无机化学——氧化还原反应与电极电势讲述

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无机化学：氧化还原与电极电势

解:
+2
2Fe
2+
(C1)
+Cl2 (100kPa)
0
→2Fe
+3 3+
(C2)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
+ 2Cl (C3)
-1
-
氧化反应:Fe2+(C1) - e- → Fe3+(C2) 还原反应:Cl2 (100kPa) + 2e- → 2Cl- (C3)
负极
正极
(-)Pt | Fe3+(C2), Fe2+(C1) ||Cl-(C3) |Cl2(P), Pt(+)
Cu2+ + 2e- → Cu Zn - 2e- → Zn 2+
Ox + ne = Red 共轭关系 HB H+ + B共轭酸碱对
Red - ne = Ox
一个氧化还原反应就是两对氧化还原电对物质之间的电子转移反应 ne a Ox1 + b Red2 → c Red1 + d Ox2 包含氧化剂的电对称为氧化剂电对；包含还原剂的电对称为还原剂电对。
氧化数降低的过程称为还原
氧化数升高的物质为还原剂
H2 + Cl2 →
0
0
氧化数升高
+1
氧化数降低
2HCl-1
Cl2 H2
氧化数降低
发生还原反应
氧化剂氧化数升高还原剂
发生氧化反应
三、氧化还原电对
任何一氧化还原反应都是由两个半反应组成的，一个是氧化剂被还原的半反应，另一个是还原剂被氧化的半反应。氧化数
总的电池反应：
2e 2+ Cu + Zn

无机化学——氧化还原反应与电极电势分析

()Pt∣Sn2+ (c1), Sn4+( c 2)‖ Fe2+( c 3), Fe3+( c 4)| Pt (+) 该原电池中电对Sn4+/Sn2+、Fe3+∕Fe2+ 均为水合离子，氧化型与还原型为同一相，不必用“|”隔开，用“，”号即可；“ () Pt、 Pt (+)” 为原电池的惰性电极。
2020/10/24
第六章氧化还原平衡与氧化还原滴定法
21
6．3电极电位
四类常见电极
电极类型 Me-Men+电极 A-An-电极氧化还原电极 Me-难溶盐电极
电对 Zn2+/Zn Cl2/ClFe3+/Fe2+ AgCl/Ag
电极 Zn∣Zn2+ Cl-∣Cl2∣Pt Fe3+,Fe2+∣Pt Ag∣AgCl∣Cl-
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第六章氧化还原平衡与氧化还原滴定法
22
半电池反应(电极反应)
氧化型 (Ox) + ne
还原型 ( Red)
电极反应包括参加反应的所有物质，不仅仅是有氧化值变化的
物质。如电对Cr2O72-／Cr3+ ，对应的电极反应为：
Cr2O72 ＋ 14H+ ＋ 6e
Cr3+ ＋ 7H2O
13
例6-4 配平反应 Cl2 + NaOH (热) NaCl + NaClO3 解：有一些氧化还原反应其氧化剂和还原剂是同一种物质，这
种反应叫自氧化还原反应，如：(NH4)2Cr2O7 = Cr2O3 + N2 + 4H2O; 而当氧化剂和还原剂是同一种物质的同一种元素时称为歧化反应

氧化还原反应与电极电势

2Fe2++Sn4+
22
第三节电极电势
一、电极电势的产生把金属插入含有该金属离子的溶液中，当金属的溶解速率与金属离子的沉积速率相等时，建立了如下平衡：
M(s)
2019/1/7
溶解沉积
M (aq)+ne23
n+
电极表面双电层(doublecharge layer)结构影响电极电势的因素：氧化态还原态得失电子的能力，浓度，温度
2019/1/7
ZnSO4+Cu Zn2+ + Cu
18
Zn + Cu2+
原电池
(-) Zn│ZnSO4(c) ‖CuSO4(c') │Cu (+)
4.原电池组成式书写原则： (1)原电池的负极写在左边，正极写在右边，两电极以盐桥相连，用“‖”表示，在盐桥两侧是两个电极的电解质溶液。 (2)电极板与电极其余部分(电解质溶液)的界面用 “∣”分开。同一相中不同物质之间，及电极中其它相界面用“，”分开。 (3)当气体或液体不能直接与普通导线相连时，应以不活泼的惰性金属（如铂）或石墨作电极板起导电作用。 (4)纯气体、纯液体和固体，如H2(g)、O2(g)、I2(s)、Br2(l)，需紧靠电极板，并注明以何种状态存在。 (5)溶液注明浓度，气体注明分压。标准状态下浓度表示为cθ。标准状态下的铜锌原电池的电池符号表示为：
在单质或化合物中假设把每个化学键中的电子指定给所连接的两原子中电负性较大的一个原子这样所得的某元素一个原子的电荷数就是该元素的氧化数即氧化数是某元素一个原子的形式荷电数表观荷电数apparentchargenumber这种荷电数由假设把每个化学键中的电子指定给电负性更大的原子而求得

第7章氧化还原反应和电极电势概要

氧化剂与它的还原产物及还原剂与它的氧化产物。
Zn2+ + Cu2+ +
2e– = 2e– =
Zn Cu
Zn2+ /Zn
Cu2+ /Cu
氧化还原电对
Fe + Cu2+ = Fe2+ + Cu
半反应
氧化反应
氧化态 + ne– → 还原态
Fe – 2e–→ Fe2+
Cu2+ + 2e–→ Cu
Cu2+/Cu Fe2+/Fe
第七章氧化还原反应和电极电势
第一节氧化还原反应的基本概念第二节原电池
第三节电极电势和原电池的电动势
第四节电极电势的应用第五节直接电势法测定溶液的pH
第一节氧化还原反应的基本概念
• 氧化值 • 氧化剂和还原剂 • 氧化还原反应方程式的配平历史发展
年代 18世纪末 19世纪中 20世纪初氧化反应与氧化合化合价升高失去电子还原反应从氧化物夺取氧化合价降低得到电子
二、氧化剂和还原剂
失e ，氧化数↑，氧化反应
Zn + Cu2+
=
Zn2+ + Cu
得e ，氧化数↓，还原反应还原剂氧化剂分析
NaClO + 2FeSO4 + H2SO4 = NaCl + Fe2(SO4)3 + H2O 氧化剂: NaClO 还原剂: FeSO4 介质: H2SO4
三、氧化还原电对 Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu 氧化态 + ne– = 还原态氧化还原半反应电对表示

第五章氧化还原与电极电势PPT课件

二、标准氢电极和标准电极电势 2、电极电势的测定
■ 标准电极电势的测定
伏特计
（—）SHE
ωO SE
＝
E
O
SE （＋）
二、标准氢电极和标准电极电势 2、电极电势的测定
■ 标准电极电势的测定
伏特计
（—）SE
SHE（＋）
ωO SE
＝
—
E
O
[例] 实验中电流方向表明下列标准态电池的锌电极是负极，氢电极是正极：
第五章
氧化还原与电极电势
Oxidation — Reduction &
Electrode Potential
化学反应
(chemical reaction)
■ 氧化还原反应电子转移
（电极电势）
电化学 ■ 非氧化还原反应
第一节氧化还原反应的基本概念
Oxidation-reduction Reaction
原电池
三、电极类型
■ 金属—金属离子电极
电极组成：Ag│Ag + 电极反应： Ag + + e ＝ Ag
■ 金属—难溶盐—阴离子电极
电极组成：Ag，AgCl (S)│Cl 电极反应： AgCl + e ＝ Ag + Cl -
原电池
三、电极类型
■ 氧化还原电极
电极组成：Pt│Fe 3+ , Fe 2+ 电极反应： Fe 3+ + e ＝ Fe 2+
还原反应氧化反应半反应
Ox / Red （ Fe 3+ / Fe 2+ ; Sn4+ / Sn 2+ )
氧化还原电对
第二节

无机化学——氧化还原反应与电极电势

7
例 6-2 求Fe3O4中Fe的氧化值。解：已知O的氧化值为-2。设Fe的氧化值为x，则 3x + 4( 2)＝ 0
x = +8/3
所以Fe的氧化值为+8/3
2018/10/4
第六章氧化还原平衡与氧化还原滴定法
8
由上题可知氧化值可为正值也可为负值，可以是整数、分数也可以是小数。注意：在共价化合物中，判断元素原子的氧化值时，不要与共价数(某元素原子形成的共价键的数目)相混淆。例如：
2018/10/4
第六章氧化还原平衡与氧化还原滴定法
12
例6-3配平反应：KMnO4 +K2SO3MnSO4+K2SO4+H2O (酸性介质) 解： (1) MnO4 + SO32 Mn2+ +SO42 (2) MnO4Mn2+ ； SO32SO42 (3) MnO4 + 8H+ +5e = Mn2+ + 4H2O SO32 + H2O = SO42 +2H+ +2e (4) MnO4 + 8H+ +5e = Mn2+ + 4H2O 2 +) SO32 + H2O = SO42 +2H+ +2e 5 2MnO4 + 5SO32 + 6H+ = 2Mn2+ + 5SO42 + 3H2O 所得离子反应方程式等式两边各原子数目和电荷数目应该相等。 (5) 2KMnO4 + 5K2SO3 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 6K2SO4 + 3H2O 在配平时，酸性介质用什么酸？一般以不引入其他杂质和引进的酸根离子不参与氧化还原反应为原则。上例中反应产物有 SO42，宜以稀H2SO4为介质，因其既无氧化性又无还原性。

氧化还原反应和电极电势课件

第七章氧化还原反应和电极电势
第一节第二节第三节第四节第五节
氧化还原反应的基本概念原电池电极电势电极电势的应用元素标准电极电势图和电势-pH图
氧化还原反应和电极电势
第一节氧化还原反应的基本概念
一、氧化值二、氧化剂和还原剂三、氧化还原电对四、氧化还原反应方程式的配平
氧化还原反应和电极电势
（3）利用最小公倍数确定氧化剂和还原剂的化学计量数。
（4）配平氧化值没有变化的元素原子，并将箭号改成等号。
例题
氧化还原反应和电极电势
（二）离子－电子法
先将两个半反应配平，再将两个半反应合并为氧化还原反应的方法称为离子-电子法。离子电子法的配平步骤如下：
(1) 写出氧化还原反应的离子方程式； (2) 将氧化还原反应分为两个半反应； (3) 分别配平两个半反应； (4) 将两个半反应分别乘以相应系数，使其得、失电子数相等，再将两个半反应合并为一个配平的氧化还原反应的离子方程式。最后，在配平的离子方程式中添加不参与反
原电池由两个半电池组成。半电池又称电极，每一个电极都是由电极导体和电解质溶液组成。
分别在两个半电池中发生的氧化反应或还原反应，称为半电池反应或电极反应。原电池的两极所发生的总的氧化还原反应称为电池反应。
氧化还原反应和电极电势
氧化还原反应和电极电势
在原电池中，流出电子的电极称为负极，负极发生氧化反应；流入电子的电极称为正极，正极发生还原反应。
(1) 在半电池中用“ | ”表示电极导体与电解质
溶液之间的界面。
(2) 原电池的负极写在左侧,正极写在右侧，并用“＋”、“－”标明正、负极, 把正极与负极用盐桥连接，盐桥用“ ”表示, 盐桥两侧是两个电极的电解质溶液。若溶液中存在几种离子时,离子间用逗号隔开。

无机化学-氧化还原反应与电极电势

腐蚀类型
包括均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀等。
防护措施
采用涂层、电镀、合金化等手段，降低金属与环境之间的反应速率，延长金属使用寿命。
电池的工作原理
原电池
将化学能转化为电能的装置，由正负两个电极和电解质组成。
电解池
将电能转化为化学能的装置，通过外电源迫使电子和离子分别在正负电极上聚集。
氧化还原反应基础
氧化与还原的定义
氧化
失去电子的过程，物质从较低氧化态变为较高氧化态。
还原
得到电子的过程，物质从分子在氧化还原反应中的氧化态。
规则
单质中各元素的氧化数为0；在化合物中，氢的氧化数为+1，氧的氧化数为-2；在化合物中，正价元素取正值，负价元素取负值。
02
判断氧化还原反应的方向
电极电势的相对大小可以用来判断氧化还原反应自发进行的方向。
03
计算电子转移数
根据电极电势的变化，可以计算氧化还原反应中电子转移的数量。
电极电势与反应自发性的关系
电极电势差值决定反应方向
当电极电势差值大于0时，反应自发向正向进行；当电极电势差值小于0时，反应自发向逆向进行。
电极电势与反应速率的关系
电极电势的大小影响氧化还原反应的速率，电极电势越高，反应速率越快。
04
氧化还原反应的配平与计算
氧化还原反应的配平方法
观察法
通过观察反应物和生成物的化合价变化，找出化合价变化的原子个数，从而确定反应物和生成物的系数。
离子-电子法
适用于溶液中的氧化还原反应，通过列出反应物和生成物的离子方程式，根据得失电子守恒原则配平。
电池种类
包括干电池、铅酸蓄电池、锂离子电池等，每种电池的工作原理和特点不同。

09无机第七章氧化还原反应与电极电势

以电极电势较大电对中的氧化型物质为氧化剂，以电极电势较小电对中的还原型物质为还原剂时，氧化还原反应自发进行。
（一）定义还原剂：组成元素的氧化值升高的物质。
氧化剂：组成元素的氧化值降低的物质。
还原剂氧化产物氧化剂还原产物
（二）判断氧化剂、还原剂的原则
3
氧化剂 KMnO4 还原剂 H2S
+1 +4 -2
还原剂
Na2SO3作氧化剂
三、氧化还原电对
（一）半反应 Cu2++Zn=Cu+Zn2+
还原反应 Cu2++2e- =Cu
正极 MnO4-+8H++5e- Mn2++4H2O
(-)pt,Cl2(P)Cl-(c1) H+(c2),Mn2+(c3),MnO4-(c4)pt(+)
第三节电极电势一、电极电势的产生
（一）产生
12
溶解 M（s）沉积MZ+（aq）+ze-
（二）影响电极电势的因素
(a)M 活泼, c(MZ+) 小,V溶>V沉,
（一）标准氢电极某一电极的电极电势就是在指定温度下此电极与标准氢电极所组成的原电池的电动势 1、组成 H+/H2 2、电极反应 2H+(aq)+2e- H2(g) 3、电极符号 H+(c)H2(P) ,pt 4、E（H+/H2）= 0.0000V (二)标准电极电势的测量
E(Ox/Red)的定义：某一电极在标准状态下的电极电势
2MnO4-+10Cl-+16H+= 2Mn2++5Cl2 ↑ +8H2O (1)写出离子方程式(写离) (2)分为两个半反应(分)同一元素不同价态 (3)配平两个半反应(配半)先物质后电荷

氧化还原反应和电极电势

在生物领域的应用
生物氧化还原反应
生物体内的氧化还原反应是维持生命活动的基础，如呼吸作用和光合作用等。
药物合成
许多药物合成过程中涉及到氧化还原反应，如某些抗生素和抗癌药物的合成。
生物传感器
利用氧化还原反应的原理制备生物传感器，用于检测生物体内的物质含量或环境中的有害物质。
谢谢
THANKS
热能是氧化还原反应中伴随能量释势的影响因素
CHAPTER
温度的影响
温度升高，电极电势增大
随着温度的升高，分子运动速度加快，离子迁移率提高，导致电极电势增大。
VS
温度降低，电极电势减小
随着温度的降低，分子运动速度减慢，离子迁移率降低，导致电极电势减小。
电解质浓度的影响
电极表面的粗糙度影响电极电势
粗糙的电极表面可以提供更多的反应活性位点，从而提高电极电势。
05 氧化还原反应的实际应用
CHAPTER
在能源领域的应用
01
02
03
燃料电池
燃料电池利用氢气和氧气之间的氧化还原反应产生电能，具有高效、清洁的优点。
金属-空气电池
金属-空气电池利用金属与氧气之间的氧化还原反应产生电能，具有高能量密度和环保的优点。
氧化还原反应和电极电势
目录
CONTENTS
• 氧化还原反应 • 电极电势 • 氧化还原反应与电极电势的关系 • 电极电势的影响因素 • 氧化还原反应的实际应用
01 氧化还原反应
CHAPTER
定义与特性
定义
氧化还原反应是一种化学反应，其中电子在反应过程中从一个原子或分子转移到另一个原子或分子。
太阳能电池
太阳能电池利用光能激发电子进行氧化还原反应产生电能，具有可再生、无污染的优点。

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CH4 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4
C的共价数 4
4
4
4
4
C的氧化值 4
2
0
+2
+4
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第六章氧化还原平衡与氧化还原滴定法
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6.1.2. 氧化与还原
氧化还原反应：凡化学反应中，反应前后元素的原子氧化值发生了变化的一类反应。
如： Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+ 氧化：失去电子，氧化值升高的过程。如：Zn =Zn2+ + 2e 还原：得到电子，氧化值降低的过程。如：Cu2++2e = Cu 还原剂：反应中氧化值升高的物质。如: Zn 氧化剂：反应中氧化值降低的物质。如：Cu2+ 氧化还原电对：氧化还原反应中由同一种元素的高氧化值物质 (氧化型)和其对应的低氧化值物质(还原型)所构成。常用符号[氧化型]/[还原型] 表示。如Cu2+/Cu、Zn2+/Zn、 Cl2/Cl、 Cr2O72/Cr3+、H+/H2。
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第六章氧化还原平衡与氧化还原滴定法
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6.2 氧化还原反应方程式的配平
氧化还原反应方程式的配平方法最常用的有半反应法(也叫
离子-电子法)、氧化值法等。
半反应法：任何氧化还原反应都可以看作由两个半反应组
成，一个半反应为氧化反应，另一个半反应为还原反应。
如反应：氧化半反应：
Na + Cl2 NaCl 2Na 2Na+ + 2e
2020//3
第六章氧化还原平衡与氧化还原滴定法
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6.1 氧化还原反应的基本概念
化学反应可分为两大类:一类是在反应过程中反应物之间没有电子的转移，如酸碱反应、沉淀反应等；另一类是在反应物之间发生了电子的转移，这一类就是氧化还原反应。如：
Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu
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第六章氧化还原平衡与氧化还原滴定法
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6.1.1氧化值
IUPAC定义：元素的氧化值(氧化数、氧化态)是指元
素一个原子的表观电荷数，该电荷数的确定是假设把每一个化学键中的电子指定给电负性更大的原子而求得。
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第六章氧化还原平衡与氧化还原滴定法
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确定氧化值的一般规则：
➢单质中元素的氧化值为零。 ➢中性分子中各元素的氧化值之和为零。多原子离子中各元素原子氧化值之和等于离子的电荷数。 ➢在共价化合物中，共用电子对偏向于电负性大的元素的原子，原子的“形式电荷数”即为它们的氧化值。 ➢氧在化合物中氧化值一般为2；在过氧化物(如H2O2)中为 1；在超氧化合物(如KO2)中为1/2；在OF2中为+2。 ➢氢在化合物中的氧化值一般为+1，仅在与活泼金属生成的离子型氢化物(如 NaH、CaH2)中为1。 ➢所有卤化合物中卤素的氧化数均为1； ➢碱金属、碱土金属在化合物中的氧化数分别为+1，+2。
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例 6-2 求Fe3O4中Fe的氧化值。解：已知O的氧化值为-2。设Fe的氧化值为x，则
3x + 4( 2)＝ 0 x = +8/3
所以Fe的氧化值为+8/3
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第六章氧化还原平衡与氧化还原滴定法
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由上题可知氧化值可为正值也可为负值，可以是整数、分数也可以是小数。
注意：在共价化合物中，判断元素原子的氧化值时，不要与共价数(某元素原子形成的共价键的数目)相混淆。例如：
还原半反应： Cl2 + 2e 2Cl 半反应法先将反应方程式拆成氧化半反应与还原半反应，
并分别配平两个半反应。
配平原则：
首先，氧化半反应失去电子数必须等于还原半反应得到的
电子数；
其次反应前后各元素的原子总数必须相等。
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第六章氧化还原平衡与氧化还原滴定法
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离子-电子法配平的一般步骤
SO32 + H2O = SO42 +2H+ +2e
(4)
MnO4 + 8H+ +5e = Mn2+ + 4H2O 2
+) SO32 + H2O = SO42 +2H+ +2e 5
2MnO4 + 5SO32 + 6H+ = 2Mn2+ + 5SO42 + 3H2O
所得离子反应方程式等式两边各原子数目和电荷数目应该相等。
(1) 找出两个电对，把氧化还原反应写成离子反应式； (2) 把离子反应式拆成氧化、还原两个半反应； (3) 分别配平两个半反应(等式两边原子总数与电荷数均应相等)； (4) 根据氧化剂得电子总数应等于还原剂失电子总数的原则，分别对两个半反应乘以适当系数，求得得失电子的最小公倍数，再把两个半反应想加； (5) 根据题意写成分子反应方程式。
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第六章氧化还原平衡与氧化还原滴定法
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例 6-1 求NH4+中N的氧化值。解：已知H的氧化值为+1。设N的氧化值为x。
根据多原子离子中各元素氧化值代数和等于离子的总电荷数的规则可以列出：
x +(+1)4 = +1 x = 3
所以N的氧化值为3。
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第六章氧化还原平衡与氧化还原滴定法
第六章
氧化还原平衡与氧化还原滴定法 Redox Equilibrium and Redox Titration
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第六章氧化还原平衡与氧化还原滴定法
1
6.1 氧化还原反应的基本概念 6.2 氧化还原反应方程式的配平 6.3 电极电势 6.4 电极电势的应用 6.5 元素电势图及其应用 6.6 氧化还原反应的速率及其影响因素 6.7 氧化还原滴定法 6.8 常用氧化还原滴定方法
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第六章氧化还原平衡与氧化还原滴定法
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例6-3配平反应：KMnO4 +K2SO3MnSO4+K2SO4+H2O (酸性介质)
解： (1)
MnO4 + SO32 Mn2+ +SO42
(2)
MnO4Mn2+ ； SO32SO42
(3)
MnO4 + 8H+ +5e = Mn2+ + 4H2O
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第六章氧化还原平衡与氧化还原滴定法
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学习要求
1.掌握氧化还原反应的基本概念，能配平氧化还原方程式。
2.理解电极电势的概念，能用能斯特公式进行有关计算。 3.掌握电极电势在有关方面的应用。 4.了解原电池电动势与吉布斯函数变的关系。 5.掌握元素电势图及其应用。 6.掌握氧化还原滴定的基本原理及实际应用。
(5) 2KMnO4 + 5K2SO3 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 6K2SO4 + 3H2O 在配平时，酸性介质用什么酸？一般以不引入其他杂质和引