氧化还原反应与电极电位

② “||”表示盐桥。
③ 溶液标浓度；气体标压力。
④ 溶液靠盐桥，电极板在两 边。
⑤ 负极在左，正极在右。
(-) Zn | Zn2+ (c1) || Cu2+ (c2) | Cu (+)
氧化还原反应与电极电位
2、电极电位的产生
❖ 金属电极板浸入其盐溶液中，存在 相反的过程，速率相等时，建立动 态平衡：
氧化还原反应与电极电位
2、氧化还原反应 1) 不同类型的氧化还原反应:
① 电子转移 Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+
② 电子偏移 C + O2 = CO2
• 这两类不同的氧化还原反应可以用氧化数概 念统一：元素的氧化数发生了变化 。
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2) 定义氧化还原反应
• 元素的氧化数发生了变化的化学反应称为氧 化还原反应。 Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+
氧化还原反应与电极电位
❖ 按确定元素氧化数规则的先后顺序，就能正确确定 化合物中各元素的氧化值。 例：KMnO4，先确定K，+1； 再确定O，-2； 最后确定Mn，+7
❖ 氧化数可为整数，也可为分数。 例： Fe3O4 中，Fe：+8/3
氧化还原反应与电极电位
例：
求S2O32-，S2O82-，Na2S4O6 中 S的氧化数。
❖ 电极电位绝对值无法直接测 定，使用的是相对值，以标 准氢电极( SHE)为参照。
1）IUPAC规定标准氢电极
SHE=0.00000V
2H+(aq) + 2e- H2(g) p(H2)=100kPa c(H+)=1 mol·L-1
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2）电极电位的测定 ❖ 将待测电极和已知电极组成
一、 氧化还原反应的基本概念
1. 氧化数
氧化数是假设把原子间每个键中的电子指定给电负性 大的原子时所求得的原子所带的电荷数。是指某元素 一个原子的表观荷电数。
规ห้องสมุดไป่ตู้：
1）单质中元素的氧化数为零 2）简单离子中元素的氧化数为该元素离子的电荷数
氧化还原反应与电极电位
3）共价化合物中,把两个原子共用的电子对指定给 电负性较大的原子后,各原子所具有的形式电荷数即 为他们的氧化数. 4）在化合物中，氢的氧化数一般为+1 (在 活泼金属 氢化物中为-1) ; 氧的氧化数一般为-2 (在过氧化物 中为-1; 在超氧化物 KO2中为-1/2; 在OF2中为+2 ) ; 碱金属 元素氧化数为 +1; 氟的氧化数为 –1 。 5）中性分子中各元素氧化数的代数和为零，复杂离 子中各元素氧化数的代数 和等于离子所带电荷数。
M (s) 溶 解M n+(aq)+ne析 出
❖ 金属极板表面上带有过剩负电荷； 溶液中等量正电荷的金属离子受负 电荷吸引，较多地集中在金属极板 附近，形成所谓双电层结构，其间 电位差称为电极电位。
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3、标准电极电位
❖ 电极电位符号ox/red，单位V。
电极电位与电对本性、温度、 浓度有关。
② 盐桥连接两个半电池，沟通原电池的内电路。
电极板
盐桥
电极板
半电池 Zn2+/Zn
氧化还原反应与电极电位
半电池 Cu2+/Cu
2）电池的反应
‫ ‏‬将ZnSO4 溶液和Zn片构成Zn半电池，是原电 池的负极(anode)； CuSO4溶液和Cu片构成 Cu半电池，是原电池的正极(cathode)。
❖ 原电池可以将自发进行的氧 化还原反应所产生的化学能 转变为电能，同时做电功。
❖ 理论上讲，任何一个氧化还 原反应都可以设计成一个原 电池。
氧化还原反应与电极电位
1）原电池的组成
① 两个半电池（或电极）。半电池包括电极材料 （电极板）和电解质溶液，电极板是电池反应中 电子转移的导体，氧化还原电对的电子得失反应 在溶液中进行。
原电池 ❖ 原电池的电动势：
E=待测-已知
铜电极电极电位的测定
E (Cu2/Cu) SHE (Cu2/Cu) 0.00000V (Cu2/Cu)
氧化还原反应与电极电位
3）标准电极电位及应用
① 标准态下测得的氧化还原电对的电极电位就是
标准电极电位，符号qox/red。
② 是热力学标准态下的电极电位；
• 氧化数升高称为氧化反应，例如Zn→Zn2+ ； ‫ ‏‬氧化数降低称为还原反应，例如Cu2+→Cu 。
• 电子供体失去电子，称为还原剂，如 Zn； ‫ ‏‬电子受体得到电子，称为氧化剂，如Cu2+。
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3) 氧化还原半反应和氧化还原电对 ① 氧化还原反应可以根据电子的转移，由两个氧 化还原半反应构成： Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+ • 一个半反应是氧化反应：Zn - 2e- → Zn2+ ； ‫ ‏‬一个半反应为还原反应：Cu2+ + 2e- → Cu 。 • 氧化反应和还原反应同时存在，在反应过程中 得失电子的数目相等。
• 负极反应 Zn → Zn2+ + 2e- （氧化反应）
• 正极反应 Cu2+ + 2e- → Cu （还原反应）
‫ ‏‬由正极反应和负极反应所构成的总反应，称为 电池反应(cell reaction)。
Zn + Cu2+
Cu + Zn2+
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3）原电池组成式
① “|” 表示相界面 ，同一相 的不同物质用“,”隔开。
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② 氧化还原半反应用通式写做
氧化型 + ne-
还原型
或
Ox + ne-
Red
式中n为半反应中电子转移的数目。
Ox 表示氧化数相对较高的氧化型物质；
Red表示氧化数相对较低的还原型物质。
氧化还原反应与电极电位
❖ 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” （Ox/Red）表示。
❖ 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氧化+还原3反e应与=电极M电位nO2+4OHMnO4-/MnO2
二、 原电池和电极电位
1、原电池
❖ 将氧化还原反应的化学能转 化成电能的装置称为原电池 (primary cell)，简称电池。
③ 反应用 Ox + ne- Red表示，所以电极电位
又称为还原电位；
④ 电极电位是强度性质，与物质的量无关，如
Zn2+ + 2e- Zn q (Zn2+/Zn)= -0.7618V 1/2Zn2+ + e- 1/2Zn q (Zn2+/Zn)= -