2020高中化学原电池和氧化还原反应

三 电极电势和电动势
1. 电极电势
Cu－Zn 电池中，为什么电子从锌片流向铜片？为什 么 Cu 为正极，Zn 为负极？或者说为什么铜片的电势比 锌片的高？这是我们首先要回答的问题。
锌电极的双电层
铜电极的双电层
2 原电池的电动势
电极电势 E 表示电极中极板与溶液之间的电势差。 当盐桥将两个电极的溶液连通时，认为两溶液之间的电势 差被消除，则两电极的电极电势之差即原电池的电动势。 用 E池 表示电动势，则有
第1节 氧化还原反应与原电池
一、化合价与氧化数(Oxidation Number)
氧化－还原反应：有电子得失（或电子偏移）的反应。
the surroundings
化合价降低，还原反应 氧化剂 ＋ 还原剂 还原产物 ＋ 氧化产物
化合价升高，氧化反应
The loss or gain of electrons is easy to identify for monatomic ions, because we can monitor the charges of the species. Thus, when Br ions are converted into bromine atoms (which go on to form Br2 molecules), we know that each Br– ion must have lost an electron and hence that it has been oxidized. When O2 forms oxide ions, O2-, we know that each oxygen atom must have gained two electrons and therefore that it has been reduced. The difficulty arises when the transfer of electrons is accompanied by the transfer of atoms. For example, is chlorine gas, Cl2, oxidized or reduced when it is converted into hypochlorite ions, ClO-?
(－) Pt|H2 ( pӨ ) | H＋ (1 mol·dm －3 )‖Cu 2＋ ( 1 mol·dm －3 )|Cu (＋)
测得该电池的电动势 EӨ池 ＝ 0.34 V，
由公式 EӨ池 ＝ EӨ ＋ － EӨ －
得
EӨ ＋ ＝ EӨ池 ＋ EBaidu Nhomakorabea －
EӨ Cu2+/Cu ＝ EӨ池 ＋ EӨ H+/H2 ＝ 0.34 V + 0 V ＝ 0.34 V
How To Assign Oxidation Number
1. The oxidation number of an element uncombined with other elements is 0.
2. The sum of the oxidation numbers of all the atoms in a species is equal to its total charge.
饱和甘汞电极
5. 标准电极电势表 在电极反应中，左侧是氧化数高的物质，称为氧化
型 ；右侧是氧化数低的物质，称为还原型 。 电极反应的通式 氧化型 ＋ z e － ＝ 还原型 按照 E Ө 值增大的顺序列表即标准电极电势表。
在电对中只写出氧化数有变化的物质，如Cr2 O7 2－/Cr 3＋
Cr2 O7 2 － ＋ 14 H ＋ ＋ 6e － ＝ 2 Cr 3 ＋ ＋7 H2 O E ＝ Ө Cr2O72/Cr3+ 1.23V
二、原电池(Galvanic Cell)
An electrochemical cell in which a spontaneous chemical reaction is used to generate an electric current.
e
Zn
Cu
ZnSO4
CuSO4
图:Cu Zn 原电池
5. The oxidation number of all the halogens is -1 unless the halogen is in combination with oxygen or another halogen higher in the group. The oxidation number of fluorine is -1 in all its compounds.
四 电极反应式的配平
原则：方程式两边的原子数和电荷相等。
例 配平电对 Cr2 O7 2 － / C r3 ＋ 的电极反应式。 1）将氧化数有变化的原子配平Cr2O7 2 － —— 2 Cr 3 ＋
2）在缺少 n 个氧原子的一侧加上 n 个 H2O, Cr2 O7 2 － —— 2 C r 3 ＋ ＋ 7 H2O
1）写出两个半反应并配平 MnO4 － ＋ 8 H ＋ ＋ 5 e － ＝ Mn 2 ＋ ＋ 4 H2O SO4 2 － ＋ 4 H ＋ ＋ 2 e － ＝ H2SO3 ＋ H2O
2）调整化学计量数，使得失 e数相等后，两式相减， 得 2 MnO4－＋5 H2SO3 ＝2 Mn2＋ ＋5 SO42－＋4 H＋＋3 H2O
负极 Zn ＝ Zn 2＋ ＋ 2 e －
正极 Cu 2＋ ＋ 2 e － ＝ Cu 电池反应： Zn ＋ Cu 2＋ ＝ Cu ＋ Zn 2＋
盐桥：将饱和的 KCl 溶液灌入 U 形管中，用琼胶封口，倒架在 两池中。由于 K＋ 和 Cl－ 的定向移动，使两池中过剩的正负 电荷得到平衡，恢复电中性。于是两个半电池反应乃至电池反 应得以继续，电流得以维持。
铂丝连着涂满铂黑的铂片作为极板，插入到H＋
(1 mol·dm－ 3 )溶液中，并向其中通入H2( 100 kPa )，构成 标准氢电极。
氢电极的半反应为
2 H ＋ ＋ 2 e － ＝ H2 符号 Pt| H2( pӨ) | H ＋(c Ө)
化学上规定 EӨ H+/H2 ＝ 0 V
标准氢电极示意图
例如：标准氢电极与标准铜电极组成的原电池。
3. The oxidation number of hydrogen is +1 in combination with nonmetals and -1 in combination with metals.
4. The oxidation number of elements in Groups 1 and 2 is equal to their group number.
化合价：氧化还原反应中得失电子数，只能为整数。
氧化数：得失电子或平均化合价。可以为整数或分数。
例如： CrO5 中 Cr 的氧化数为正 10 ，但是从右图所示的 结构式中，可以看出 Cr 的化合价为正 6。这是 Cr 的最高 价态，等于其所在的族数。
Oxidation corresponds to an increase in oxidation number. Reduction corresponds to a decrease in oxidation number.
3）在缺少 n 个氢原子的一侧加上 n 个 H ＋ ，平衡氢原子 Cr2 O7 2 － ＋ 14 H ＋ —— 2 C r 3 ＋ ＋ 7 H2O
4）加电子以平衡电荷，完成电极反应式的配平 Cr2 O7 2 － ＋ 14 H ＋ ＋ 6 e － ＝ 2 C r 3 ＋ ＋ 7 H2O
例 配平氧化还原反应方程式 MnO4 － ＋ H2SO3 —— Mn 2 ＋ ＋ SO4 2 －
4. 其它类型的电极
n n
甘汞电极：实际测量非常重要的一种电极，标准氢 电极使用不多，原因是氢气不易纯化，压强不易控制，铂 黑容易中毒。
电极反应Hg2Cl2＋2e－＝2Hg ＋2Cl－ 符号 Pt | Hg | Hg2Cl2 | KCl (浓度) 标准电极电势 EӨ ＝ 0.268 V 饱和甘汞电极电势 E ＝ 0.2415 V
6.The oxidation number of oxygen is -2 in most of itscompounds. Exceptions are its compounds with fluorine (in which case, the previous statement takes precedence) and its occurrence as peroxides (O22-), superoxides (O2-), andozonides (O3-).
电极电势表说明： (1) 电极电势高，其氧化型的氧化能力强；电极电势低其 还原型的还原能力强。 (2) 标准电极电势表是酸介质中的表。
(3)碱介质中另有一张标准电极电势表。例如 2 H2O ＋ 2 e － ＝ H2 ＋ 2 OH － EӨ ＝ － 0.83 V Cu( OH )2 ＋ 2 e － ＝ Cu ＋ 2 OH－ EӨ＝ － 0.22 V
E池 ＝ E＋ － E－ 标准状态时电池的标准电动势有
EӨ池 ＝ EӨ ＋ － EӨ －
例如：(–) ZnZn2＋( 1 mol·dm－3 )‖Cu2＋(1 mol·dm－3)Cu(＋)
EӨ池 ＝ EӨ ＋－ EӨ － ＝ 0.34 V － (－ 0.76 V ) ＝1.10 V
3. 标准氢电极:
电池符号：
例如 Cu －Zn 电池符号
( – ) Zn Zn 2＋( 1 mol·dm － 3 ) ‖Cu 2＋( 1 mol·dm －3 )Cu (＋)
左边负极，右边正极；两边的 Cu，Zn 表示极板材 料；离子的浓度，气体的分压要在 （ ） 内标明。 ‘ ’ 代表两相的界面；‘‖’代表盐桥。盐桥连接着不同电解质 的溶液或不同浓度的同种电解质的溶液。