大学化学课件 第三章 氧化还原反应 电化学
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 + + + + – – – –
氧化还原反应电化学
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。
13
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:E(氧化态/还原态)
如:E(Zn2+/Zn)，E(Cu2+/Cu),E(O2/OH-) E(MnO4-/Mn2+), E(Cl2/Cl-)等。
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为零；
3
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
19
2OH-与O2+2H2O+4e-
4OH-同
6 影响电极电势的因素
⑴ 浓度的影响—Nernst方程式 对于电极反应：氧化态+ze- 还原态 有： EEyzRFTlnbb（ ( 氧 还化 原态 电化学
其中:高氧化值者 Cu2+、Zn2+ 称氧化态; 低氧化值者 Cu、 Zn 称还原态。
二 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。
2
计数规则： ① 单质中，元素的氧化数为零； ② 单原子离子中，
氧化还原反应与电化学课件
氧化还原反应与电化学课件第一部分：氧化还原反应基础氧化还原反应，又称为化学电子转移反应，是化学反应中普遍存在的一种类型。
在氧化还原反应中，物质的氧化态或还原态发生变化，其中一个物质将电子转移给另一个物质。
这种电子转移过程导致原子或离子的氧化态发生改变，因此称为氧化还原反应。
1.1 氧化还原反应的基本概念在氧化还原反应中，我们需要关注两个重要的概念：氧化和还原。
- 氧化：物质失去电子，氧化态增大。
- 还原：物质获得电子，氧化态减小。
1.2 氧化还原反应的示例举例来说，我们可以观察以下氧化还原反应:Cu + 2Ag+ -> Cu2+ + 2Ag在这个反应中，Cu从0价氧化态变为+2价氧化态，被氧化，而Ag+离子从+1价还原态变为0价还原态，被还原。
在这个反应中，Cu失去了电子，被氧化，而Ag+获得了电子，被还原。
第二部分：电化学基础2.1 电化学的概念电化学是研究化学反应和电流之间相互转化的科学。
它研究物质在电化学过程中的氧化还原反应以及与之相关的电流和电势。
2.2 电化学的应用电化学在我们的日常生活和工业生产中有着广泛的应用。
- 电解池中的电化学过程被应用于电镀、电解和电池等行业。
- 电化学还应用于环境保护，例如电化学处理废水和废气等。
- 电化学还在药物研发和分析仪器等领域有着重要的应用。
第三部分：电池和电解池3.1 电池的概念和分类电池是一种将化学能转化为电能的装置。
根据电池内部反应的性质，电池可以分为干电池和液电池两种类型。
3.2 电解池的概念电解池是一种在外部电流的作用下，将电能转化为化学能的装置。
它是电池的反向过程。
第四部分：课件设计4.1 课件设计的重要性课件设计是教学中不可或缺的一部分。
通过合理的课件设计，可以更好地呈现和组织知识内容，提高学生对氧化还原反应和电化学的理解程度。
4.2 课件设计的要点在氧化还原反应与电化学课件的设计中，应注意以下要点：- 简洁明了的页面布局，避免信息过载。
大学化学 030第三章(1)
Zn2+/Zn Zn2++2e- Zn -0.7618
H+/H 2H++2eCu2+/Cu Cu2++2e-
H2 0.0000 Cu +0.3419
F2/F F2+2e- 2F- +(易失电子),E 值越低(负)； *金属越不活泼(易得电子), E 值越高(正)
浓度对电极电势E 影响的能斯特方程:
E = Eθ +
0.0592V z
[b(氧化态)/bθ]a lg
[b(还原态)/bθ]b
(最常用公式)
应用能斯特方程时，应注意以下两点：
（1）如果组成电对的物质为固体或纯液体，则它们 的浓度不列入方程式中，对于气体，以分压表示。
Cl2(g)+2e
2Cl-
E=EΘ+ 0.0592 lg pCl2/Pθ
电池反应: Cu + 2Ag+ = Cu2++ 2Ag
电池符号: (-) Cu(s) | Cu2+ Ag+ | Ag(s) (+)
【例】将反应: 2Fe2++ Cl2= 2Fe3++ 2Cl- 设计成原电池, 并写出电极反应、电池反应和电池符号. 其中c (Fe2+)=1.0mol·L-1; c (Fe3+)=0.10mol·L-1; c (Cl-)=2.0mol·L-1; P(Cl2)=100kPa.
解: O2+2H2O+ 4e- = 4OH- ， z=4
E(O2/OH-) = Eθ(O2/OH-)
+
0.0592V 4
[p(O2)/pθ] lg [c(OH-)/cθ]4
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）。
2025年高考化学一轮复习课件(适用于新高考新教材) 第3节 氧化还原反应
第3章第3节 氧化还原反应1.认识元素在物质中可以具有不同价态,可通过氧化还原反应实现含有不同价态同种元素的物质的相互转化。
2.认识有化合价变化的反应是氧化还原反应,了解氧化还原反应的本质是电子的转移,知道常见的氧化剂和还原剂。
1.本部分知识在高考中一般与元素化合物、电化学、流程图题相结合进行考查,难度中等。
2.对氧化还原反应概念的复习,首先要抓住概念的本质,建立氧化还原反应的观点,通过分析、推理等方法认识氧化还原反应的特征和实质,建立氧化还原反应计算、配平以及书写陌生方程式的思维模型。
3.能从氧化还原反应的角度,设计探究方案,进行实验探究,加深对物质氧化性、还原性的理解。
内容索引第一环节 必备知识落实第二环节 关键能力形成第三环节 核心素养提升第一环节 必备知识落实1氧化还原反应的相关概念及电子转移的表示方法知识筛查1.氧化还原反应的本质和特征2.相关概念及其关系简单概括为“升失氧、降得还,剂性一致、其他相反”。
3.氧化还原反应中电子转移的表示方法(1)双线桥法。
Cu与稀硝酸的反应中电子转移的方向和数目可表示为:(2)单线桥法。
Cu与稀硝酸的反应中电子转移的方向和数目可表示为:4.氧化还原反应与四种基本反应类型间的关系知识巩固1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
(1)反应2Na 2O 2+2H 2O ══4NaOH+O 2↑与反应Cl 2+H 2O HCl+HClO 均为水做还原剂的氧化还原反应。
( )(2)将KI 和FeCl 3溶液在试管中混合后,加入CCl 4,振荡,静置,下层溶液显紫红色,说明氧化性Fe 3+>I 2。
( )(3)Cl 2+2Br -══2Cl -+Br 2,Zn+Cu 2+══Zn 2++Cu 均为单质被还原的置换反应。
( )(4)某元素从游离态变为化合态,该元素可能被氧化也可能被还原。
( )(5)铜与浓硝酸的反应中电子转移的方向和数目可表示为×√×√√2.(1)用双线桥法标出下列反应的电子转移情况。
氧化还原和电化学PPT课件
任何一个氧化还原反应都可看作是两 个半反应之和。例如，铜的氧化反应可 以看成是下面两个半反应的结果：
Cu(s)-2e- =Cu2+
½
O2(g)+2e-
=O2第3页/共99页
➢氧化还原反应——氧化与还原
它们的代数和即是总的反应。金属铜 失去电子，变成铜离子，铜被氧化；氧 得到电子，变成氧离子，氧被还原。因 此，氧化和还原可定义为：
(+) 电池反应： Fe3+(a2) + 2I-(a1) → I2(s) + Fe2+(a3) 是不正确的， 而应是 2Fe3+(a2) + 2I-(a1) → I2(s) + 2Fe2+(a3)
第25页/共99页
三、电极电势及其应用
1. 电极电势
原电池中有电流，表明原电池有电位差(即电池电动势)—构成两电极的电位 不等(电极电势之差)：
第19页/共99页
➢原电池和电极——电极及电极种类 3. 电极及电极种类
原电池总是由两个半电池组成， 半电池又可称为电极。常见电极可 分为三大类：
第20页/共99页
➢原电池和电极——电极及电极种类 第一类电极：
金属与其阳离子组成的电极 氢电极 氧电极 卤素电极 汞齐电极
第21页/共99页
第22页/共99页
锌原电池中，烧杯Ⅰ中的锌和锌盐溶液 组成一个半电池，烧杯Ⅱ 中的铜和铜盐 溶液组成另一个半电池，两个半电池用 盐桥连接。为了方便，在电化学中通常 表示为：
Zn ZnSO4 (1mol / L) CuSO4 (1mol / L) Cu
第18页/共99页
➢原电池和电极——原电池的表示方法 原电池的表示的一般方法为： a.负极在左，正极在右； b. 单垂线“│”表示界面； c. 双垂线“”׀׀表示盐桥； d. 标注温度和压力； e. 标注所有影响电极电势（电动势）的 因素，如物质状态，电解质浓度等。
第三章 氧化还原反应 电化学 3, 4节
②外加电流法：被保护金属链接直流电源负极，通以 阴极电流。
(2)阳极保护法 把被保护金属与电源正极相联，使其生成耐腐
蚀的钝化膜。多用于铝。
5.改善环境 干燥空气、真空…
A、B、C、D四种金属，将A、B用导线连接，浸 在稀硫酸中，在A表面上有氢气放出，B逐渐溶解；将 含有A、C两种金属的阳离子溶液进行电解时，阴极上 先析出C；把D置于B的盐溶液中有B析出。则这四种金 属的还原性由强到弱的顺序是（ ）
使电解能够顺利进行所需要的最小电压叫做 分解电压
➢ 分解电压产生的原因
阳极：2OH- - 4e- → 2H2O + O2 阴极：2H2O + 2e- → H2 + 2OH-
电解生成的H2 和O2分别吸附在铂片上形成氢 电极和氧电极，组成电动势与外接电源相反的原 电池： （-） Pt H2 NaOH (0.1mol·kg-1） O2 Pt （+）
E <0 ΔG >0 E =0 ΔG =0 E >0 ΔG <0
反应正向非自发； 反应处于平衡状态； 反应正向自发。
3. 判断氧化剂和还原剂的相对强弱
✓ E(O/R)越大，电对中氧化态物质是强 的氧化剂，对应的还原态物质是弱的 还原剂。
✓ E(O/R)越小，电对中还原态物质是强 的还原剂，对应的氧化态物质是弱的 氧化剂 。
4. 判断氧化还原反应进行的程度
zE lg K
0.0592V
五、电解
1. 电解池 2. 分解电压 3. 电解产物
六、金属的腐蚀与防护
▪ P128-35 ▪ P129-38
氧化还原反应及电化学
伏安法
总结词
伏安法是通过测量电流随电压变化的过程来分析物质的氧化还原性质。
详细描述
伏安法是一种常用的电化学分析方法，通过在电极上施加一系列电压并测量相应的电流来分析物质的氧化还原性 质。这种方法可以提供关于物质氧化还原反应的动力学信息和机理信息，有助于深入了解物质的性质和行为。
极谱法
要点一
总结词
电池的能量转换效率
1
电池的能量转换效率是指电池输出的电能或化学 能与其输入的能量的比值，是评价电池性能的重 要指标之一。
2
提高电池的能量转换效率不仅可以减少能源浪费， 还可以降低电池的充电时间和重量，提高电池的 续航能力。
3
提高电池能量转换效率的方法包括优化电极材料、 改进电池结构、提高电解质的离子电导率等。
氧化还原反应及电化学
• 氧化还原反应概述 • 电化学基础 • 氧化还原反应在电化学中的应用 • 氧化还原反应的电化学检测方法 • 氧化还原反应的电化学应用实例
01
氧化还原反应概述
定义与特点
定义
氧化还原反应是一种化学反应，其中电子在反应过程中从一个原子或分子转移到另一个原子或分子。
特点
氧化和还原是同时发生的，且反应过程中有电子转移。
极谱法是通过测量电解过程中的电流随电压变化的过程来 分析物质的氧化还原性质。
要点二
详细描述
极谱法是一种常用的电化学分析方法，通过在电极上施加 一系列电压并测量相应的电流来分析物质的氧化还原性质 。极谱法通常使用滴汞电极作为工作电极，通过测量电解 过程中的电流随电压变化的过程来分析物质的性质和行为 。极谱法可以提供关于物质氧化还原反应的动力学信息和 机理信息，有助于深入了解物质的性质和行为。
02
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其中:高氧化值者 Cu2+、Zn2+ 称氧化态;
低氧化值者 Cu、 Zn 称还原态。 可归结为：
氧化态Ⅰ+还原态Ⅱ 还原态Ⅰ+氧化态Ⅱ
天道酬勤
3
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；
当盐桥连接电解 质溶液时，外电 路才有电流通过。
天道酬勤
9
原电池的组成
有电流通过后： 锌片溶解， 铜片增厚。
天道酬勤
10
原电池的组成
电流的方向可由 检流计指针的 偏转方向确定
天道酬勤
11
原电池的组成
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
因而电极命名:
天道酬勤
13
电极反应： 正极 Cu2++2e负极 Zn-2e-
Cu Zn2+
电池反应：Cu2++Zn Zn2++Cu
对于原电池，还可以用电池符号表示， 如铜-锌原电池：
（–）Zn|Zn2+(b1) Cu2+(b2)|Cu（+）
电池符号的写法是：
天道酬勤
14
（–）Zn|Zn2+(b1) Cu2+(b2)|Cu（+）
反应。
天道酬勤
6
原电池 原电池是把化学能转变为电能的装置
构成原电池有三个条件： ⑴ 此氧化还原反应是自发的； ⑵ 两个半反应在不同区域
进行； ⑶ 两个电解质溶液
用盐桥连接起来。
天道酬勤
7
原电池的组成 两杯电解质溶液 两片金属电极(导体) 导线连接外电路 盐桥连接电解质溶液
天道酬勤
8
原电池的组成
EӨ(H+/H2)=0.0000V 以此电极为参比，可测得其他标准电
极的标准电极电势E天道Ө酬。勤
19
使用标准氢电极不方便，常用甘汞电极：
Pt∣Hg∣Hg2Cl2∣Cl当b(KCl)为饱和时，EӨ =0.2415V
测出各电对的标准电极电势,成标准电极电势表：
电 对 电 极 反 应 标准电极电势
K+/K K++e- K -2.931
② 单原子离子中，
元素的氧化数=电荷数；
天道酬勤
4
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为零；
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
)/bӨ
}4
又如，对于：
MnO4-+8H++5e-
Mn2++4H2O
其能斯特方程式：
E =EӨ( M nO-4
/
M
n2+)+0
.0592 5
V
l
g
b
{
(MnO-4 )b8 ( b(Mn 2+)
H+)(bӨ)-
8
}
天道酬勤
22
电动势与ΔG 的关系
ΔrGm=Wmax′
-2
又如：
S2O32- S2O82- S4O62- Fe3O4
硫和铁的氧化数 +2 天道酬勤 +7 +5/2 +8/3 5
再如：
各元素的氧化数 因为电负性是
P I3 N I3 +3 -1 -3 +1
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
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（ ）
此规定对下述电池也适用
（-）Pt∣Fe3+，Fe2+ Cl-∣Cl2∣Pt（+） （-）Zn∣H2SO4∣Cu（+）
后者即伏打电池，天橘道酬勤汁钟就是伏打电池15 。
盐桥的作用 盐桥是被含饱和KCl的琼脂充填的倒置U 型管，其中的离子可以自由迁移。
天道酬勤
1
本章讨论基于电子转移的一类反应和 它们的重要应用。
它们包括：
氧化-还原反应；
原电池；
电解与腐蚀。
天道酬勤
2
氧化与还原
CuSO4+Zn
ZnSO4+ΔCrGum=-212.55kJ·mol-1
可分为: Cu2++2e- Cu 还原半反应
Zn-2e-
Zn2+ 氧化半反应
(Zn Zn2++2e-)
ln
b( 氧 化 态 )/bӨ b( 还 原 态 )/bӨ
25℃时:
E
E Ө
0.0592V z
lg
b( 氧 化 态 )/bӨ b( 还 原 态 )/bӨ
天道酬勤
21
例如:
O2+2H2O+4e-
4OH-
其能斯特方程式：
E( O 2 /O H
)= EӨ
+0
.
0
59 4
2
V
l
g
{b(
p(O
OH-
) / pӨ
E(Cu2+/Cu)= 0.3419V
所以：电对的电极电势代数值越大，其氧化态
越易得电子，氧化性越强；电对的电极电势代
数值越小，其还原态越易失电子，还原性越强。
天道酬勤
18
电极电势的数值
1. 标准电极电势EӨ
在b(H+)=1.0mol·kg-1
Байду номын сангаас
p(H2)=100.00kPa
条件下，标准氢电极的 标准电极电势：
Zn—负,Cu—正
天道酬勤
12
明确几个术语：
半反应： 对于 Cu2++Zn→Zn2++Cu
有： Zn-2e- Zn2+ (Zn Zn2++2e-)
Cu2++2e- Cu
氧化还原电对： Zn2+/Zn Cu2+/Cu
还有： H+/H2
Cl/Cl-
MnO4-/Mn …
电极：如 Zn|Zn2+ , Cu2+|Cu , Pt|H2(g)|H+
当负极发生反应 Zn-2e- Zn2+ 时，溶液中的正电荷便会使此反 应受阻，需要来自盐桥的负电荷 予以中和。
正极的情况与之相反。 盐桥沟通了电荷，天道使酬勤电流能持续发生。16
电极电势
电极处的电位是怎样产生的？
Zn Zn2+(aq) + 2e-
电极电势：金属和其盐溶液 间双电层的电势差。
电极电势符号：E (或 )
记为：E(氧化态/还原态)
如:E(Zn2+/Zn)，E(Cu2+/Cu), E(O2/OH-)，E(MnO4-/天M道酬n勤2+), E(Cl2/Cl-)等。 17
电极电势的意义
金属越活泼(易失电子),E值越低(负)； 金属越不活泼(易得电子), E值越高(正)
如: E(Zn2+/Zn)=-0.7618V
Zn2+/Zn Zn2++2e- Zn -0.7618
H+/H 2H++2eCu2+/Cu Cu2++2e-
H2 0.0000 Cu +0.3419
F2/F
F2+2e-
2F-
天道酬勤
+2.866
20
2. 能斯特(Nernst)方程式
对于非标准条件下各电对的电极电势， 可用下式计算：
E
EӨ
RT zF