【工程化学】第四章电化学基础---氧化还原反应与电极电位
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书写原电池符号的规则： ⑴ 负极“-”在左边，正极“+”在右边，盐桥用“‖”表示。 ⑵ 半电池中两相界面用“ ”分开，同相不 同物种用 “,”分开，溶液、气体要注明ci ， pi 。 ⑶ 纯液体、固体和气体写在惰性电极一边用“,”分开。
2020/3/25
第二节 原电池和电极电位
4. 电极类型
① 金属-金属离子电极
• 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+
2020/3/25
3、原电池组成式
() Zn Zn2 (1.0mol L1)‖ Cu2 (1.0mol L1) Cu ()
从氧化物夺取氧
识 不
发 19世纪中
化合价升高
化合价降低
断
展 20世纪初
失去电子
得到电子
深 化
Fe + Cu2+ = Fe2+ + Cu 共轭关系
还原态 = 氧化态 + n e, 电子转移 ( 酸 ＝ 碱 + n H+ , 质子转移)
2020/3/25
第一节 氧化还原反应
氧化还原反应的定义 • 元素的氧化值发生了变化的化学反应称为氧化 还原反应。 Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+ • 氧化值升高称为氧化反应，例如Zn→Zn2+ ； 氧化值降低称为还原反应，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+。
如：Ag-AgCl电极
• 电极组成式 Ag | AgCl(s) | Cl-(c)
• 电极反应 AgCl + e-
Ag + Cl-
④ 氧化还原电极
如：Fe3+/Fe2+电极
• 电极组成式 Pt | Fe2+(c1), Fe3+(c2)
• 电极反应 Fe3++ e-
Fe2+
2020/3/25
原电池的表示方法
Cr2O72-+6Cl-+14H+ → 2Cr3++3Cl2↑+7H2O
电极反应
2Cl- - 2e- → Cl2
氧化
Cr2O72-+14H++ 6e- → 2Cr3++7H2O 还原
原电池符号
(-)Pt, Cl2(p) Cl-(c) Cr2O72-(c1), H+(c2), Cr3+(c3) Pt(+)
2020/3/25
第二节 原电池和电极电势
2020/3/25
第二节 原电池和电极电位
1 原电池
化学能转化成电能的装置
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)。
• 负极反应 Zn → Zn2+ + 2e- （氧化反应）
2020/3/25
二、 电极电势的产生(双电层模型)
M Mn ne
2020/3/25
简单地讲，金属越活泼，溶解成离子的倾向愈 大，离子沉积的倾向愈小，达到平衡时，电极的 金属板上累积的负电荷就较多，电极电势越低； 相反，金属越不活泼溶解倾向则愈小，沉积的倾
向愈大，电极电势越高。
原电池的电动势等于组成原电池的两个电极之 间的电势之间的电势差
电子的数目相等。
2020/3/25
第一节 氧化还原反应
氧化还原电对：
氧化还原半反应用通式写做
氧化型 + ne- 还原型
或
Ox + ne- Red
氧化型物质/还原型物质 如 Cu2+/Cu、Zn2+/Zn、H+/H2、Sn4+/Sn2+
氧化型物质，还原型物质
如 Cu2+,Cu、Zn2+,Zn、H+,H2、Sn4+,Sn2+
如：Zn2+/Zn电极，
• 电极组成式 Zn | Zn2+(c)
• 电极反应 Zn2+ + 2e-
Zn
② 气体电极
如：氯气电极，
• 电极组成式 Pt | Cl2(p) | Cl- (c)
• 电极反应 Cl2 + 2e-
2Cl-
2020/3/25
第二节 原电池和电极电位
4. 电极类型
③ 金属-金属难溶盐-阴离子电极
2020/3/25
了解： 电极类型、电极电位产生的原因；了解电位法 测量溶液pH的原理及pH操作定义；了解电化学 与生物传感器及其应用
2020/3/25
1.氧化数
是指某元素的一个原子的表观荷电数，该荷电数
是假定把每一化学键中的电子指定给电负性更大的
原子而求得的。 注意:
1） 同种元素可有不同的氧化数；
E＝ (+) – (-)
2020/3/25
三、标准电极电势
指定温度(25℃)，浓度均为 1 mol/L, 气体 的分压都是标准压力（100 kPa), 固体及液 体都是纯净物状态下的电极电势。 用 (V)来表示
无法测定其绝对值，只有相对值
标准氢电极:
2 H+ + 2e
H2 (H+/H2) = 0.0000 (V)
2020/3/25
铂片上表面镀一 层海绵状铂（铂黒， 很强的吸附H2的能力） 插入H+ 浓度为 1mol/L 的溶液中， 25℃下，不断地通入 标准压力的纯 H2气 流，与溶液中的H+ 达平衡。
氢电极示意图
第四章 电化学基础
2020/3/25
教学要求
掌握：
电池组成式的书写；根据标准电极电位判断氧化 还原反应方向；通过标准电动势计算氧化还原反 应的平衡常数；电极电位的Nernst方程、影响 因素及有关计算。 熟悉：
氧化值的概念和氧化还原反应的定义，熟练计算 元素氧化值；熟悉原电池的结构及正负极反应的 特征；熟悉标准电极电位概念；熟悉电池电动势 与自由能变的关系
2020/3/25
第一节 氧化还原反应
氧化还原半反应：
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
2） 氧化数可为正、负、分数或零；
Leabharlann Baidu3） 氧化数不一定符合实际元素的电子转
移情况。 S2O32-, S的氧化数为＋2
O -O S O-
+4, (+6)
4）氧化数和化合价的区别 S
0, (-2)
2020/3/25
第一节 氧化还原反应和氧化数:
2. 氧化还原反应
年代 历
氧化反应
还原反应
认
史 18世纪末 与氧化合
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第二节 原电池和电极电位
4. 电极类型
① 金属-金属离子电极
• 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+
2020/3/25
3、原电池组成式
() Zn Zn2 (1.0mol L1)‖ Cu2 (1.0mol L1) Cu ()
从氧化物夺取氧
识 不
发 19世纪中
化合价升高
化合价降低
断
展 20世纪初
失去电子
得到电子
深 化
Fe + Cu2+ = Fe2+ + Cu 共轭关系
还原态 = 氧化态 + n e, 电子转移 ( 酸 ＝ 碱 + n H+ , 质子转移)
2020/3/25
第一节 氧化还原反应
氧化还原反应的定义 • 元素的氧化值发生了变化的化学反应称为氧化 还原反应。 Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+ • 氧化值升高称为氧化反应，例如Zn→Zn2+ ； 氧化值降低称为还原反应，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+。
如：Ag-AgCl电极
• 电极组成式 Ag | AgCl(s) | Cl-(c)
• 电极反应 AgCl + e-
Ag + Cl-
④ 氧化还原电极
如：Fe3+/Fe2+电极
• 电极组成式 Pt | Fe2+(c1), Fe3+(c2)
• 电极反应 Fe3++ e-
Fe2+
2020/3/25
原电池的表示方法
Cr2O72-+6Cl-+14H+ → 2Cr3++3Cl2↑+7H2O
电极反应
2Cl- - 2e- → Cl2
氧化
Cr2O72-+14H++ 6e- → 2Cr3++7H2O 还原
原电池符号
(-)Pt, Cl2(p) Cl-(c) Cr2O72-(c1), H+(c2), Cr3+(c3) Pt(+)
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第二节 原电池和电极电势
2020/3/25
第二节 原电池和电极电位
1 原电池
化学能转化成电能的装置
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)。
• 负极反应 Zn → Zn2+ + 2e- （氧化反应）
2020/3/25
二、 电极电势的产生(双电层模型)
M Mn ne
2020/3/25
简单地讲，金属越活泼，溶解成离子的倾向愈 大，离子沉积的倾向愈小，达到平衡时，电极的 金属板上累积的负电荷就较多，电极电势越低； 相反，金属越不活泼溶解倾向则愈小，沉积的倾
向愈大，电极电势越高。
原电池的电动势等于组成原电池的两个电极之 间的电势之间的电势差
电子的数目相等。
2020/3/25
第一节 氧化还原反应
氧化还原电对：
氧化还原半反应用通式写做
氧化型 + ne- 还原型
或
Ox + ne- Red
氧化型物质/还原型物质 如 Cu2+/Cu、Zn2+/Zn、H+/H2、Sn4+/Sn2+
氧化型物质，还原型物质
如 Cu2+,Cu、Zn2+,Zn、H+,H2、Sn4+,Sn2+
如：Zn2+/Zn电极，
• 电极组成式 Zn | Zn2+(c)
• 电极反应 Zn2+ + 2e-
Zn
② 气体电极
如：氯气电极，
• 电极组成式 Pt | Cl2(p) | Cl- (c)
• 电极反应 Cl2 + 2e-
2Cl-
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第二节 原电池和电极电位
4. 电极类型
③ 金属-金属难溶盐-阴离子电极
2020/3/25
了解： 电极类型、电极电位产生的原因；了解电位法 测量溶液pH的原理及pH操作定义；了解电化学 与生物传感器及其应用
2020/3/25
1.氧化数
是指某元素的一个原子的表观荷电数，该荷电数
是假定把每一化学键中的电子指定给电负性更大的
原子而求得的。 注意:
1） 同种元素可有不同的氧化数；
E＝ (+) – (-)
2020/3/25
三、标准电极电势
指定温度(25℃)，浓度均为 1 mol/L, 气体 的分压都是标准压力（100 kPa), 固体及液 体都是纯净物状态下的电极电势。 用 (V)来表示
无法测定其绝对值，只有相对值
标准氢电极:
2 H+ + 2e
H2 (H+/H2) = 0.0000 (V)
2020/3/25
铂片上表面镀一 层海绵状铂（铂黒， 很强的吸附H2的能力） 插入H+ 浓度为 1mol/L 的溶液中， 25℃下，不断地通入 标准压力的纯 H2气 流，与溶液中的H+ 达平衡。
氢电极示意图
第四章 电化学基础
2020/3/25
教学要求
掌握：
电池组成式的书写；根据标准电极电位判断氧化 还原反应方向；通过标准电动势计算氧化还原反 应的平衡常数；电极电位的Nernst方程、影响 因素及有关计算。 熟悉：
氧化值的概念和氧化还原反应的定义，熟练计算 元素氧化值；熟悉原电池的结构及正负极反应的 特征；熟悉标准电极电位概念；熟悉电池电动势 与自由能变的关系
2020/3/25
第一节 氧化还原反应
氧化还原半反应：
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
2） 氧化数可为正、负、分数或零；
Leabharlann Baidu3） 氧化数不一定符合实际元素的电子转
移情况。 S2O32-, S的氧化数为＋2
O -O S O-
+4, (+6)
4）氧化数和化合价的区别 S
0, (-2)
2020/3/25
第一节 氧化还原反应和氧化数:
2. 氧化还原反应
年代 历
氧化反应
还原反应
认
史 18世纪末 与氧化合