氧化还原和电化学.ppt

1、氧化还原反应和电化学、电化学是研究电能和化学能之间相互转换和转化过程中的关联规律的科学。 电化工已成为国民经济的重要组成部分。 简而言之，氧化还原反应是化学反应中最重要的一类，反应的基本特征是电子在反应物之间的传递，即反应物的原子或络离子发生氧化变量变化。 1 .氧化还原及氧化数的基本概念氧化还原反应方程式的平均化2 .电极的种类和显示方法电极反应方程式的标记3 .原电池及电解单元的显示方法原电池及电解单元中的电极记号； 电池反应的表述方法4 .电解过程法拉第法则、电流效率及相关校正计算、本部分应掌握的主要内容、5 .电极电位及标准电极电势的概念及影响因素6 .氟化剂、还原剂的强弱的判断氧化还

2、原反应的方向的判断； 7 .电解和电镀过程的基本概念，电解过程中物质析出的顺序8 .常见化学电源9 .金属电化学腐蚀的原理和基本防腐方法。 本部应该把握的主要内容是，一、氧化还原反应，一、氧化和还原，氧化本来是指物质和氧化合在一起，还原是指从氧化物中除去氧，恢复到未氧化之前的状态的反应。 任何氧化还原反应都可以看作是两个半反应的和。 例如，铜的氧化反应，Cu(s)-2e-=Cu2 O2(g) 2e-=O2-，失去这个词并不意味着电子完全移动。 当电子云的密度远离原子时，该原子氧化。 这是氧化还原反应意义的进一步扩展。 氧化还原反应的氧化和还原，它们的代数和是总反应。 金属铜失去电子，变成铜络离

3、子，铜被氧化的氧得到电子变成氧络离子，氧被还原。 因此，氧化和还原可以定义为氧化失去电子，还原得到电子。 2 .氧化还原电对、氧化还原反应氧化还原电对，我们把还原型(电子供体)和氧化型种(电子接纳体)称为氧化还原电对，在写半反应时，把电对的氧化型种写在左边，把还原型种写在右边。 氧化型ze-还原型、氧化还原反应的氧化还原型相对于Fe2作为还原剂和氟化剂种类，在写入半反应时分别出现在不同的一侧：Fe3 (aq) e- Fe2 (aq )、Fe2(aq氟化剂使其他物质氧化，由自身得到的电子被还原的还原剂是其他物质3 .元素体的氧化数是指某元素体的每1原子的带电数，该带电数是假定将每化学键的电子分配

4、给电负性更大的原子而求出的。 决定氧化还原反应元素体的氧化数、氧化数的一般原则是氧化还原反应元素体的氧化数、a .任何形态的单体中的元素体的氧化数都等于零。 b .在多原子分子中，所有元素体的氧化数之和等于零。 c .单原子络离子的氧化数与它拥有的电荷数相等。 多原子离子中的所有元素体的氧化值之和与该络离子所具有的电荷数相等。 在氧化还原反应元素体的氧化数、d .共有化合物中，根据元素体的电负性的大小，可以使通用电子对属于电负性大的原子，由各原子的电荷数确定它们的氧化数。 e .化合物中氢的氧化数一般为1，但金属氢化物中的氢的氧化数为-1。 化合物中氧的氧化数一般为-2，但过氧化物为-1，超氧

5、化物为-1/2。 f .化合物中氟的氧化数全部为-1。 以氧化还原方程式的平均化、氧化还原反应氧化还原方程式的平均化、硫酸溶液中的高锰酸钾元素和氯化纳金属钍的反应为例，说明用氧化数法平均化氧化还原反应方程式的具体步骤。 通过实验发现了反应物和生成物的化学式：kmno4naclh2so4c l2mnso4k2so4na2so4h2o、b .氧化数的上升和下降的元素体。锰的氧化值降低了5的氯元素的氧化值上升1，氯元素瓦斯气体以2原子分子的形式存在，NaCl的化学计量数必须至少为2，如果对氧化还原反应的氧化还原方程式的平均化、H2O，c .氧化值的降低和上升的最小公倍数进行修正，则上述反应式中的5和

6、2的最小公倍数为10， 可以看出高锰酸钾元素的系数是2，氯元素瓦斯气体的系数是5，氯化纳金属钍的系数是10:氧化还原反应的氧化还原方程式的平均化，H2O，e .最后检查氧原子数。 这个方程式两侧的氧原子数相等，表示方程式变平了。 氧化还原反应的氧化还原方程的平均化，2 kmno 410 NaCl8h2so4=5cl2mnso4k2so 45 na2so 48 h2o，二、原电池和电极，1 .在原电池、硫酸铜溶液中加入亚金属铅时，会发生如下的氧化还原反应。 该反应也可以在图1所示的装置中进行。 Zn Cu2 =Zn2 Cu，图1的铜亚金属铅原电池、原电池和电极原电池，该装置能够将化学能转换为电能

7、，称为原电池。 在KCl(aq )、原电池和电极原电池、两电极进行的反应分别为，负极反应： Zn=Zn2 2e-(氧化反应)、正极反应： Cu2 2e-=Cu (还原反应)，从阴极和阳极：电极反应来判断，发生氧化反应的是阳极、发生还原反应的原电池和电极原电池、原电池和电极原电池的表示方法、二次电池由两个半电池组成，在上述铜亚金属铅原电池中，烧杯中的亚金属铅和锌盐溶液构成了一个半电池，烧杯中的铜和铜盐溶液构成了另一个半电池，两个半电池由盐桥连接。 为方便起见，电化学通常用、负极用左表示，正极用右表示，原电池和电极原电池的表示方法，b .单垂线“”表示界面，c .双垂线“”表示盐桥，e .物质状态

8、、电解质浓度等，表示影响电极电位(电势)的所有因素。 d .显示温度和压力的原电池显示的一般方法是：3.电极和电极类型原电池始终由两个半电池组成，半电池也称为电极。 常见的电极有：原电池、电极和电极的种类，原电池、电极和电极的种类，由金属及其阳络离子组成的电极氢电极氧电极卤素电极汞排列电极，二次电池、电极、电极和电极的种类，三次电池和氧化还原电极。 例如，单电池： (-) (Pt) I2(s)I-(a1)Fe3 (a2)、Fe2 (a3) (Pt ) ()、fe3(a2)原电池和电极电极及电极的种类不正确，三、电极电位及其应用、电流方向、亚金属铅电极电位低、铜电极电位高，(Cu2/Cu ) (

9、1 .如果电极电位、原电池E 0=0() 0 (-)=0(Cu2 /Cu)0 (Zn2 /Zn )，原电池的电动势能够与两电极的电极电位之差： E=() (-)、=(cu2/cu )相等地进行测定，则需要电子的增益，此时电极的性质变化的不是原来的电极。 但是，实际上，如果测量各电极相对于同一基准电位的相对值，则可以计算出由任意2个电极构成的电池的电势。2 .标准氢电极、标准氢电极规定了氢压力为1标准压力、溶液中的h活性度为1时的氢电极。 Pt|H2(p0)|a(H )=1，规定标准氢电极的电极电位为零。 电极反应2h2e=H2，3 .将标准电极电势、标准氢电极作为负极，将被测定电极作为正极，规

10、定构成电池，Pt|H2(p0)|a(H )=1| |被测定电极、标准电极电势：被测定电极中的各反应成分处于各自的标准状况时的电极电位。 E 0=0(Cu2 /Cu) - 0 H /H2)= 0.340 V、0(Cu2 /Cu)=0.340 V、标准电极电位表、消除法引起电能测量的实验装置、网络反应： Hg2so4(s ) CD (Hg ) (a )8/3h2OCD so48/3 使用两种标准电极、氢电极不方便、确定电极电位的甘汞，cl-(ACL-)|Hg2cl2cl2e2Hg2cl -、0.1 mol/l0. 337 v1.0mol/l0. 2801 VSAT.0.2412 v， AgAgCl

11、电极4 .外因对电极电位的影响(物质浓度的影响)，=0，T298.15 K的情况(25oC )，使用能量猝灭方程式：能量猝灭方程式的情况下，式中的氧化型，还原型的浓度包含半反应中的所有物质，浓度和分压需要与修正量相同的指数，气体相对于Fe3 eFe2或电气对Fe3 /Fe2的电极电位，(Fe3/Fe2)=0(Fe3/Fe2) (0. 0592/1 ) lgc (Fe3)/c (Fe2Fe2(1m )| Fe3(1m )|Fe2(0. 001 m )|pt ()、0.3552 V， 向MnO4-5e 8H =Mn2 4H2O、agcl(s )原电池系统中导入络合剂是通过影响其添加沉淀剂相同作用，

12、即影响某一络离子浓度，来影响其电极电位，进而影响所形成的原电池的电动势。 5、电极电位的应用，(1)判断氟化剂还原剂的相对强弱。 值越大，电对中氧化型物质(氟化剂)的氧化能力越强，还原型物质的还原能力越弱。 例如： Cu2 /Cu、Hg2Cl2/Hg、AgCl/Ag这样，值越小，电对中还原型物质(还原剂)的还原能力越强，氧化型物质的氧化能力越弱。 电极电位越低，电对中还原型物质越容易氧化，电极电位越高，电对中氧化型物质越容易还原。 (1)判断氟化剂还原剂的相对强弱。 5 .电极电位的应用，Zn2 /Zn，例如：Fe2和Co2和Ni2分离，首先把Fe2氧化成Fe3，然后用矾土NaFe(SO4)2

13、 12H20使Fe3从溶液中沉淀析出。 因而，选择只能将Fe2氧化为Fe3、不能将Co2和Ni2氧化的氟化剂。 从标准电极电势表可知，(ClO-/Cl-)和(ClO3-/Cl-)介于铁元素电极和钴及镍电极的电极电位之间，5 .电极电位的应用是在酸性溶液中使用氯元素酸纳金属钍或漂白水作为氟化剂，Fe2被氧化，但不能进行Co2和Ni2。 5 .电极电位的应用，naclo 36 feso 43 h2so4=NaCl3Fe2(so4) 33h2o、naclo2f ESO4h2so4=NaCl Fe2(so4)3h2o、h2o H2O2是氟化剂，其本身被还原)。 (2)对于所有的具有氧化性和还原性的物质

14、，选择不同的电对的电极电位，H2O2的还原作用(o的价态从0减少到-1，O2为氟化剂，H2O2为还原剂(状态)。 5 .电极电位的应用，0() 0(-)反应是自发的，(3)氧化还原反应对应的原电池电动势比0大，反应是自发进行的。即，(-)反应是自发的，在E=() (-) 0、标准状况的情况下，5 .电极电位的应用，(4)求出氧化还原反应的平衡常数，n :电池反应式中的电子转移数0 ()，a .难溶性盐的溶解度和溶度积的电化学测定方法将：沉淀反应修正为电池反应， 通过测定电池的电动势，可以求出难溶性盐的溶解度和Ksp .5 .电极电位的应用，lgk=0. 577/0.0592=9. 7466 ksp=1. 8160 () ag|ag (1moll-1 ) cl (1moll-1 )|AgCl|ag ()，正极反应e-=Ag Cl负极反应ag=AgCl (s )的溶解度：c=K1/2=1.34105 mol/L，对于这样的沉淀反应，一般将金属络离子作为还原反应，将含有难溶性盐的物质作为氧化反应。 组成电池为lgK=lgKsp=nE0/0.0592， b .相对于