1、第三第三章章 氧化還原與電化學氧化還原與電化學 一一. .氧化還原反應氧化還原反應1.1.氧化反應氧化反應: :物質物質失去電子失去電子的反應稱的反應稱氧化反應氧化反應. .例例zn-2ezn-2e-1-1=zn=zn2+ 2+ （化合價升高化合價升高的過程）的過程） 2.2.還原反應還原反應: : 物質物質得到電子得到電子的反應稱的反應稱還原反應還原反應. . 例例cucu2+2+2e+2e-1-1=cu=cu（化合價降低化合價降低的過程）的過程）3.3.氧化劑氧化劑: :得到電子（化合價降低）的物質是氧化劑得到電子（化合價降低）的物質是氧化劑, ,如如cucu2+2+。4.4.還原劑還原劑

2、: :失去電子（化合價升高）的物質是還原劑失去電子（化合價升高）的物質是還原劑, ,如如znzn。 5.5.氧化還原反應氧化還原反應: :有電子轉移的反應。有電子轉移的反應。6. 6. 氧化還原反應方程式的配平氧化還原反應方程式的配平: : 離子離子電子法配平氧化還原反應方程式的步驟電子法配平氧化還原反應方程式的步驟: :(1)(1)用離子式寫出參加氧化還原反應的反應物和產物。用離子式寫出參加氧化還原反應的反應物和產物。如：如：mnomno4 4- - + fe + fe2+2+ mn mn2 +2 + + fe + fe3+3+(2)(2)寫出氧化還原反應的兩個半反應寫出氧化還原反應的兩個半

3、反應: :還原劑失去電子被氧化還原劑失去電子被氧化氧化反應氧化反應; ;氧化劑得到電子被還原氧化劑得到電子被還原還原反應。還原反應。 mnomno4 4- - +e+e- - mn mn2 +2 + ; fe ; fe2+2+ fe fe3+3+(3)(3)配平半反應式使兩邊的各種元素原子總數和電荷總數均相配平半反應式使兩邊的各種元素原子總數和電荷總數均相等。等。 mnomno4 4- - + 8h + 8h + + +5e +5e- - mn mn2 +2 +4h+4h2 2o o ; ; fefe2+2+ - e - e- - fe fe3+3+(4)(4)根據氧化劑和還原劑得失電子總數相

4、等的原則確定各半反根據氧化劑和還原劑得失電子總數相等的原則確定各半反應式的系數應式的系數, ,并合并之并合并之, ,寫出配平的離子方程式和分子方程寫出配平的離子方程式和分子方程式。式。 mnomno4 4- - + 5fe+ 5fe2+2+ + 8h + 8h + + = mn = mn2 +2 + + 5fe5fe3+ 3+ + 4h+ 4h2 2o o二二. . 原電池與電極電勢原電池與電極電勢1. 1. 原電池原電池: :將化學能轉化為電能的裝置。將化學能轉化為電能的裝置。(1)(1)原電池的電極反應原電池的電極反應 ( (半反應半反應) )、電池反、電池反應應 ( (總反應總反應) )

5、：例如銅鋅原電池例如銅鋅原電池負極發生氧化反應負極發生氧化反應：zn - 2ezn - 2e-1-1=zn=zn2+2+正極發生還原反應正極發生還原反應：cucu2+ 2+ + 2e+ 2e-1-1=cu =cu 原電池的總反應：原電池的總反應： zn + cuzn + cu2+2+= zn= zn2+2+ cu+ cu(2) (2) 原電池的圖式：原電池的圖式： ( (）b bb b+ +（c c）a a+ +（c c）a (+)a (+)“” 代表相界代表相界, ,“” 代表鹽橋代表鹽橋鹽橋作用：鹽橋作用：補充電荷補充電荷,保持兩邊溶液的電中性保持兩邊溶液的電中性,維維持電荷平衡，溝通線路

6、。持電荷平衡，溝通線路。 銅鋅原電池圖式為：銅鋅原電池圖式為：（）（）znzn2+（c1）cu2+ （c2） cu (+)2.2.電極類型及符號電極類型及符號組成原電池的電極歸納起來分為四類：組成原電池的電極歸納起來分為四類：(1)(1)金屬金屬金屬離子電極金屬離子電極, ,例如：例如： znznznzn2+2+（c c）(2)(2)非金屬非金屬非金屬離子電極非金屬離子電極, ,例如：例如：ptpth h2 2（p p）h h+ +（c c）(3)(3)金屬離子電極金屬離子電極, ,例如：例如：ptptfefe3 3(c(c1 1), fe), fe2 2(c(c2 2) )(4)(4)金屬金

7、屬金屬難溶鹽電極金屬難溶鹽電極, ,例如：例如：ag,agclag,agcl（s s）clcl（c c）說明：說明：1)非金屬電極及離子電極，必須外加一個能導電而本身并不參非金屬電極及離子電極，必須外加一個能導電而本身并不參加反應的惰性電極（如鉑加反應的惰性電極（如鉑pt、石墨、石墨c）作輔助電極；）作輔助電極；2)不同價態離子之間無相界，用（，）隔開；不同價態離子之間無相界，用（，）隔開；3)h離子或離子或oh離子參與了氧化還原反應，也應寫入半電池離子參與了氧化還原反應，也應寫入半電池中。中。反應：反應：5fe 2+ +8h+ mno4 mn2+ + 5fe3+ + 4h2o原電池圖式為：原

8、電池圖式為：（-）pt| fe3+，fe 2+ mno4，mn2+，h+|pt（+）3 3電極電勢：電極電勢：(1)(1)標準氫電極：標準氫電極：規定在任何溫度下標準氫電極規定在任何溫度下標準氫電極的電極電勢為零，即的電極電勢為零，即 （h h+ +/h/h2 2）=0.0000v=0.0000v標準氫電極為標準氫電極為:pt:pth h2 2(100kpa)(100kpa)h h+ +(1mol.dm(1mol.dm-3-3) )(2)(2)標準電極電勢標準電極電勢：標準狀態時的電極電勢標準狀態時的電極電勢. .標準狀態：標準狀態：在在298k298k，離子濃度為，離子濃度為1mol.dm1

9、mol.dm-3 -3 ，氣，氣體分壓為體分壓為100kpa.100kpa.固體為純固體固體為純固體, ,液體為純液液體為純液體體, ,此時的狀態此時的狀態說明：說明：1)標準標準電極電勢在一定溫度下為一常數電極電勢在一定溫度下為一常數,不隨電極不隨電極反應形式的改變而變反應形式的改變而變.例：例： cucu2+ 2+ + + 2e = cu, = +0.34v； cu 2e = cucu2+ 2+ = +0.34v2)電極電勢不隨電極反應計量系數的改變而電極電勢不隨電極反應計量系數的改變而變化。變化。例：例：電極反應：電極反應： cucu2+2+ + 2e = cu, = +0.34v電極反

10、應：電極反應：2cu =2 cucu2+2+ + 4e， = +0.34v（3 3）原電池電動勢原電池電動勢: : e=e=(+)(+)( () )； 標準電動勢標準電動勢: : e e= =(+)(+)( () ) 電極電勢電極電勢高的電極作正極，高的電極作正極，電極電勢電極電勢低的電極作低的電極作負極，負極，e0，原電池正常工作，電流從正極流向負極。原電池正常工作，電流從正極流向負極。(4)(4)參比電極：參比電極：由于標準氫電極要求氫氣純度高、壓力穩由于標準氫電極要求氫氣純度高、壓力穩定定, ,并且鉑在溶液中易吸附其他組分而失去活性。因此并且鉑在溶液中易吸附其他組分而失去活性。因此, ,

11、實際上常用易于制備、使用電極電勢穩定的電極為對實際上常用易于制備、使用電極電勢穩定的電極為對比參考比參考, ,稱為參比電極稱為參比電極常用參比電極常用參比電極: : 甘汞電極或氯化銀電極甘汞電極或氯化銀電極 注意事項：注意事項：（1 1）參加電極反應的物質若是）參加電極反應的物質若是純物質或純液體純物質或純液體，則該物，則該物質的濃度作為質的濃度作為1 1。（2 2）若電極反應中某物質是）若電極反應中某物質是氣體，則用相對分壓氣體，則用相對分壓p/pp/p 代代替相對濃度替相對濃度 c/ /c例：氫電極例：氫電極,電極反應為電極反應為: 2h+(aq) + 2e- = h2(g),其能斯特方程

12、為其能斯特方程為:其中：其中：p p = = 100kpa100kpaphpchchhhh/)(/)(lg205917. 0)/()/(2222(3) 對于有對于有h+或或oh-參加的電極反應參加的電極反應,其濃度及其其濃度及其計量系數也應寫入能斯特方程。計量系數也應寫入能斯特方程。如如,電極反應電極反應: mno mno4 4- - + 8h + 8h + + +5e +5e- - mn mn2 +2 +4h+4h2 2o o其能斯特方程為其能斯特方程為:cmncchccmnocmnmnomnmno/ )(/ )(./ )(lg505917. 0)/()/(28424245. 5. 電極電勢

13、的應用電極電勢的應用（1 1）比較氧化劑、還原劑的相對強弱：）比較氧化劑、還原劑的相對強弱：電極電極電勢代數值越大，其氧化態氧化性越強，電勢代數值越大，其氧化態氧化性越強，對應還原態的還原性越弱對應還原態的還原性越弱；電極電勢代數；電極電勢代數值越小，其還原態的還原性越強值越小，其還原態的還原性越強。例例, 已知已知:則則,氧化性強弱順序為氧化性強弱順序為: ccvmnmno507. 1)/(24vbrbr066. 1)/(2vii5355. 0)/(24mno2br2i（2 2）判斷氧化還原反應進行的方向：）判斷氧化還原反應進行的方向：e=e=(+)(+)(-)(-)0 0 反應正向進行反應

14、正向進行; ;e=e= (+) (+) (-)(-)=0 =0 反應處于平衡反應處于平衡; ;e=e= (+) (+) (-)(-)0 0 反應逆向進行反應逆向進行; ; 電極電勢大的氧化態作氧化劑電極電勢大的氧化態作氧化劑( (正極正極),),電電極電勢小的還原態作還原劑極電勢小的還原態作還原劑( (負極負極),),反應正反應正向進行向進行. .例例: :已知：已知： (sn2+/sn)(sn2+/sn) - -0.1375v; (pb2+/pb) - -0.1262v在標準狀態下在標準狀態下,反應方向為反應方向為: sn + pb2+ sn + + pb（3 3）計算氧化還原反應進行的程度

15、：）計算氧化還原反應進行的程度： 氧化還原反應進行的程度可用標準平衡常數氧化還原反應進行的程度可用標準平衡常數k k來表示。在來表示。在29829815k15k時，時， e= (+) () = = ( (氧化劑氧化劑) ) ( (還原劑還原劑) )n:n:反應中轉移的電子數反應中轉移的電子數 05917. 0ne =lgk三電解三電解電解池：電解池：將電能轉化為化學能的裝置。例如將電能轉化為化學能的裝置。例如電解電解0.1mol.dm0.1mol.dm-3-3 naohnaoh溶液，其電極反應為：溶液，其電極反應為：陽極進行氧化反應陽極進行氧化反應4oh4oh=o=o2 2+2h+2h2 2o

16、+4eo+4e陰極進行還原反應陰極進行還原反應2h2h+ +2e2e=h=h2 2陽極：陽極：電解池中，電解池中，與直流電源的正極相連與直流電源的正極相連的極叫做陽的極叫做陽極極陰極陰極：電解池中，：電解池中，與直流電源的負極相連與直流電源的負極相連的極叫做陰的極叫做陰極極放電：放電：在電解池的兩極中氧化態物質得到電子在電解池的兩極中氧化態物質得到電子或還原態物質給出電子的過程叫做放電。例如，陽或還原態物質給出電子的過程叫做放電。例如，陽極上極上ohoh離子放電，陰極上離子放電，陰極上h h+ +離子放電。離子放電。2 2電解產物判斷：電解產物判斷：電解鹽類水溶液，電極產物情況如下：電解鹽類水

17、溶液，電極產物情況如下：(1)(1)陰極：陰極：電極電勢代數值大的電極電勢代數值大的氧化態物質首先在陰極氧化態物質首先在陰極得電子而放電。得電子而放電。 電極電勢比電極電勢比alal大的金屬離子首先得電子放電，電極大的金屬離子首先得電子放電，電極電勢比電勢比al(al(包括包括al)al)小的金屬（小的金屬（lili，nana，k k，caca，mgmg）離）離子不放電，而是子不放電，而是h h離子放電得到離子放電得到h h2 2。 例如例如: :電解電解cusocuso4 4溶液溶液, ,陰極：陰極：cucu2+2+ + 2e + 2e = cu= cu電解電解naohnaoh溶液溶液, ,

18、陰極：陰極：2h2h+ + 2e2e = h= h2 2( (2)2)陽極陽極: :電極電勢代數值小的電極電勢代數值小的還原態物質首先還原態物質首先在在陽極陽極失去電子失去電子而放電。而放電。1 1）金屬作陽極）金屬作陽極: :金屬陽極金屬陽極 (除除pt,au外外)首先失電子被首先失電子被氧化成金屬離子溶解。氧化成金屬離子溶解。 如以金屬鎳作電極，電解如以金屬鎳作電極，電解nisoniso4 4溶液：溶液：陽極：陽極： nini 2e2e nini2 2 ；陰極：陰極： nini2 2 2e2e nini2 2）若石墨或鉑作陽極）若石墨或鉑作陽極: :電解電解s2、 br 、cl 等簡單負離

19、子的鹽溶液時，陽極優等簡單負離子的鹽溶液時，陽極優先析出先析出s、 br2、 cl2 ;電解含氧酸（如電解含氧酸（如hno3、h2so4）或含氧酸鹽溶液時）或含氧酸鹽溶液時,在陽極在陽極上上oh-首先被氧化析出氧。首先被氧化析出氧。如如,石墨作電極電解石墨作電極電解cucl2.2.陽極：陽極： 2cl 2e2e =cl=cl2 2 ; ;陰極：陰極：cucu2 2 2e2e cu cu 。如如,石墨作電極電解石墨作電極電解電解電解nisoniso4 4陽極：陽極： 4oh4oh 2e2e o o2 2+ 2h+ 2h2 2o o 陰極：陰極： nini2 2 2e2e nini四四 金屬的腐蝕

20、及防止金屬的腐蝕及防止1 1化學腐蝕：化學腐蝕：金屬金屬與干燥的腐蝕性氣體或有機物與干燥的腐蝕性氣體或有機物發生發生的化學反應引起的腐蝕稱化學腐蝕。的化學反應引起的腐蝕稱化學腐蝕。2 2電化學腐蝕：電化學腐蝕：由電化學作用而引起的腐蝕叫做電化由電化學作用而引起的腐蝕叫做電化學腐蝕，它是由于學腐蝕，它是由于形成許多微小腐蝕電池形成許多微小腐蝕電池而引起的。電而引起的。電化學腐蝕分為化學腐蝕分為：（1 1）析氫腐蝕：）析氫腐蝕：在酸性溶液在酸性溶液中，陰極反應主要以中，陰極反應主要以h h離子離子得電子還原成得電子還原成h h2 2而引起的腐蝕稱析氫腐蝕而引起的腐蝕稱析氫腐蝕陽極：陽極：fefe2e2e fefe2 2陰極：陰極：2h2h 2e2e = h= h2 2電池反應：電池反應： fe fe 2h2h fefe2 2 h h2 2(2)(2)吸氧腐蝕：吸氧腐蝕：陰極以陰極以o o2 2得電子生成得電子生成ohoh離子所離子所引起的腐蝕稱吸氧腐蝕。引起的腐蝕稱吸氧腐蝕。 一般金屬在大氣中、弱堿性、中性甚至酸性不一般金屬在大氣中、弱堿性、中性甚至酸性不太強的水膜中的腐蝕主要是吸氧腐蝕。太強的水膜中的腐蝕主要是吸氧腐蝕。陽極：陽極： fefe2e2e fefe2 2陰極：陰極： o o2 2+ 2h+ 2h2 2o + 4eo + 4e- - =