注冊(cè)電氣工程師化學(xué)培訓(xùn)課件3

1、第三第三章章 氧化還原與電化學(xué)氧化還原與電化學(xué) 一一. .氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)1.1.氧化反應(yīng)氧化反應(yīng): :物質(zhì)物質(zhì)失去電子失去電子的反應(yīng)稱(chēng)的反應(yīng)稱(chēng)氧化反應(yīng)氧化反應(yīng). .例例zn-2ezn-2e-1-1=zn=zn2+ 2+ （化合價(jià)升高化合價(jià)升高的過(guò)程）的過(guò)程） 2.2.還原反應(yīng)還原反應(yīng): : 物質(zhì)物質(zhì)得到電子得到電子的反應(yīng)稱(chēng)的反應(yīng)稱(chēng)還原反應(yīng)還原反應(yīng). . 例例cucu2+2+2e+2e-1-1=cu=cu（化合價(jià)降低化合價(jià)降低的過(guò)程）的過(guò)程）3.3.氧化劑氧化劑: :得到電子（化合價(jià)降低）的物質(zhì)是氧化劑得到電子（化合價(jià)降低）的物質(zhì)是氧化劑, ,如如cucu2+2+。4.4.還原劑還原劑

2、: :失去電子（化合價(jià)升高）的物質(zhì)是還原劑失去電子（化合價(jià)升高）的物質(zhì)是還原劑, ,如如znzn。 5.5.氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng): :有電子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)。有電子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)。6. 6. 氧化還原反應(yīng)方程式的配平氧化還原反應(yīng)方程式的配平: : 離子離子電子法配平氧化還原反應(yīng)方程式的步驟電子法配平氧化還原反應(yīng)方程式的步驟: :(1)(1)用離子式寫(xiě)出參加氧化還原反應(yīng)的反應(yīng)物和產(chǎn)物。用離子式寫(xiě)出參加氧化還原反應(yīng)的反應(yīng)物和產(chǎn)物。如：如：mnomno4 4- - + fe + fe2+2+ mn mn2 +2 + + fe + fe3+3+(2)(2)寫(xiě)出氧化還原反應(yīng)的兩個(gè)半反應(yīng)寫(xiě)出氧化還原反應(yīng)的兩個(gè)半

3、反應(yīng): :還原劑失去電子被氧化還原劑失去電子被氧化氧化反應(yīng)氧化反應(yīng); ;氧化劑得到電子被還原氧化劑得到電子被還原還原反應(yīng)。還原反應(yīng)。 mnomno4 4- - +e+e- - mn mn2 +2 + ; fe ; fe2+2+ fe fe3+3+(3)(3)配平半反應(yīng)式使兩邊的各種元素原子總數(shù)和電荷總數(shù)均相配平半反應(yīng)式使兩邊的各種元素原子總數(shù)和電荷總數(shù)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(jù)氧化劑和還原劑得失電子總數(shù)相

4、等的原則確定各半反根據(jù)氧化劑和還原劑得失電子總數(shù)相等的原則確定各半反應(yīng)式的系數(shù)應(yīng)式的系數(shù), ,并合并之并合并之, ,寫(xiě)出配平的離子方程式和分子方程寫(xiě)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(shì)原電池與電極電勢(shì)1. 1. 原電池原電池: :將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。(1)(1)原電池的電極反應(yīng)原電池的電極反應(yīng) ( (半反應(yīng)半反應(yīng)) )、電池反、電池反應(yīng)應(yīng) ( (總反應(yīng)總反應(yīng)) )

5、：例如銅鋅原電池例如銅鋅原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)：zn - 2ezn - 2e-1-1=zn=zn2+2+正極發(fā)生還原反應(yīng)正極發(fā)生還原反應(yīng)：cucu2+ 2+ + 2e+ 2e-1-1=cu =cu 原電池的總反應(yīng)：原電池的總反應(yīng)： 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(bǔ)充電荷補(bǔ)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(xiàn)路

6、。持電荷平衡，溝通線(xiàn)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(lèi)型及符號(hào)電極類(lèi)型及符號(hào)組成原電池的電極歸納起來(lái)分為四類(lèi)：組成原電池的電極歸納起來(lái)分為四類(lèi)：(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(shuō)明：說(shuō)明：1)非金屬電極及離子電極，必須外加一個(gè)能導(dǎo)電而本身并不參非金屬電極及離子電極，必須外加一個(gè)能導(dǎo)電而本身并不參加反應(yīng)的惰性電極（如鉑加反應(yīng)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(jià)態(tài)離子之間無(wú)相界，用（，）隔開(kāi)；不同價(jià)態(tài)離子之間無(wú)相界，用（，）隔開(kāi)；3)h離子或離子或oh離子參與了氧化還原反應(yīng)，也應(yīng)寫(xiě)入半電池離子參與了氧化還原反應(yīng)，也應(yīng)寫(xiě)入半電池中。中。反應(yīng)：反應(yīng)：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(shì)：電極電勢(shì)：(1)(1)標(biāo)準(zhǔn)氫電極：標(biāo)準(zhǔn)氫電極：規(guī)定在任何溫度下標(biāo)準(zhǔn)氫電極規(guī)定在任何溫度下標(biāo)準(zhǔn)氫電極的電極電勢(shì)為零，即的電極電勢(shì)為零，即 （h h+ +/h/h2 2）=0.0000v=0.0000v標(biāo)準(zhǔn)氫電極為標(biāo)準(zhǔn)氫電極為:pt:pth h2 2(100kpa)(100kpa)h h+ +(1mol.dm(1mol.dm-3-3) )(2)(2)標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)的電極電勢(shì)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)的電極電勢(shì). .標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：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(shí)的狀態(tài)此時(shí)的狀態(tài)說(shuō)明：說(shuō)明：1)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)在一定溫度下為一常數(shù)電極電勢(shì)在一定溫度下為一常數(shù),不隨電極不隨電極反應(yīng)形式的改變而變反應(yīng)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(shì)不隨電極反應(yīng)計(jì)量系數(shù)的改變而電極電勢(shì)不隨電極反應(yīng)計(jì)量系數(shù)的改變而變化。變化。例：例：電極反應(yīng)：電極反應(yīng)： cucu2+2+ + 2e = cu, = +0.34v電極反

10、應(yīng)：電極反應(yīng)：2cu =2 cucu2+2+ + 4e， = +0.34v（3 3）原電池電動(dòng)勢(shì)原電池電動(dòng)勢(shì): : e=e=(+)(+)( () )； 標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì): : e e= =(+)(+)( () ) 電極電勢(shì)電極電勢(shì)高的電極作正極，高的電極作正極，電極電勢(shì)電極電勢(shì)低的電極作低的電極作負(fù)極，負(fù)極，e0，原電池正常工作，電流從正極流向負(fù)極。原電池正常工作，電流從正極流向負(fù)極。(4)(4)參比電極：參比電極：由于標(biāo)準(zhǔn)氫電極要求氫氣純度高、壓力穩(wěn)由于標(biāo)準(zhǔn)氫電極要求氫氣純度高、壓力穩(wěn)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(shí)際上常用易于制備、使用電極電勢(shì)穩(wěn)定的電極為對(duì)實(shí)際上常用易于制備、使用電極電勢(shì)穩(wěn)定的電極為對(duì)比參考比參考, ,稱(chēng)為參比電極稱(chēng)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(xiàng)：注意事項(xiàng)：（1 1）參加電極反應(yīng)的物質(zhì)若是）參加電極反應(yīng)的物質(zhì)若是純物質(zhì)或純液體純物質(zhì)或純液體，則該物，則該物質(zhì)的濃度作為質(zhì)的濃度作為1 1。（2 2）若電極反應(yīng)中某物質(zhì)是）若電極反應(yīng)中某物質(zhì)是氣體，則用相對(duì)分壓氣體，則用相對(duì)分壓p/pp/p 代代替相對(duì)濃度替相對(duì)濃度 c/ /c例：氫電極例：氫電極,電極反應(yīng)為電極反應(yīng)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(duì)于有對(duì)于有h+或或oh-參加的電極反應(yīng)參加的電極反應(yīng),其濃度及其其濃度及其計(jì)量系數(shù)也應(yīng)寫(xiě)入能斯特方程。計(jì)量系數(shù)也應(yīng)寫(xiě)入能斯特方程。如如,電極反應(yīng)電極反應(yīng): 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(shì)

13、的應(yīng)用電極電勢(shì)的應(yīng)用（1 1）比較氧化劑、還原劑的相對(duì)強(qiáng)弱：）比較氧化劑、還原劑的相對(duì)強(qiáng)弱：電極電極電勢(shì)代數(shù)值越大，其氧化態(tài)氧化性越強(qiáng)，電勢(shì)代數(shù)值越大，其氧化態(tài)氧化性越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)還原態(tài)的還原性越弱對(duì)應(yīng)還原態(tài)的還原性越弱；電極電勢(shì)代數(shù)；電極電勢(shì)代數(shù)值越小，其還原態(tài)的還原性越強(qiáng)值越小，其還原態(tài)的還原性越強(qiáng)。例例, 已知已知:則則,氧化性強(qiáng)弱順序?yàn)檠趸詮?qiáng)弱順序?yàn)? ccvmnmno507. 1)/(24vbrbr066. 1)/(2vii5355. 0)/(24mno2br2i（2 2）判斷氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的方向：）判斷氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的方向：e=e=(+)(+)(-)(-)0 0 反應(yīng)正向進(jìn)行反應(yīng)

14、正向進(jìn)行; ;e=e= (+) (+) (-)(-)=0 =0 反應(yīng)處于平衡反應(yīng)處于平衡; ;e=e= (+) (+) (-)(-)0 0 反應(yīng)逆向進(jìn)行反應(yīng)逆向進(jìn)行; ; 電極電勢(shì)大的氧化態(tài)作氧化劑電極電勢(shì)大的氧化態(tài)作氧化劑( (正極正極),),電電極電勢(shì)小的還原態(tài)作還原劑極電勢(shì)小的還原態(tài)作還原劑( (負(fù)極負(fù)極),),反應(yīng)正反應(yīng)正向進(jìn)行向進(jìn)行. .例例: :已知：已知： (sn2+/sn)(sn2+/sn) - -0.1375v; (pb2+/pb) - -0.1262v在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,反應(yīng)方向?yàn)榉磻?yīng)方向?yàn)? sn + pb2+ sn + + pb（3 3）計(jì)算氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的程度

15、：）計(jì)算氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的程度： 氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的程度可用標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的程度可用標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)k k來(lái)表示。在來(lái)表示。在29829815k15k時(shí)，時(shí)， e= (+) () = = ( (氧化劑氧化劑) ) ( (還原劑還原劑) )n:n:反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子數(shù) 05917. 0ne =lgk三電解三電解電解池：電解池：將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。例如將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)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(yīng)為：溶液，其電極反應(yīng)為：陽(yáng)極進(jìn)行氧化反應(yīng)陽(yáng)極進(jìn)行氧化反應(yīng)4oh4oh=o=o2 2+2h+2h2 2o

16、+4eo+4e陰極進(jìn)行還原反應(yīng)陰極進(jìn)行還原反應(yīng)2h2h+ +2e2e=h=h2 2陽(yáng)極：陽(yáng)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(yáng)的極叫做陽(yáng)極極陰極陰極：電解池中，：電解池中，與直流電源的負(fù)極相連與直流電源的負(fù)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(tài)物質(zhì)得到電子在電解池的兩極中氧化態(tài)物質(zhì)得到電子或還原態(tài)物質(zhì)給出電子的過(guò)程叫做放電。例如，陽(yáng)或還原態(tài)物質(zhì)給出電子的過(guò)程叫做放電。例如，陽(yáng)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(chǎn)物判斷：電解產(chǎn)物判斷：電解鹽類(lèi)水溶液，電極產(chǎn)物情況如下：電解鹽類(lèi)水

17、溶液，電極產(chǎn)物情況如下：(1)(1)陰極：陰極：電極電勢(shì)代數(shù)值大的電極電勢(shì)代數(shù)值大的氧化態(tài)物質(zhì)首先在陰極氧化態(tài)物質(zhì)首先在陰極得電子而放電。得電子而放電。 電極電勢(shì)比電極電勢(shì)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(shì)比電勢(shì)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(yáng)極陽(yáng)極: :電極電勢(shì)代數(shù)值小的電極電勢(shì)代數(shù)值小的還原態(tài)物質(zhì)首先還原態(tài)物質(zhì)首先在在陽(yáng)極陽(yáng)極失去電子失去電子而放電。而放電。1 1）金屬作陽(yáng)極）金屬作陽(yáng)極: :金屬陽(yáng)極金屬陽(yáng)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(yáng)極：陽(yáng)極： nini 2e2e nini2 2 ；陰極：陰極： nini2 2 2e2e nini2 2）若石墨或鉑作陽(yáng)極）若石墨或鉑作陽(yáng)極: :電解電解s2、 br 、cl 等簡(jiǎn)單負(fù)離

19、子的鹽溶液時(shí)，陽(yáng)極優(yōu)等簡(jiǎn)單負(fù)離子的鹽溶液時(shí)，陽(yáng)極優(yōu)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(shí)）或含氧酸鹽溶液時(shí),在陽(yáng)極在陽(yáng)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(yáng)極：陽(yáng)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(yáng)極：陽(yáng)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(xué)腐蝕：化學(xué)腐蝕：金屬金屬與干燥的腐蝕性氣體或有機(jī)物與干燥的腐蝕性氣體或有機(jī)物發(fā)生發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)引起的腐蝕稱(chēng)化學(xué)腐蝕。的化學(xué)反應(yīng)引起的腐蝕稱(chēng)化學(xué)腐蝕。2 2電化學(xué)腐蝕：電化學(xué)腐蝕：由電化學(xué)作用而引起的腐蝕叫做電化由電化學(xué)作用而引起的腐蝕叫做電化學(xué)腐蝕，它是由于學(xué)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(xué)腐蝕分為化學(xué)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(yīng)主要以中，陰極反應(yīng)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(chēng)析氫腐蝕而引起的腐蝕稱(chēng)析氫腐蝕陽(yáng)極：陽(yáng)極：fefe2e2e fefe2 2陰極：陰極：2h2h 2e2e = h= h2 2電池反應(yīng)：電池反應(yīng)： 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(chēng)吸氧腐蝕。引起的腐蝕稱(chēng)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(qiáng)的水膜中的腐蝕主要是吸氧腐蝕。太強(qiáng)的水膜中的腐蝕主要是吸氧腐蝕。陽(yáng)極：陽(yáng)極： fefe2e2e fefe2 2陰極：陰極： o o2 2+ 2h+ 2h2 2o + 4eo + 4e- - =