2010年江苏化学竞赛夏令营使用第十四讲_电化学与氧化还原

氧化还原反应与电化学江苏化学夏令营

孔 岩 2010年7月

简

介

氧化还原反应是化学反应中最重要的 一类, 反应的基本特点是在反应物之间发 生电子的传递，即反应物的原子或离子 发生氧化数改变 。 电化学是研究电能和化学能之间相互 转化及转化过程中有关规律的科学。电 化学工业已成为国民经济的重要组成部 分。

本部分所要掌握的主要内容1. 氧化还原及氧化数的基本概念；氧 化还原方程式的配平； 2.电极的种类及表示方法；电极反应 方程式的书写； 3.原电池及电解池的表示方法；原电 池及电解池中电极符合；电池反应的书 写方法； 4.电解过程法拉第定律，电流效率及 有关计算；

本部分所要掌握的主要内容5.电极电势及标准电极电势的概念及 影响因素； 6.氧化剂、还原剂强弱的判断；氧化 还原反应方向的判断； 7. 电解与电镀过程的基本概念，电解 过程析出物质的顺序； 8. 一些常见化学电源 9. 金属电化学腐蚀的原理及基本防腐 方法。

一、氧化还原反应1.氧化与还原氧化本来是指物质与氧化合，还原是 指从氧化物中去掉氧恢复到未被氧化前 的状态的反应，例如：

氧化还原反应——氧化与还原任何一个氧化还原反应都可看作是两 个半反应之和。例如，铜的氧化反应可 以看成是下面两个半反应的结果：

氧化还原反应——氧化与还原 它们的代数和即是总的反应。金属铜 失去电子，变成铜离子，铜被氧化；氧 得到电子，变成氧离子，氧被还原。因 此，氧化和还原可定义为： 氧化是失去电子，还原是得到电子。 “失去”一词并不意味着电子完全移 去。当电子云密度远离一个原子时，该 原子即是氧化。这是氧化还原反应意义 的进一步扩展。

氧化还原反应——氧化还原电对

2. 氧化还原电对我们把一个还原型物种(电子给体)和 一个氧化型物种(电子受体)称为氧化还 原电对：

在书写半反应时，要把电对的氧化型 物种写在左边，还原型物种写在右边。

氧化还原反应——氧化还原电对 对于Fe2+,当它作为还原剂和氧化剂 物种时，书写半反应时分别出现在不同 一侧：

氧化还原反应——元素的氧化数 还原剂和氧化剂之间的反应是—个氧 化还原反应。氧化剂氧化其他物质，它 本身得到电子被还原；还原剂还原其他 物质，它本身失去电子被氧化。

3. 元素的氧化数指某元素一个原子的荷电数，这种荷 电数是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。

氧化还原反应——元素的氧化数确定氧化数的一般原则是： a. 任何形态的单质中元素的氧化数等 于零。 b. 多原子分子中，所有元素的氧化数 之

和等于零。 c. 单原子离子的氧化数等于它所带的 电荷数。多原子离子中所有元素的氧化 数之和等于该离子所带的电荷数。

氧化还原反应——元素的氧化数 d. 在共价化合物中，可按照元素电负 性的大小，把共用电子对归属于电负性 较大的那个原子，然后再由各原子的电 荷数确定它们的氧化数。 e. 氢在化合物中的氧化数一般为+1, 但在金属氢化物中，氢的氧化数为-1。 氧在化合物中的 氧化数一般为-2,但在 过氧化物为-1, 在超氧化物中为-1/2。 f. 氟在化合物中的氧化数皆为-1 。

氧化还原反应——氧化还原方程式的配平

4. 氧化还原方程式的配平以高锰酸钾和氯化钠在硫酸溶液中的 反应为例，说明用氧化数法配平氧化还 原反应方程式的具体步骤。 a. 根据实验确定反应物和产物的化学 式：

氧化还原反应——氧化还原方程式的配平 b.找出氧化数升高及降低的元素。锰 的氧化数降低5;氯的氧化数升高1,氯 气以双原子分子的形式存在，NaCl的化 学计量数至少应为2;

氧化还原反应——氧化还原方程式的配平 c. 计算氧化数降低与升高的最小公倍 数，上述反应式中5和2的最小公倍数为 10,可知高锰酸钾的系数为2,而氯气 的系数为5,氯化钠的系数为10:

氧化还原反应——氧化还原方程式的配平

d. 配平反应前后氧化数没有变化的原 子数。

e. 最后核对氧原子数。该等式两边 的氧原子数相等，说明方程式已配平。