电化学原理及应用
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电化学原理及应用
6.1 氧化还原反应
6.1.1氧化数
氧化数:IUPAC定义为：“氧化数是指某元素一个 原子的电荷数，该荷电数是假定把每个化学键 中的电子指定给电负性大的原子而求得”。
元素氧化数的确定。
（1）单质中元素的氧化数为零。
（2）氧在化合物中的氧化数一般为-2，在过氧 化物中为-1（H2O2、Na2O2），在OF2中为+2， F的为-1。在超氧化物KO2中为-1/2，氢的氧化 数一般为+1，在与活泼金属形成的金属氢化物 中则为-1（如：NaH、CaH2）。
Mn2+
SO3２－＋ H2O
SO42－＋ 2H+ ＋ 2e
MnO4－＋ 8H+ ＋ 5e
Mn2+ ＋ 4H2O
5SO3２－＋ 5H2O
5SO42－＋ 10H+ ＋ 10e
2MnO4－＋ 16H+ ＋ 10e
2Mn2+ ＋ 8H2O
2MnO4－＋ 5SO3２－＋6H+ = 2Mn2+ ＋5SO42－＋ 3H2O
（5）中性分子中，各元素氧化数的代数和为零。
例: 求Fe3O4、K2Cr2O7和S2O32－中Fe、Cr和S的 氧化值
解:设Fe的氧化数为x 3x ＋ 4×(-2) = 0 得x =8/3 ， Fe的氧化数为+8/3 。 设Cr的氧化数为x, 则2x＋7×(-2) = -2 得x = 6，
Cr的氧化数为+6。 设S的氧化值为x，则2x＋3×(-2) = -2 得x = +2，
4.在电极溶液中，将元素氧化数较高的写得靠近盐 桥，气体电极中，将溶液的离子靠近盐桥，气体 写在外边。
例：用电池符号表示下列氧化还原反应
（1）2Ag ＋ 2HI （2） Fe2+ ＋ Ag+
2AgI ＋ H2 Fe3+ ＋ Ag
解：（1） 氧化反应：Ag ＋I－= AgI ＋e 还原反应：2H+ ＋ 2e = H2
6.1.3常见的氧化剂和还原剂 （1）易于接受电子的物质,可以作为氧 化剂,如卤素单质
F2(g)+H2O(l)=4HF(aq)+O2(g) 含氧酸盐也是常用到的氧化剂,如水溶 液中NO3—、Cr2O72—、MnO4—等。 （2）易于给出电子的物质可做还原剂。
6.2 原电池
把氧化还原反应的化学能转变为电能 的装置称为“原电池”。
(4).电子配平.按照最小公倍数原则，对两个半反 应乘以适当的系数，使电子得失数相等。
(5)相加两个半反应，并消去多余物质,将箭头号 改为可逆号.
例:（1）酸性介质中配平
KMnO4＋Na2SO3＋H2SO4
MnSO4＋Na2SO4
MnO4－＋SO3２－
Mn2+＋SO42－
SO3２－
SO42－
MnO4－
S元素的氧化值为+2。
6.1.2 氧化还原电对
在氧化还原反应 Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu 中
Zn作还原剂被氧化，发生的是氧化反应为:Zn2+ ＋2e Zn ，Cu2+作氧化剂被还原，发生的是还 原反应为Cu2+＋2e Cu
氧化数高的Zn2+和Cu2+称为氧化型（或氧化 态），氧化数低的Zn和Cu称为还原型（或还原 态）。Zn2+与Zn，Cu2+与Cu之间通过电子传递 相互转化，它们分别构成二对共轭氧化还原电对， 表示为：Zn2+/Zn、，Cu2+/ Cu,氧化型/还原型
6.1.3 氧化还原反应方程式配平 离子电子法
(1).将离子方程式拆分为两个半反应 ,一个是氧化 的,一个是还原的.
(2).原子配平.酸性介质中对H、O的配平多氧的一 方加H+，少氧的一方加H2O；碱性介质中，多 氧的一边加H2O，少氧的一边加OH-。
(3).电荷配平.用加电子的方法配平两个半反应前 后的电荷数和电荷符号.
（3）离子化合物中，单原子离子元素的氧化数为离子 所带电荷（如：NaCl中Na+氧化数为+1，Cl－氧化数为 -1）;多原子离子（NH4+）的氧化数为离子所带电荷的 代数和。
（4）共价化合物中，元素的氧化数是把电子对指定给 电负性大的一方而求得的表观电荷数。（如：HCl分 子中Cl的氧化数为-1，H的氧化数为+1；H2SO4中H的 氧化数为+1，S的氧化数为+6，O的氧化数为-2。
(2).碱性介质中配平反应：
H2O2 ＋Cr(OH)4－
CrO42－＋ H2O
H2O2
H2O
Cr(OH)4－
CrO42－
H2O2 + H2O+2e
H2O +2 OH－
Cr(OH)4－+4OH－
CrO42－ + 4H2O + 3e
3H2O2 + 3H2O+6e
3H2O +6OH－
2Cr(OH)4－+8OH－
Zn = Zn2+ ＋ 2e
Cu2+＋2e = Cu
铜锌原电池
Zn ＋ Cu2+==Zn2+ ＋ Cu
在原电池中规定：电子流出的一端称为原电 池的“负极”，电子流入的一端称为原电池的“正 极”。
盐桥：1.易溶强电解质；2.强电解质中正、负离 子迁移速度相等；3.强电解质不与溶液中的电 解质反应。（饱和KCl溶Fra Baidu bibliotek和琼脂）
2 CrO42－ + 8H2O + 6e
3H2O2 ＋ 2Cr(OH)4－ ＋ 2OH－ ==2CrO42－ ＋ 8H2O
（3）中性介质中配平下列反应。
I2+S2O32－ S2O32－
I2
I－
2S2O32－
I 2 +2e 总反应式为:
I－ + S4O62－ S4O62－
S4O62－+2e 2I－
2S2O32－+I2== S4O62－+2I－
6.2.2 电池符号
Zn︱Zn2+(c1)‖Cu2+(c2) ︱Cu 规定：1.将发生氧化反应的“负极”写在左边。
2.“‖”表示盐桥。“︱”表示两相界面，“，”有时也 可表示两相的分界，同一相中不同物质间用 “，”隔开，“c”表示溶液的浓度。
3.电池中各有关物质要注明浓度，分压，温度，如 不特别注明，一般指温度298K，压力为 101.325kPa，浓度为 1mol∙dm-3 .电极反应中有 H+或OH- 参与时，在半电池的溶液相中要表示 出来
电池符号： Ag，AgI(s) ︱I－(c1) ‖H+(c2) ︱H2(g，p ) ︱Pt
（2）氧化反应：Fe2+ = Fe3+ ＋ e （负极） 还原反应：Ag+ ＋ e = Ag （正极） 电池符号为：
Pt︱Fe2+(c1), Fe3+(c2) ‖Ag+(c3) ︱Ag 例:写出下列原电池的电极反应和电池反应
6.1 氧化还原反应
6.1.1氧化数
氧化数:IUPAC定义为：“氧化数是指某元素一个 原子的电荷数，该荷电数是假定把每个化学键 中的电子指定给电负性大的原子而求得”。
元素氧化数的确定。
（1）单质中元素的氧化数为零。
（2）氧在化合物中的氧化数一般为-2，在过氧 化物中为-1（H2O2、Na2O2），在OF2中为+2， F的为-1。在超氧化物KO2中为-1/2，氢的氧化 数一般为+1，在与活泼金属形成的金属氢化物 中则为-1（如：NaH、CaH2）。
Mn2+
SO3２－＋ H2O
SO42－＋ 2H+ ＋ 2e
MnO4－＋ 8H+ ＋ 5e
Mn2+ ＋ 4H2O
5SO3２－＋ 5H2O
5SO42－＋ 10H+ ＋ 10e
2MnO4－＋ 16H+ ＋ 10e
2Mn2+ ＋ 8H2O
2MnO4－＋ 5SO3２－＋6H+ = 2Mn2+ ＋5SO42－＋ 3H2O
（5）中性分子中，各元素氧化数的代数和为零。
例: 求Fe3O4、K2Cr2O7和S2O32－中Fe、Cr和S的 氧化值
解:设Fe的氧化数为x 3x ＋ 4×(-2) = 0 得x =8/3 ， Fe的氧化数为+8/3 。 设Cr的氧化数为x, 则2x＋7×(-2) = -2 得x = 6，
Cr的氧化数为+6。 设S的氧化值为x，则2x＋3×(-2) = -2 得x = +2，
4.在电极溶液中，将元素氧化数较高的写得靠近盐 桥，气体电极中，将溶液的离子靠近盐桥，气体 写在外边。
例：用电池符号表示下列氧化还原反应
（1）2Ag ＋ 2HI （2） Fe2+ ＋ Ag+
2AgI ＋ H2 Fe3+ ＋ Ag
解：（1） 氧化反应：Ag ＋I－= AgI ＋e 还原反应：2H+ ＋ 2e = H2
6.1.3常见的氧化剂和还原剂 （1）易于接受电子的物质,可以作为氧 化剂,如卤素单质
F2(g)+H2O(l)=4HF(aq)+O2(g) 含氧酸盐也是常用到的氧化剂,如水溶 液中NO3—、Cr2O72—、MnO4—等。 （2）易于给出电子的物质可做还原剂。
6.2 原电池
把氧化还原反应的化学能转变为电能 的装置称为“原电池”。
(4).电子配平.按照最小公倍数原则，对两个半反 应乘以适当的系数，使电子得失数相等。
(5)相加两个半反应，并消去多余物质,将箭头号 改为可逆号.
例:（1）酸性介质中配平
KMnO4＋Na2SO3＋H2SO4
MnSO4＋Na2SO4
MnO4－＋SO3２－
Mn2+＋SO42－
SO3２－
SO42－
MnO4－
S元素的氧化值为+2。
6.1.2 氧化还原电对
在氧化还原反应 Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu 中
Zn作还原剂被氧化，发生的是氧化反应为:Zn2+ ＋2e Zn ，Cu2+作氧化剂被还原，发生的是还 原反应为Cu2+＋2e Cu
氧化数高的Zn2+和Cu2+称为氧化型（或氧化 态），氧化数低的Zn和Cu称为还原型（或还原 态）。Zn2+与Zn，Cu2+与Cu之间通过电子传递 相互转化，它们分别构成二对共轭氧化还原电对， 表示为：Zn2+/Zn、，Cu2+/ Cu,氧化型/还原型
6.1.3 氧化还原反应方程式配平 离子电子法
(1).将离子方程式拆分为两个半反应 ,一个是氧化 的,一个是还原的.
(2).原子配平.酸性介质中对H、O的配平多氧的一 方加H+，少氧的一方加H2O；碱性介质中，多 氧的一边加H2O，少氧的一边加OH-。
(3).电荷配平.用加电子的方法配平两个半反应前 后的电荷数和电荷符号.
（3）离子化合物中，单原子离子元素的氧化数为离子 所带电荷（如：NaCl中Na+氧化数为+1，Cl－氧化数为 -1）;多原子离子（NH4+）的氧化数为离子所带电荷的 代数和。
（4）共价化合物中，元素的氧化数是把电子对指定给 电负性大的一方而求得的表观电荷数。（如：HCl分 子中Cl的氧化数为-1，H的氧化数为+1；H2SO4中H的 氧化数为+1，S的氧化数为+6，O的氧化数为-2。
(2).碱性介质中配平反应：
H2O2 ＋Cr(OH)4－
CrO42－＋ H2O
H2O2
H2O
Cr(OH)4－
CrO42－
H2O2 + H2O+2e
H2O +2 OH－
Cr(OH)4－+4OH－
CrO42－ + 4H2O + 3e
3H2O2 + 3H2O+6e
3H2O +6OH－
2Cr(OH)4－+8OH－
Zn = Zn2+ ＋ 2e
Cu2+＋2e = Cu
铜锌原电池
Zn ＋ Cu2+==Zn2+ ＋ Cu
在原电池中规定：电子流出的一端称为原电 池的“负极”，电子流入的一端称为原电池的“正 极”。
盐桥：1.易溶强电解质；2.强电解质中正、负离 子迁移速度相等；3.强电解质不与溶液中的电 解质反应。（饱和KCl溶Fra Baidu bibliotek和琼脂）
2 CrO42－ + 8H2O + 6e
3H2O2 ＋ 2Cr(OH)4－ ＋ 2OH－ ==2CrO42－ ＋ 8H2O
（3）中性介质中配平下列反应。
I2+S2O32－ S2O32－
I2
I－
2S2O32－
I 2 +2e 总反应式为:
I－ + S4O62－ S4O62－
S4O62－+2e 2I－
2S2O32－+I2== S4O62－+2I－
6.2.2 电池符号
Zn︱Zn2+(c1)‖Cu2+(c2) ︱Cu 规定：1.将发生氧化反应的“负极”写在左边。
2.“‖”表示盐桥。“︱”表示两相界面，“，”有时也 可表示两相的分界，同一相中不同物质间用 “，”隔开，“c”表示溶液的浓度。
3.电池中各有关物质要注明浓度，分压，温度，如 不特别注明，一般指温度298K，压力为 101.325kPa，浓度为 1mol∙dm-3 .电极反应中有 H+或OH- 参与时，在半电池的溶液相中要表示 出来
电池符号： Ag，AgI(s) ︱I－(c1) ‖H+(c2) ︱H2(g，p ) ︱Pt
（2）氧化反应：Fe2+ = Fe3+ ＋ e （负极） 还原反应：Ag+ ＋ e = Ag （正极） 电池符号为：
Pt︱Fe2+(c1), Fe3+(c2) ‖Ag+(c3) ︱Ag 例:写出下列原电池的电极反应和电池反应