可以分为原电池和可充电电池两类。
原电池是指不能反复充放电使用的电池，如干电池；而可充电电池则可通过反向充电再次使用。
电解池是一种用来进行电解反应的装置，由阳极和阴极以及电解质组成。
电解质溶液经过电解后，在阳极发生氧化反应，在阴极发生还原反应。
三、电化学的应用1. 腐蚀与防腐金属在与空气中的氧发生氧化反应时，会产生腐蚀现象，导致金属表面的氧化。
通过电化学的方法，可以利用更活泼的金属作为还原剂，使其发生还原反应，从而减缓甚至阻止金属的腐蚀现象。
这就是常见的防腐处理技术，如镀锌、防锈漆等。
2. 电解制取金属在电解池中，可以通过电解质溶液将金属离子还原为纯金属。
这种方法被广泛应用于金属制备，如铝的电解制取、镀银、镀金等。
3. 锂离子电池锂离子电池是一种可充电电池，具有高能量密度、长寿命和较低的自放电率等特点。
锂离子电池基于锂离子在正负极材料之间的迁移和氧化还原反应来存储和释放电能。
锂离子电池在电子产品、电动汽车等领域得到了广泛应用。
4. 废水处理电化学方法也可以用于废水处理，通过电解质溶液中的氧化剂和还原剂的氧化还原反应，将污水中的有机物质氧化分解，达到净化水质的目的。
氧化还原反应和电化学
氧化还原反应和电化学氧化还原反应是化学反应中常见的一种反应类型，也是电化学研究的基础。
它涉及到物质的电子转移过程，包括氧化和还原两个半反应。
在氧化还原反应中，物质会失去或者获得电子，产生不同的氧化态。
本文将介绍氧化还原反应的基本概念及其在电化学中的应用。
一、氧化还原反应的概念氧化还原反应是指物质中的原子或离子发生电子转移的过程。
在氧化还原反应中，一个物质被氧化，失去电子，而另一个物质被还原，获得电子。
氧化还原反应的关键是电子的转移，可以通过半反应来描述。
在一个氧化还原反应中，通常会有氧化剂和还原剂。
氧化剂是指能够接受电子的物质，它在反应中被还原。
还原剂是指能够捐赠电子的物质，它在反应中被氧化。
氧化还原反应中，物质的氧化态会发生改变。
原子或离子失去电子后，氧化态变大；反之，获得电子后，氧化态变小。
氧化态的改变可以通过氧化数的变化来表示。
二、电化学中的氧化还原反应电化学是研究电与化学反应相互关系的学科。
氧化还原反应在电化学中具有重要的意义，电解和电池就是基于氧化还原反应而发展起来的。
1. 电解电解是指在外加电势的作用下，使溶液中发生氧化还原反应的过程。
在电解中，通过外加电势提供能量，促使物质发生电子转移。
正极受电子，发生还原反应；负极释放电子，发生氧化反应。
电解可以将电能转化为化学能，促使化学反应进行。
电解的应用十分广泛，例如铜的电镀、水的电解等。
2. 电池电池是将化学能转换为电能的装置，它利用氧化还原反应来产生电流。
电池由两个半电池组成，分别是氧化半反应和还原半反应。
在电池中，氧化半反应发生在负极（阴极），还原半反应发生在正极（阳极）。
通过电解质溶液或离子传导体，电子会从负极流向正极，形成电流。
电池的种类有很多，例如干电池、蓄电池、燃料电池等。
它们都利用氧化还原反应的电子转移特性来产生电流，满足人们对电能的需求。
三、电化学的应用电化学在生活和工业中有着广泛的应用，涉及到电解、电池、电镀等领域。
1. 电解用于金属提取和电解制氢电解在金属提取中起着重要的作用，例如铝的电解、锌的电解等。
化学氧化还原反应与电化学反应
化学氧化还原反应与电化学反应化学氧化还原反应与电化学反应是化学领域中两个重要的研究方向。
两者都涉及原子或分子的电子转移过程，但相应的反应机制和应用领域有所不同。
本文将从基本概念、反应机制和应用领域等方面对这两种反应进行分析和比较。
一、基本概念1.化学氧化还原反应化学氧化还原反应是指物质中的原子或分子通过转移电子而产生的化学反应。
在氧化还原反应中，发生氧化反应的物质叫做还原剂，接受电子的物质叫做氧化剂。
氧化还原反应可以通过氧化态的变化来判断。
还原剂的氧化态在反应前较高，在反应后较低；氧化剂的氧化态在反应前较低，在反应后较高。
2.电化学反应电化学反应是指以电解质溶液或电解质固体为介质，通过电流传递来引起的化学反应。
在电化学反应中，正极吸收电子，发生氧化反应，称为氧化反应；负极放出电子，发生还原反应，称为还原反应。
电化学反应可以分为两类，即电解反应和电池反应。
电解反应是通过外加电压将化学物质分解成离子，而电池反应则是通过电催化反应产生电流。
二、反应机制1.化学氧化还原反应机制化学氧化还原反应的机制与反应物之间的电子转移有关。
还原剂从反应物中吸收电子，氧化剂则释放电子给反应物。
在反应过程中，发生氧化反应的物质将电子从其他物质转移给自身，形成较低的氧化态；而发生还原反应的物质则将电子给予其他物质，形成较高的氧化态。
2.电化学反应机制电化学反应的机制与电解质溶液中离子的运动和电子的传递有关。
正极的氧化反应是在电流作用下离子接受电子的过程，负极的还原反应是在电流作用下离子失去电子的过程。
当两极之间的电压足够大时，离子会从正极移动到负极，而在此过程中发生氧化还原反应。
三、应用领域1.化学氧化还原反应的应用化学氧化还原反应在许多化学领域中广泛应用。
例如，在有机合成中，氧化还原反应可以用于生成新的化合物或改变化合物的结构；在环境保护中，氧化还原反应可以用于废水处理和空气净化；在能源领域，氧化还原反应可以用于燃料电池和太阳能电池的电化学反应。
第八章氧化还原电化学
() Pb | H 2 SO4 (1.25 1.30 g cm3 ) | PbO2 ()
放电时的两极反应：
负极：Pb + SO42- PbSO4 + 2e 正极：PbO2 + SO4- + 4H+ + 2e Pb SO4 + 2H2O 总反应：Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O
电极的类型：
Zn2+ (aq)
+
2e- =
Zn（S）
Zn( s ) | Zn 2
2H+(aq) + 2e- = H2（g）
Pt | H 2 ( g ) | H
电极的类型：
c) 金属－金属难溶盐－阴离子电极 Hg2Cl2(S)+2e- = 2Hg(l)+2Cl -(aq) Pt, Hg(l)│Hg2Cl2(S)│Cl-(2.8mol·L-1) AgCl(S)+e- = Ag(S)+2Cl -(aq) Pt, Ag(S)│AgCl(S)│Cl-(1.0mol·L-1) d) “氧化－还原”电极
其相应的浓度对电极电势的影响298.15K）的通式为：
0.05917V {c (还原态)} lg a n {c(氧化态)}
Ө
b
电极电势的能 斯特方程式
练习电极能斯特方程
对于任意给定的电极，电极反应通式为 a(氧化态)+ne-
b(还原态)
离子浓度对电极电势的影响，可从热力学推导而得如 下结论: RT [ c (还原态） / c ]a ln (4.4a) b
用离子电子法配平下列方程式 （1）I－ + H2O2 + H+ → I2 + H2O （2）MnO4-+ H2O2 + H+ → Mn2+ + O2 + H2O （3）Cr2O72- + H2S + H+ → Cr3+ + S + H2O
基础化学 第八章 氧化还原反应与电极电位
子的氧化数为-1，如Cl在BrCl中；
在含氧化合物中按氧化物决定，如ClO2中Cl的氧 化值为+4。
(6)电中性的化合物中所有原子的氧化值的和为零。
多原子离子中所有原子的氧化值的和等于离子的
电荷数。
6
例1：试计算Na2S2O3(硫代硫酸钠)和Na2S4O6 (连四硫酸钠)中硫的氧化数。
解：Na2S2O3中S的氧化数为： （＋1）× 2＋3×(-2）＋2X＝0, X＝＋2
4
（二）确定元素氧化值的规则
日本化学教授桐山良一（在1952年）和美国著名化学家 鲍林（1975年）等人分别发表论说，对确定元素氧化数的 方法制定了一些规则。
(1)单质中原子的氧化值为零。 (2)单原子离子中原子的氧化值等于离子的电荷 数。例如Na+离子中Na的氧化值为＋1。 (3)化合物中，氧的氧化值一般为-2，
14
（2）计算氧化数升（降）总数，并按照最小公倍 数原则确定系数
+2-5=-3
+5
0 +5
+2
HNO3 + P H3PO4 + NO
+5+0=+5 5 H N O 3+ 3 P3 H 3 P O 4+ 5 N O
（3）最后配平H、O原子
= 5 H N O 3+ 3 P + 2 H 2 O 3 H 3 P O 4+ 5 N O
9
Zn + 2HCl
ZnCl2 + H2
其中，锌失去电子，氧化值升高，被氧化，称为
还原剂(reducing agent)，又称电子的供体(electron
donor)。HCl中的H+得到电子，氧化值降低，被还
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反应中十分重要的一类反应。
与之密切相关的是电化学，它研究的是电流与化学反应之间的关系。
本文将探讨氧化还原反应与电化学之间的联系以及其在实际应用中的重要性。
一、氧化还原反应的基本概念氧化还原反应是指物质失去电子的过程称为氧化，物质获得电子的过程称为还原。
氧化还原反应是通过电子的转移来达到化学变化的。
在氧化还原反应中，被氧化的物质被称为还原剂，因为它促使其他物质被氧化；而被还原的物质被称为氧化剂，因为它促使其他物质被还原。
氧化还原反应中，电子的转移通常会伴随着原子的转移，使得反应物在电荷上发生变化。
二、电化学基础知识电化学是研究电荷与化学反应之间相互转化关系的学科。
其中最重要的概念是电解质溶液和电解池。
电解质溶液是指在溶液中存在自由离子的物质，能够导电。
电解质溶液中，正负离子在电场作用下会迁移，形成电流。
而电解池是由两个电极和其中的电解质溶液构成的系统。
电极又分为阴极和阳极，阴极是在电解质溶液中的负极，而阳极则是正极。
电解质溶液中的离子在电极上发生氧化还原反应，产生电流。
三、氧化还原反应与电化学之间的联系氧化还原反应与电化学密不可分。
在电化学中，氧化还原反应是产生电流的基础。
电化学反应中，阴极上发生还原反应，而阳极上发生氧化反应。
阴极接受来自阳极的电子，使得阴极上的物质还原；而阳极失去电子，使得阳极上的物质氧化。
四、氧化还原反应在实际应用中的重要性氧化还原反应在实际应用中有着广泛的应用。
以下是一些例子：1. 电池：电池是将化学能转化为电能的装置。
其中的电化学反应是氧化还原反应的典型例子。
在电池中，化学反应将化学能转化为电能，提供给我们的日常生活所需。
2. 腐蚀：金属的腐蚀也是一种氧化还原反应。
金属与氧气或其他化合物反应，使金属表面形成氧化物，从而损坏金属的性能。
腐蚀的控制和防治是保护金属材料的重要方法。
3. 电解制氢：电解水是将水分解为氢气和氧气的过程。
在电解水过程中，水发生氧化还原反应，电流通过水分子，将水分解为氧气和氢气。
第8章 氧化还原平衡与电化学
c).电池标准电动势 ε ø 和标准电极电势 Eø 由标准电极组成电池的电动势，即电池标准的电动势ε ø. 如：(-)Zn | Zn2+(1mol/dm3)||H+(1 mol/dm3)|H2(1atm),Pt(+) ε ø池=0.763V 电池反应 Zn + 2H+ → Zn2+ +H2↑ ε ø池= Eø正极 –Eø 负极 = 0 – EøZn /Zn =0.763V EøZn /Zn = - 0.763V 而: (–) Pt,H2(Pø) | H+ (1M) || Cu2+(1M)|Cu (+) ε ø池=0.34V EøCu /Cu =0.34V
ⅱ).电极电势 a、标准电极电势定义 电极电势下可以用来衡量金属得失电子的能力。由于影响因素很 多，必须定义“标准电极电势”Eø. 在25℃金属与该金属离子浓度为1mol/dm3的溶液接触时的电势，为 该金属的标准电极电势。
b、标准氢电极(S.H.E) 由于单个电极的电极电势至今还不能由实验直接测定或从理论上 计算。因此国际上统一采用标准氢电极为基准。指定: 氢气为1atm (101.325KPa),氢离子活度aH+=1M的溶液所组成的标准氢 电极的平衡电势，在任何温度下等于零.即： Pt,H2(PH =1atm) | H+(aH+=1) E øH /H = 0。0000V 我们还是使用浓度 1mol/dm3
沉淀
所以 M Mn+ + ne
溶出
当溶出的倾向大于沉淀的倾向时 （如Zn/ZnSO4）在金属（Zn）表面 会出负电荷形成负电层，而溶液中 Zn2+会富集在溶液紧挨着电极一侧 形成正电层.
氧化还原反应和电化学
氧化还原反应和电化学氧化还原反应（Redox）是化学反应中的一种重要类型，涉及物质间的电子的转移。
它在许多行业中都有广泛应用，尤其在电化学领域中占有重要地位。
一、氧化还原反应基础氧化还原反应是指在化学反应中，原子、离子或分子中的电子由一个物质转移给另一个物质的过程。
其中，电子的转移发生在氧化剂和还原剂之间。
氧化剂是指能够接受电子的物质，而还原剂则是能够捐赠电子的物质。
氧化还原反应常常伴随着物质的氧化与还原状态的改变。
二、氧化还原反应的重要性1. 电池和蓄电池：氧化还原反应是电池工作的基础。
电池中的正极发生氧化反应，负极发生还原反应，通过外部电路，电子从负极流向正极，从而产生电流供应给外部设备。
蓄电池则将反应进行逆转，将电流用于电解还原，实现电能转化和储存。
2. 腐蚀和防腐：许多金属材料在氧化还原环境中容易发生腐蚀现象，因此了解氧化还原反应规律可以帮助我们有效地进行防腐措施，延长材料的使用寿命。
3. 化学分析：氧化还原反应在化学分析中发挥着重要的作用。
比如电位滴定、氧化还原指示剂的应用等，使得化学分析的方法更加全面和准确。
4. 电解和电镀：电解过程是利用外加电流使物质发生化学反应，氧化还原反应是其中关键环节。
电化学反应在电镀工艺中广泛运用，可使金属表面得到保护或改变其性质。
三、电化学基础电化学是研究电能与化学能之间相互转化关系的学科。
它与氧化还原反应有着密切的联系，通过电化学实验可以研究电流与氧化还原反应之间的关系。
电化学反应包括两种基本类型：非自发反应（电解反应）和自发反应（电池反应）。
电解反应是指在外界电源的作用下，使非自发的氧化还原反应发生。
而电池反应则是在没有外界电源的情况下，使自发的氧化还原反应发生，从而产生电能。
电化学反应中的重要参数包括电位和电解质浓度。
电位是物质发生氧化还原反应时与标准氢电极之间电势差的度量。
而电解质浓度的改变会影响电解反应的速率和方向。
电化学反应在电池、电解、电镀、电解分析等领域都有广泛应用。
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(4)氢在化合物中的氧化数一般为+1，但在金属氢 化物，如NaH、CaH2中，氢的氧化数为－1。氧在 化合物中的氧化数一般为－2，但在过氧化物，如 H2O2、BaO2等中，氧的氧化数为－1。在超氧化 物，如KO2中，氧的氧化数为－1/2。在氟氧化物， 如OF2中，氧的氧化数为+2，氟在化合物中的氧化 数皆为－1。
本章内容
§8.1 氧化还原反应 §8.2 原电池和电极电势
§8.1 氧化还原反应
氧化还原反应：有电子得失或电子转移的反应，被 称为氧化还原反应。
8.1.1 氧化值和化合价
为了表示化合物中各元素的原子同其他原子结合的 能力，19C中叶引入“化合价”的概念。
化合价是表示元素原子能够化合或置换1价原子（H） 或1价集团（OH- ）的数目，也表示化合物中某原 子成键的数目。
2KClO3=2KCl+2O2
(3)若氧化数的变化发生在同一物质中同一元素的 不同原子间的氧化还原反应称为歧化反应。 如:Cu+在水溶液中的反应： 2Cu+=Cu+Cu2+
(4) 若氧化数的变化发生在不同物质的同一元素 间的氧化还原反应称为反歧化反应。如: Hg2+ + Hg = Hg22+
氧化还原半反应 ：
例10-1 计算下列物质中带*元素的氧化数。
H2S*O4、S*2O32－、S4*O62－、Mn*O4－、Fe3*O4
6
2
2.5
7
8/3
指出下列物质中各元素的氧化数：
+1 +7 -2 +1 -2 +1 -1 +1 -1
KClO4 、 Cu2O 、H2O2 、NaH
7.1.2. 氧化还原反应的特征
氧化数升高，被氧化
0
Cl2 + 2I-
-1
-1
I2 + 2Cl-
0
氧化数降低，被还原
氧化剂
还原剂
❖ 氧化：在氧化和还原反应中，元素氧化数升高的 过程称为氧化。
❖ 还原：在氧化和还原反应中，元素氧化数降低的 过程称为还原。
特征: 反应中氧化过程和还原过程同时发生
一种元素的氧化数升高，必有另一种元素的氧化数 降低，且氧化数升高总数与氧化数降低总数相等。
*或：A原子与电负性较大的B原子成键时“给
出”的电子数。
OCO
确定元素氧化数所遵循的一般原则如下： (1) 任何形态的单质中元素的氧化数为零。如N2、 Zn、S8等物质中，N2、Zn、S的氧化数都为零。
(2)单原子离子的氧化数等于离子所带的电荷数。 如Fe3+、Cl－离子中铁和氯元素的氧化数分别为 +3、－1。（注意离子电荷与氧化数表示方法不 同。）
例：Cl2/Cl-,I2/I❖ 氧化还原电对的书写形式与反应式有关。
半反应
电对
MnO4-+8H++5e=Mn2++4H2O
MnO4-/Mn2+
MnO4-+2H2O+3e=MnO2+4OH- MnO4-/MnO2
氧化型物质的氧化能力与还原型物质的还原能力与 共轭酸碱的强弱相似：
在氧化还原电对中，氧化型的氧化能力越强，则 其共轭还原型的还原能力越弱；反之，还原型的 还原能力越强，则其共轭氧化型的氧化能力越弱。 氧化还原反应是两个氧化还原电对共同作用的结 果，反应一般按照较强的氧化剂和较强的还原剂 相互作用的方向进行。
在共价化合物中某原子的原子价数即为该原子形成 的共价单键的数目，在离子型化合物中即为离子的 原子价数。如NH3、PCl5 、CO2 、NH4+
在价键理论和电负性的基础上，为了表示各元素在 化合物中所处的化合状态，无机化学中引入了氧化 值（又称氧化数）的概念。
1970 年 国 际 纯 粹 与 应 用 化 学 联 合 会 （ IUPAC ） 对 氧化值作了如下定义：氧化值(又称氧化数)是某 元素一个原子的荷电荷，在化合物中，这种荷电 荷把成键电子指定给电负性较大的原子而求得。
7.1.4 氧化还原反应方程式的配平
1. 氧化数法 原则：还原剂氧化数升高数和氧化剂氧化数降低数相 等(得失电子数目相等）
写出化学反应方程式 确定有关元素氧化态升高及降低的数值 确定氧化数升高及降低的数值的最小公倍数。找 出氧化剂、还原剂的系数。
核对，可用H+, OH–, H2O配平。
例: As2S3 + HNO3 H3AsO4 + H2SO4 + NO
物质
氧化剂 还原剂
得 还原 失 氧化
降低 升高
氧化性 活泼非金 属,高价 离子
还原性 活泼金属 低价离子
练习：指出下列反应的氧化剂、还原剂并写 出它们的氧化反应和还原反应。
（1）CuO ＋ H2＝ Cu ＋ H2O
（2）2Cu+ ＝ Cu ＋ Cu2+
还 原 剂
氧化数由0变为＋1(升高)
氧 化
CuO ＋ H2＝ Cu ＋ H2O
氧化数升高的元素：
2As3+ →
3S2– →
2As5+ 3S6+
升高 4 升高24
共升高 28
N5+ → N2+
降低3
3As2S3 + 28HNO3 6H3AsO4 + 9 H2SO4 +
28NO 左边28个H， 84个O ；右边36个H，88个 O 左边比右边少8个H，少4个O
❖ Cl2+2KI=2KCl+I2
还原反应Cl2+2e=2Cl氧化反应 2I--2e=I2
氧化还原半反应
氧化还原半反应式中，氧化数较高的物 质称为氧化型物质，氧化数较低的物质 称为还原型物质。
7.1.3 氧化还原电对
❖ 同一元素的氧化型和还原型构成的共轭体 系称为氧化还原电对。
用“氧化型/还原型”表示。
❖ 氧化剂：得电子的物质，氧化数降低。
❖ 还原剂：失电子的物质，氧化数升高。
❖ 氧化反应：失电子即氧化数升高Biblioteka 过程，2I- - 2e I2
❖ 还原反应：得电子即氧化数降低的过程，
Cl2 + 2e
2Cl-
❖ 氧化性：得电子的能力
❖ 还原性：失电子的能力
反应物 电子 发生反 氧化数 呈现
得失 应
变化 性质
剂
氧化数由＋2变为0(降低)
还原反应:CuO+2H++2e≒Cu+H2O 氧化反应:H2+2OH--2e≒2H2O
氧化还原反应分类 ：
(1)将氧化数变化发生在不同物质中不同 元素间的反应称为一般氧化还原反应 .
(2)若氧化数的变化发生在同一物质中不同 元素间的反应称为自身氧化还原反应。
+5 -2 -1 0