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第五章 氧化还原反应与电化学
教学内容
1. 氧化数；2.原电池与原电池电动势；3. 金属的腐蚀与防护；4.电解的基本原理及应用。
教学要求
了解氧化数的概念及确定方法；掌握原电池的组成、结构、符号表示、电极反应及电池反应的表示方法；了解电极电势的产生原因和测求方法；掌握浓度对电极电势的影响及Nernst方程的有关计算；了解电解池的结构特点；理解理论分解电压、实际分解电压的概念及产生原因；了解电解的应用；熟悉金属电化学腐蚀的产生原因及析氢腐蚀、吸氧腐蚀的主要特点；了解电化学腐蚀的主要防护方法。
知识点与考核点
1．氧化数
某元素的一个原子在化合状态时的形式电荷数（可以为分数）。 ．．．．．2．电对
同一元素氧化数高的状态（氧化态）与其氧化数低的状态（还原态）构成
一个电对。 通常表述为氧化态/还原态，例如，Cu/Cu、Zn/Zn、 Fe/Fe、Fe/Fe、O２／H2O2、H2O2/OH 等。
3．原电池
借助氧化还原反应直接产生电流的装置。 ．．4．原电池装置的符号表示：（以铜锌原电池为例） （－）Zn | Zn（c1）|| Cu（c2）| Cu（+） 负极反应：Zn（s）→Zn（aq）+2e 正极反应： Cu（aq）+2e→Cu（s）
电池总反应： Cu（aq）+ Zn（s）= Cu（s） + Zn（aq）
5．原电池装置的符号表示书写规则 （1）负极在左侧，正极在右侧，
（2）两个半电池的中间用盐桥“||”连接，
（3）盐桥两侧分别是正、负极的离子“Zn（c1）||Cu（c2）”，溶液需标 出离子的浓度。
例：将下列氧化还原反应组成原电池，写出电极反应。 （1）Sn（aq）+2Fe（aq）= Sn（aq）+2Fe（aq） 解：原电池符号表示式为
（－）Pt | Sn(c1), Sn(c2) || Fe(c3), Fe(c4) | Pt（＋）
负极反应：Sn（aq） → Sn （aq）+2e 正极反应：2Fe（aq）+ 2e
3+
–
2+
4+
–
2+
4+
3+
2+
2+
3+
4+
2+ 2+
2+
2+
2+
2+
–2+
–
2+
2+
–
2+
2+
3+
2+
2+
→2Fe（aq）
精品
2+
.
说明：① 反应物中氧化剂的还原反应为正极反应，还原剂的氧化反应为负极反应。
② 没有金属作为电极，故选用不参与反应、只起导电作用的Pt或石墨等惰性电机作为辅助电极。
（2）2HCl（aq） + Zn（s）= H2（g）+ ZnCl2（aq）
解：原电池符号表示式为
（－）Zn| Zn(c1) || H(c2) | H2（p），(Pt)（＋） 正极反应：2H（aq） + 2e → H2 g） 负极反应：Zn（s）→ Zn（aq）+ 2e
（3）2MnO4(aq)+16H(aq)+10Cl(aq)+10Hg(l) = 2Mn（aq）+5Hg2Cl2(s) +8H2O
解：原电池符号表示式为
（－）Pt，Hg（l）| Hg2Cl2（s），Cl(c1) || Mn(c2), H(c3)，MnO4（c4）| Pt（＋）
正极反应：2MnO4（aq）+ 16H（aq）+10e
–
–
+
–
–
2+
+
–
–
+
–
2+
2+
–
+
–
2+
+
= 2Mn（aq）+ 8H2O
–
2+
负极反应：10Cl（aq）+ 10Hg（l）= 5Hg2Cl2（s）+10e 6．电极电势(?)的概念
金属(或非金属)与溶液中自身离子达到平衡时双电层的电势差。每 个电对都有电极电势,电极电势是强度性质。
因电极电势的绝对值无法测得，为比较方便，人为规定标准氢电极的电极电势
??(H?/H2)?0V
7．参比电极
作为对比参考的电极，其电极电势要求相对稳定。 例如甘汞电极： （Pt）Hg(l) | Hg2Cl2(s)， KCl(c)
电极反应式为 Hg2Cl2(s)?2e?2Hg(l)?Cl2(g) 25℃, c(KCl)=1mol?L时，?(Hg2Cl2/Hg)?0.268V
–1
??25℃, c(KCl)为饱和浓度时，?(Hg2Cl2/Hg)?0.242V
8．原电池电动势
?????E?????? （E????）
?9．浓度（分压）对电极电势的影响(Nernst方程) 对电极反应 a氧化态 + ze– = b还原态
???0?0.059zlgJ （298.15K）
[还原态]bJ 为半反应的“浓度商”，J?[氧化态]a精品
.
z为反应转移的电子数。
0.059[c(Cl?)]2例如：Cl2?2e?2Cl ???? lg?2pCl2/p???0.059[c(Cl?)]1???lgCl2?e?Cl ????21(pCl2/p?)12
可以看出：Nernst方程表达式与化学方程书写方式有关，但是计算结果与方程书写方式无．．．
关，因同一反应写法不同，z 也不同。这也表现出?之强度性质的特性。 ．
例：写出下列电池半反应的Nernst方程表达式 （1）Cu2??2e??Cu；
答：???+
??0.059zlg1 2?c(Cu)（2）MnO2 + 4H + 2e– = Mn + 2H2O；
2+
0.059c(Mn2?)答： ???? lg?42c(H)?利用上式可求出不同c（H）和c（Mn）时的电极电势值。
（3）参比甘汞电极Hg2Cl2?2e?2Hg?Cl；
??+2+
0.059lgc(Cl?)2； 2–
例： 计算半反应 O2 + 2H2O + 4e– = 4OH 的电极电势（25℃）
答：?????已知 pO2?1.013?105Pa，c（OH） = 0.010mol·L，?O–
–1
?2OH??0.40（V）
解 ?O20.0591.013?105/1.013?105lg?0.459(V) = 0.40 +4OH?4(0.1)2+
例： 求电对MnO?， 4/Mn在下述条件下的电极电势（25℃）
已知：??2?MnO?4Mn=1.51V，pH=2.0，c（Mn）=c（MnO?4）=1.0 mol·L
2+
–1
解 此电极反应为MnO?4+ 8H + 5e– = Mn + 4H2O
?80.059[c(MnO?4)][c(H)] ????lg2?5[c(Mn)]?+2+
0.0591.0?(1.0?10?2)8lg = 1.51 + = 1.51 – 0.19 = 1.32(V)51.0精品
工科化学答案第五章氧化还原反应与电化学
