湖北大学：《无机化学》第十一章 氧化还原反应 Electrochemistry

第十一章氧化还原反应 Electrochemistry 氧化还原反应的基本概念 基本概念(氧化数、氧化性、还原性等) 2氧化还原反应方程式的配平 二水溶液中的氧化还原反应和电极电势 原电池的定义、组成、表示方法 标准电极电势( Electrode potential) 3电池的电动势和吉布斯自由能的关系

第十一章 氧化还原反应 Electrochemistry 一 氧化还原反应的基本概念 1 基本概念（氧化数、氧化性、还原性等） 2 氧化还原反应方程式的配平 二 水溶液中的氧化还原反应和电极电势 1 原电池的定义、组成、表示方法 2 标准电极电势(Electrode Potential ) 3 电池的电动势和吉布斯自由能的关系

影响电极电势的因素 1能斯特方程 2影响电极电势的因素 3能斯特方程的应用 4元素电势图的应用

三 影响电极电势的因素 1 能斯特方程 2 影响电极电势的因素 3 能斯特方程的应用 4 元素电势图的应用

氧化还原反应的基本概念 基本概念 1970年 IUPAC定义了氧化数。 「规定:单质的氧化数为零; O的氧化数一般为-2,在OF2中为+2,过氧化物中为-1 H的氧化数一般为+1,在金属氢化物中为-1; 在离子型化合物中,氧化数等于离子的电荷数; 在共价化合物中,氧化数等于元素的形式电荷数 分子的总电荷为零 氧化性、还原性、氧化剂、还原剂、氧化还原反应的 概念

一 氧化还原反应的基本概念 1 基本概念 1970年IUPAC定义了氧化数。 规定：单质的氧化数为零； O的氧化数一般为-2 , 在OF2中为+2 , 过氧化物中为-1； H的氧化数一般为+1，在金属氢化物中为-1； 在离子型化合物中，氧化数等于离子的电荷数； 在共价化合物中，氧化数等于元素的形式电荷数； 分子的总电荷为零。 氧化性、还原性、氧化剂、还原剂、氧化还原反应的 概念

2氧化还原反应方程式的配平 (1)氧化数法 例:KMnO4+HCl 写出主要的反应物及生成物,按物质实际存在形 式调整系数 KMnO+2 hcl MnCl2 Cl2 求元素氧化数的变化值 升高2(×5) (2×)KMnO4+(5×)2HC→(2×)MnCl2+(5 X)CI 降低5(×2) 使升高降低数目相等

2 氧化还原反应方程式的配平 （1）氧化数法 例： KMnO4 + HCl • 写出主要的反应物及生成物，按物质实际存在形 式调整系数。 KMnO4 + 2 HCl MnCl2 + Cl2 • 求元素氧化数的变化值。 升高2（×5） (2× )KMnO4 + (5 ×) 2 HCl (2 × )MnCl2 + (5 × )Cl2 降低5(×2) • 使升高降低数目相等

配平其它原子 2KMnO4+ 16 HCI= 2MnCl2+5Cl2+ 2KCI+ 8H2O (2)离子一电子法(半反应法) 先将反应物和产物以离子形式写出 Cr2O2+Fe2+2Cr3+Fe3(适当调整系数) 将反应式按氧化和还原反应写为两部分。 Cro 2Cr3+ Fe2+- Fe3+ 加一定数目的电子及有关物质,使电荷数和原子数 相等。 Cr2O2-+14H++6e=2Cr3++7H,OFe+=Fe3++e 根据得失电子数相等合并方程式。 Cr2O2-+6Fe2++14H+=6Fe3++2Cr3++7H,O

• 配平其它原子 2KMnO4 + 16 HCl = 2MnCl2 + 5Cl2 + 2KCl + 8H2O (2) 离子—电子法（半反应法） • 先将反应物和产物以离子形式写出。 Cr2O7 2- + Fe 2+ 2Cr 3+ + Fe 3+ （适当调整系数） • 将反应式按氧化和还原反应写为两部分。 Cr2O7 2- 2Cr 3+ Fe 2+ Fe 3+ • 加一定数目的电子及有关物质，使电荷数和原子数 相等。 Cr2O7 2- + 14H + + 6e = 2Cr 3+ + 7H2O Fe 2+ = Fe 3+ + e • 根据得失电子数相等合并方程式。 Cr2O7 2- + 6 Fe 2+ + 14H + = 6Fe 3+ + 2Cr 3+ + 7H2O

H、O原子的经验处理: 反应物中 介质种类多一个氧原子 少一个氧原子 酸碱 +2H+结合OH2O+H2O提供O2H +H1O结合O】2OH+2OH提供Q]H2O 中+HO结合Q2OH+H2O提供Ol2H 二水溶液中的氧化还原反应和电极电势(E| ectrode Potential 原电池的定义、组成、表示方法 通过氧化还原反应,将化学能转变为电能的装置称 为原电池( Galvanic cells)

H、O原子的经验处理： 反应物中 介质种类 多一个氧原子 少一个氧原子 酸 +2H+ 结合[O]H2O +H2O 提供[O] 2H+ 碱 +H2O 结合[O] 2OH- +2OH- 提供[O] H2O 中 +H2O 结合[O] 2OH- +H2O 提供[O] 2H+ 二 水溶液中的氧化还原反应和电极电势(Electrode Potential ) 1 原电池的定义、组成、表示方法 通过氧化还原反应，将化学能转变为电能的装置称 为原电池（Galvanic cells ）

Sw itch ■■■ Voltmeter Zn cNOa Na+- anode Cu NO NO cathode +zn2+ NO C12+ zn(s)→zn2+(a)+2e Ct2+(a)+2e→Cu(s) Cu-Zn Movement of cations 原电池 Movement of anions

Cu-Zn 原电池

Voltaic Cells I The Copper-Zinc Cell

原电池的表示方法: (-)ZnZn2+(1M)Cu2(1M)cu(+) Zn Cu正极:Cu2++2e=Cu 负极:Zn=Zn2++2e 电池反应: Zn+ Cu2+= zn2++ cu ZnSo Cuso 电动势E=q+- 写电池符号应注意事项: 正、负极:(-)左,(十)右 界面“|”:单质与“极棒”写在一起,写在“|”外面。 注明离子浓度(c),气态时用分压p.物质状态:s,1等 盐桥:

原电池的表示方法： (-)Zn Zn 2+(1M) Cu 2+(1M) Cu(+) Zn Cu 正极：Cu 2+ + 2e = Cu 负极：Zn = Zn 2+ + 2e 电池反应： Zn + Cu 2+ = Zn 2+ + Cu Zn 电动势 E = φ+ - φ- 写电池符号应注意事项： • 正、负极：(－) 左， (＋) 右 • 界面“|”: 单质与“极棒”写在一起，写在“|”外面。 • 注明离子浓度（c),气态时用分压p. 物质状态：s, l 等 • 盐桥: “||” ZnSO4 CuSO4

4)电极的类型及符号(氧化型还原型) 四种电极 (1)金属一金属离子电极 如:Zn2+/Zn,Cu2+/Cu等 电极符号:Znzn2+(c)Cu|Cu2+(c) (2)气体一离子电极如:H+/H2Cl2/C1 需用一个惰性固体导体如铂(Pt)或石墨。 Pt, H2(p) H+(c) Pt, Cl2(p) c1-(c) Pt与H2之间用逗号隔开,p为气体的压力

4）电极的类型及符号（氧化型/还原型） 四种电极 （1）金属－金属离子电极 如： Zn 2+/Zn， Cu 2+/Cu 等 电极符号： Zn|Zn 2+ (c) Cu|Cu 2+ (c) （2）气体－离子电极 如： H +/H2 Cl2/Cl - 需用一个惰性固体导体如铂（Pt)或石墨。 Pt,H2(p)|H +(c) Pt,Cl2(p)|Cl－(c) Pt与H2之间用逗号隔开，p 为气体的压力