注册电气工程师基础考试视频课程笔记(II).doc

第五节 氧化还原反应与电化学一、氧化还原反应的基本概念氧化还原反应的本质是发生了电子转移。失电子过程叫氧化，得电子过程叫还原。氧化还原是一对矛盾，必须同时发生，相互依存。在反应中得电子的物质叫氧化剂；失电子的物质叫还原剂。可拆分成两个半反应：氧化半反应Zn一2e一Zn2+Zn为还原剂，被氧化。还原半反应Cu2+2e一CuCu2为氧化剂，被还原。在氧化反应中，还原剂由低价态Zn变为高价态Z2；在还原反应中，氧化剂由高价态Cu2变为低价态Cu。二、氧化还原反应方程式的书写和配平（一）书写和配平要求氧化还原反应方程式书写时，反应物与生成物必须以实验事实为依据。方程式配平的基本原则一是得失电子数必须相等；二是等号前后元素数和原子数必须相等。（二）离子电子法配平步骤1写出离子方程式。注意，溶于水的强电解质在溶液中主要以离子形式存在，在方程式中应该用实际存在的离子式表示，而以沉淀形式存在的晶体或难电离的物质在方程中应用其分子式表示。如：MnO-4（而不是Mn7+),MnO2(s),Hg2Cl2(s),Hg2+2（而不是Hg+）等。2将完整的氧化还原反应式拆成氧化和还原两个半反应式。3分别配平两个半反应。注意，当友应物中有含氧酸根或氧化物分子时，在氧化或还原半反应中，由于元素氧化态的变化，会引起与其结合的氧原子数发生变化，给反应式的配平带来困难。其实这是由于氧化还原反应在水溶液中进行时，H20的电离平衡参与反应的缘故。因而，应用H2O的电离平衡来参与氧化还原平衡，即可方便地配平有含氧物质参与的氧化还原反应方程式。具体方法如下：在酸性条件下：用H十和H2O来平衡。在含O原子多的一边，加人相当于O原子差数二倍的H+，而在另一边加相应数量H2O来配平。在碱性条件下：用OH-和H2O来配平。即在含O原子多的一边，加上与O原子差数相同数量的H2O分子，然后在另一边用二倍的OH-来配平。可配平为用离子电子法配平水溶液中氧化还原反应较方便，并有利于掌握后面电化学的电极反应的书写。但是此方法的关键在于氧原子数的配平。以下这些半反应是涉及到H2O本身的氧化还原反应，其配平如后：三、原电池（一）原电池的组成、电极反应和电对原电池是将氧化还原反应的化学能转变为电能的装置。图3一5一1表示了一种典型的原电池铜锌原电池的装置。原电池由两个半电池（电极）组成，原电池中电子流出的电极叫负极（Zn极），电子流人的电极叫正极（Cu极）。负极发生氧化反应正极发生还原反应这两个半电池用盐桥联通。盐桥是用饱和KCl水溶液调和的琼脂，充灌在U型玻璃管中结成凝胶。盐桥中有大量K+,Cl-离子，它们在外电场作用下发生电泳，可起着沟通内电路的作用。K流向正极（正极区因SO42-多余而带负电）,Cl-流向负极（负极区因Zn2多余而带正电），起着中和电性的作用，使电池能继续工作下去。每个电极反应的实质是同种元素不同价态间得失电子的变化，如Cu2与Cu,CrO42-与Cr3+，我们称之为氧化还原电对，简称电对。电对中高价态为氧化态，低价态为还原态，电对书写为氧化态还原态。如：Cu2+/Cu,Z2/Zn,O2/H2O,H2O2/OH-等。电对有金属电对Z2/Zn，非金属电对C12/Cl-，离子电对Fe3+/Fe2+，金属一难溶盐电对AgCl/Ag等，氧化还原反应实际上就是发生在两个电对间的电子转移过程。（二）电池符号原电池可用符号表示，如图所示电池，其符号表达式为：（一）原则是把两个半电池分开来写，发生氧化反应的半电池写在左边，作为电池负极，并用（一）号表示，发生还原反应的半电池写在右边，作为电池正极，并用（+）号表示。两个半电池间用两条平行竖虚（或实）线代表盐桥，将它们联结起来。每个半电池的电对中若有金属板（如Cu板），则直接用作电极板，若无金属固体，则必须外加一惰性电极俪氏石墨）用以导电。在半电池的电对中若有不同的相，应用单竖线分开，表示相界面，若同为溶液相，则不用竖线而用逗号分开。例如将氧化还原反应：组成原电池，则其电池符号为：参加反应的所有离子包括H+、OH-等的浓度都要注上。四、电极电位原电池之所以能产生电流，是由于两极具有不同的电位（电势）.电极所具有的电位（或电势）即称为电极电位（电极电势）。电流由电势高的正极流向电势低的负极，电子则由负极流向正极。人们无法测量电极电位的绝对值，但可以用比较的方法测定各电极之间的电位差，也就可以测出电极的相对电极电位值。当离子浓度为标准浓度（lmoldm-3)，气体分压为标准压力100kPa时，该电极称为标准电极，其电极电位就是该电极的标准电极电位，以表示，单位是伏特（v）。规定298K时，标准氢电极（图3一5一2）作为测量其他电极电位的基准，其电极电位等于0V.记作：。其他任何电极的电极电位值尽皆可由该电极与标准氢电极比较求得。常见电极在298K时的标准电极电位可在有关书和手册中查到。注意，电极电位的值与电极反应的方向无关，也就是说，Z2/Zn电对组成电极时，其标准电极电位等于0.763V，不管实际发生的电极反应是氧化还是还原：其标准电极电位值不变，都是0.763V。电极电位值的正负号，只是相对而言的。另外，电极电位的值也不随电极反应式所选取的化学计量数的不同而改变。例如五、浓度对电极电位的影响能斯特研究得出，在298K时，电极反应相关物质的浓度对电极电位影响的定量关系叫能斯特方程。对任一电极反应：0.059298K时的常数。通常，在室温范围也可用此值进行计算。n电极反应式中得失电子数。【氧化态】指定状态下，氧化态物质