第四章 电化学与金属腐蚀

例: 配平MnO4– + SO32– Mn2+ + SO42–(酸性介质)
解: 2) MnO4– + 5e– + 8H+ Mn2+ + 4H2O +) 5) SO32– + H2O SO42– + 2e– + 2H+
2MnO4– + 6H+ + 5SO32– = 2Mn2+ + 5SO42– + 3H2O
在氧化还原反应中一种反应物的组成原子 或离子的氧化值升高(氧化)，另一种反应物 的组成原子或离子的氧化值降低(还原)，氧 化值升高 (失去电子)的过程称为氧化，氧化 值降低的过程叫还原。
在反应过程中氧化值升高(失去电子)的物质 为还原剂，氧化值降低(得电子)的物质为氧 化剂。
氧化值升高
Cl2 + 2I- = I2 + 2Cl-
例: 配平ClO– + Cr(OH)4– Cl– + CrO42– (碱性介质) 解: 3) ClO– + 2e– + H2O Cl– + 2OH– +) 2) Cr(OH)4– + 4OH– CrO42– + 3e– + 4H2O 3ClO– + 2OH– + 2 Cr(OH)4– = 3Cl– + 2CrO42– + 5H2O
第四章 电化学与金属腐蚀
4.1 原电池 4.2 电极电势 4.3 电极电势在化学上的应用 4.4 化学电源 4.5 电解 4.6 金属的腐蚀与防止
本章学习要求
(1)了解原电池的组成、半反应式以及电极 电势的概念。能用能斯特方程计算电极电势 和原电池电动势。
(2) 熟悉浓度对电极电势的影响以及电极电 势的应用：能比较氧化剂还原剂的相对强弱， 判断氧化还原反应进行的方向和程度。
MnO
4
Mn 2+
半反应为：
Cr2O
2 7
Cr 3+
MnO4 5e 8H
Mn2 4H2O
Cr2O72 Cr3+
Cr2O72 6e 14H
2Cr3 7H2O
氧化还原反应实质上是两个(或两个以上) 电对共同作用的结果, 可以用一个通式来表示 氧化还原反应。
ne Ox1+Re2
Ox2+Re1
氧化值降低
在氧化还原反应中，氧化值的升高和氧 化值的降低是同一物质的同一元素，则将此 反应称为歧化反应。
氧化值降低
Cl2 + H2O = HCl + HClO
氧化值升高
任何一个氧化还原反应，都可以看作是由 两个过程组成：
1. 氧化过程 Zn
Zn2++2e 氧化半反应
2. 还原过程 Cu2++2e
Cu 还原半反应
每个半反应，均为同一物质的不同氧化值的 两种物质组成，它们之间的关系符合下式：
Ox+ne
Re
在同一半反应中，氧化值较高的物质称为氧
化型物质；氧化值较低的物质称为还原型物质。 氧化型和还原型物质构成氧化还原电对，简称 电对。用符号Ox/Re表示。
例如：
Cu2 Cu Zn2 Zn MnO4 Mn 2+
(3)了解电解池中电解产物一般规律，明确 电化学腐蚀及其防止的原理。
4.1 原电池
4.1.1 原电池中的化学反应 4.1.2原电池的热力学
4.1.1 原电池中的化学反应
无机化学反应可分为两大类： 一类是非氧化还原反应，如复分解反应、中和反 应、盐类水解和某些配合反应等，这些反应的特 点是反应物中原子或离子没有氧化数的变化； 另一类是氧化还原反应，所有氧－还反应的共同 特点是反应物中某些元素的氧化数发生了变化。
氧化还原电对与共轭酸碱对相似，都有共轭关系。
在同一电对中，氧化型物质降低氧化值的趋势 越强, 其氧化能力越强, 则其共轭还原型物质升高 氧化值的趋势就越弱, 还原能力越弱
还原型物质的还原能力越强, 则其共轭氧化型 物质的氧化能力越弱。
在氧化还原反应中, 反应一般按较强的氧化 剂和较强的还原剂相互作用的方向进行。
氧化还原反应方程式的配平 配平原则:
1、元素原子氧化数升高的总数等于元素原 子氧化数降低的总数。
2、根据质量守恒定律，反应前后各元素 的原子总数相等。
有两种配平方法：氧化数法和离子-电子法。
离子––电子法
① 用离子式写出主要反应物和产物(气体、纯 液体、固体和弱电解质则写分子式).
② 分别写出氧化剂被还原和还原剂被氧化的半 反应, 并配平两个半反应方程式, 等号两边的 各种元素的原子总数各自相等且电荷数相等.
原电池的组成：
把锌片放到硫酸铜溶液中时，就会发生下列反应： Zn(s)+Cu2+(aq)=Zn2+(aq)+Cu(s)
rGmΟ(29Biblioteka Baidu.15K)= -212.55kJ·mol-1
w´ = rGmΟ = -212.55kJ·mol-1
把化学能直接变为电能的装置叫做原电池。
原电池的组成：
例：K2Cr2O7 Cr为+6 Fe3O4 Fe为+8/3 Na2S2O3 S为+2 Na2S4O6 S平均为2.5 (2个S为0,2个S为+5)
注意 ：氧化数与共价数(某元素原子形成共价键
的数目)的区别
(与化合价的区别)
共价数 4
4
4
氧化数 -4
-2
-1
氧化还原电对
根据氧化值的概念，氧化还原反应是元素 的氧化值发生变化的一类反应。
氧化数 为了表示各元素在化合物中所处的化合 状态，无机化学中引进了氧化数的概念。
氧化数的规定：
❖单质中，元素的氧化数为零，H2 Cl2 Fe ❖正常氧化物中，O的氧化数为-2， 过氧化物 (H2O2 、Na2O2)中O的氧化数为-1，KO2 中O的氧化数为-0.5，KO3中O的氧化数为-1/3，OF2 中O的氧化数为+2，O2F2中O的氧化数为+1 ❖H一般为+1，在NaH中为-1 ❖离子化合物中，氧化数 = 离子电荷数 ❖共价化合物中，氧化数 = 形式/表观电荷数 ❖总电荷数=各元素氧化数的代数和
③ 对于等号两边氧原子数不同的半反应, 根据 反应进行的酸、碱性介质, 在半反应式中加 H+离子或OH–离子以及H2O分子. 酸性:多n个O则加2n个H+, 另一边加n个H2O 碱性:多n个O则加n个H2O, 另一边加2n个OH–
④ 确定两半反应方程式得、失电子数目的最小 公倍数. 将两个半反应方程式中各项分别乘以 相应的系数, 使得、失电子数目相同. 然后, 将 两者合并, 就得到配平的氧化还原反应的离子 方程式. 有时根据需要可将其改为分子方程式.