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1、1 3-4 3-4 溶液中的溶液中的电化学电化学平衡及其应用平衡及其应用 电化学是研究化学能与电能转换及其转化规律的学科 化学能 电能：原电池 电能 化学能：电解池 主要应用有电池、电解、金属的电化学加工及金属防护等。 2 原电池原电池-化学电源：干电池、蓄电池、镍氢电池、锂电池等， 随着火箭、宇宙飞船、导弹、人造卫星及大规模集成电路等高 新技术的发展，要求体积小、重量轻、 效能高、寿命长的化学 电源，推动高能电池、微型电池的研究和开发 电解池电解池-电解：不仅能冶炼和提炼多种有色金属和稀有金属， 制备多种化工产品，而且可进行多种物质的化学合成。 金属腐蚀与防护: 在电镀、三废处理、电化学腐蚀
2、等方面有重 要应用 本节内容本节内容 微电池 3 氧化还原反应：反应前后元素氧化数氧化数 ( (化合价化合价）有变化的反应。 Zn(s) + H2SO4(aq) = ZnSO4(aq) + H2(g) 3- 4- 0 氧化还原反应（复习氧化还原反应（复习 ） Mg (s) + O2(g) = MgO(s) 4 相关基本术语 1.氧化数 (与化合价稍有不同） 2.氧化和还原、氧化反应和还原反应、氧化剂和还原剂 元素氧化数降低的过程为还原，发生的反应为还原反应。 元素氧化数升高的过程为氧化，发生的反应为氧化反应。 氧化剂：氧化数降低，被还原，发生还原反应。 还原剂：氧化数升高，被氧化，发生氧化反应
3、。 1） 元素的氧化数为0。 2） 单原子离子的电荷等于氧化数。多原子离子中所有元素的氧化 数之和等于离子电荷。 3） 化合物的氧化数为0. 5 3.氧化还原电对 还原剂与其氧化产物、氧化剂与其还原产物分别是同一元素不同氧化数的两 种形态；将氧化数高的形态称为该元素的氧化态，将氧化数低的形态称为该 元素的还原态，即组成一对氧化还原电对，用通式氧化态/还原态表示。 Example： Zn(s) + H2SO4(aq) = ZnSO4(aq) + H2(g) 氧化还还原电对电对 ：锌电对锌电对 ，用符号Zn 2+/Zn表示； 氢电对氢电对 ，用符号H+/H2 表示。 Important! 类似于共
4、轭酸碱对 1) Zn(s) + CuSO4(aq) = ZnSO4(aq) + Cu(s) 2) 2H2O = O2(g) +2 H2(g) 3）Mg (s) + O2(g) = MgO(s) 6 有关氧化还原电对的几点注意： 3）一个氧化还原电对原则上都可以构成一个半电池，其半反应的书写 方式一般用还原反应形式书写。 氧化态+ ne 还原态。 如：Zn2+2e Zn 1）不同氧化态的金属离子（如Fe3+和Fe2+；Sn4+ 和Sn2+ ；MnO4-和 Mn2+）及 非金属和它们的相应离子（如Cl2和Cl-；H2 和H+ ；O2和 OH-）都可构成氧 化还原电对。 2）某种元素与其他元素组成的
5、复杂离子或难溶盐时，应以它们在溶液中实 际存在的形式书写电对。如Cr2O72-/Cr3+，PbO2/Pb2+，AgCl/Ag， Hg2Cl2/Hg 7 氧化还原反应的本质电子的转移 氧化反应和还原反应同时存在，相互依存。 氧化还原反应的本质是在两对（或两对以上）氧化还原电对 之间电子的得失或转移。 酸1碱1 H+ 碱2酸2 氧化剂剂1还还原剂剂1 e 还还原剂剂2氧化剂剂2 氧化还原电对？ 8 氧化还原反应方程式一般比较复杂，反应物除氧化剂和还原 剂外，常有参与的反应介质（如酸、碱、水），且它们的系 数比较大，配平这类方程式需按一定的步骤。 氧化还原反应的配平 9 氧化数法 遵循原则：氧化剂中
6、元素氧化数降低的总数等于还原剂中氧化数升高的总数。 步骤： +7+7 1) KMnO4 + H2S + H2SO4 MnSO4 + S + K2SO4 + H2O +2+2 -2-2 0 0 2-7 = -5 2 0-(-2) = 2 5 2) 2KMnO4 + 5H2S + H2SO4 2 MnSO4 + 5S + K2SO4 + H2O 3) 2KMnO4 +5 H2S + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 5S + K2SO4 +8 H2O 10 依据：氧化还原反应的本质是在两对（或两对以上）氧化还原电对之间电子 的得失或转移。氧化剂得电子变为其共轭还原态；还原剂失电子变为其共轭 氧化
7、态，此可用电对的半反应表示。故氧化还原反应可认为是由两个电对的 半反应组合而成的一个总反应。 遵循原则：氧化剂获得的电子总数等于还原剂中失去的电子总数。 离子电子法（半反应法）离子电子法（半反应法） 11 Example: KMnO4与H2SO3在稀H2SO4反应 写出反应物与生成物的化学式，将氧化数变化的离子写成未配平的离 子方程式 KMnO4+H2SO3+ H2SO4 MnSO4+K2SO4+H2O MnO4-+SO32- Mn2+SO42- 找出两个氧化还原电对并写出两个半反应（未配平）： Mn2+/MnO4- ；SO42-/SO32- 氧化反应： SO32- SO42- 还原反应：Mn
8、O4- Mn2+ 配平半反应：两边各原子总数相等，净电荷数相等 ，方法：先配原子 数，左边或右边再加适当的电子数来配平电荷数 MnO4- + 8H+ Mn2+ + H2O MnO4- + 8H+ + 5e = Mn2+ + 4H2O SO32- + H2O SO42- + 2H+ SO32- + H2O = SO42- + 2H+ + 2e 12 根据氧化剂获得的电子总数等于还原剂中失去的电子总数。将两个半反 应式乘以相应的系数，然后相加，得配平的离子方程式。 加上原来未参加氧化还原的离子，写出分子方程式： MnO4- + 8H+ + 5e = Mn2+ + 4H2O SO32- + H2O
9、= SO42- + 2H+ + 2e 2 5 + 2MnO4- + 5SO32- + 6H+ = 2Mn2+ + 5 SO42- + 3H2O 2KMnO4+5K2SO3+ 3H2SO4 = 2 MnSO4 + 6K2SO4 + 3H2O 最后核实两边各原子数，证实配平。 13 小结：配平半反应利用了原子和电荷守恒原理。至于反应物与生成物的 氧原子数不同，可结合溶液的酸碱性，在半反应式中加入H+，H2O或OH -使方程式两边的氧原子数相等。具体方法如下： va：酸性介质：在氧原子数多的一边（含氧酸根），加入相当于氧原子差值二倍的H+， 另一边同时加上相应量的H2O。 如：Cr2O72- + 1
10、4H+ = 2Cr3+ +7H2O 又如： S + 2H2O = SO2 + 4H+ vb：中性或碱性介质：在氧原子数多的一边（含氧酸根），加入相当于氧原子差值相同 数量的H2O， 另一边同时加上相应两倍量的OH- 。 如：MnO4- + 2H2O = MnO2 + 4OH- 又如： SO32- + 2OH- = SO42- + H2O H+ + OH H2O 14 首先找出氧化还原反应中两个氧化还原电对。 根据两个氧化还原电对写出氧化、还原两个半反应。 调整计量数（系数）按电子得失数分别使两个半反应的原子个数和电荷数配平 。 （具体方法：依据不同介质，通过H+、OH-及H2O来配平半反应中的
11、H、O原 子个数，再考虑电子得失数，进一步配平两个半反应。） 根据氧化剂得电子总数和还原剂失电子总数相等的原则，将两个半反应得失电 子数配平（找出其最小公倍数）。 最后将完全配平的两个半反应加合为配平的离子方程式，若需写成氧化还原分 子方程式，则加上相应的离子即可。 总结步骤如下：总结步骤如下： 15 不同介不同介质质质质中氧化中氧化还还还还原反原反应应应应中中氢氢氢氢、氧原子、氧原子配平方法配平方法 多一个氧原子少一个氧原子 酸性 碱型 中性 16 Example ： BrO4 + CrO2 BrO3 + CrO42 (碱性-basic) 配平氧化剂、还原剂 ： BrO4 + e BrO3
12、CrO2 CrO42 + e 配平氧原子： BrO4 + 2H+ + 2e BrO3 + H2O 2H2O 2H+ + 2OH BrO4 + H2O + 2e BrO3 + 2OH 碱性条件： CrO2 + 2H2O CrO42 + 4H+ + 3e 4H+ + 4OH 4H2O CrO2 + 4OH CrO42 + 2H2O + 3e 总反应： 3BrO4 + 2CrO2 + 2OH = H2O + 3BrO3 + 2CrO42 3 2 17 MnO4 + 8H+ + 5e = Mn2+ + 4H2O 还原反应 H2S = S + 2H+ + 2e 氧化反应 2 + 5 2KMnO4 +5H
13、2S +3H2SO4 =2MnSO4 +5S +K2SO4 + 8H2O For another example, KMnO4 + H2S + H2SO 4 MnSO4 + S + K2SO4 + H2O 18 3-4-1 原电池 Galvanic Cells 锌片浸入硫酸铜溶液中 反应现象： 1. 溶液蓝色逐渐褪去。 2. 锌片上有红色的固体沉积。 3. 烧杯温度升高。 化学反应： 化学能 热能 机械能 电能 能量变化： ？ 19 Zinc atom Copper ion No useful work is obtained 一般氧化还原反应：化学能转化为热能 原因：氧化剂与还原剂直接接触，
14、无电子定向流动 Zn (s) + Cu2+ (aq) Zn2+ (aq) + Cu (s) 20 铜-锌原电池 Daniell Cell 英国科学家 ,1836年发明 氧化还原反应只有借助于一特 殊装置化学能才能转化为电能 可将氧化还原反应中的化学能 转化为电能，并能通过电流表直 观地反应出氧化还原反应中的电 子转移方向和大小的装置称为原 电池。 原电池 21 化学史-原电池的发明放电之争与伏打电池的发明 人物1：伽伐尼博士，著名的意大利生理学家，解剖学教授 人物2：伏打教授，意大利物理学家，伽伐尼的好友 伽伐尼即伽尔瓦尼。 22 1786年，解剖实验 1791年，伽伐尼发表了论文“论电对肌肉
15、运动的影响” 提出蛙和其他动物组织内存在着一种先天的生物电，这种电能够使神经 和肌肉运动。他还认为脑是分泌“电液”的器官，而神经是连接“电液”的 导体 生物电与化学电之争 1800 年，伏打冷静而坚定地阐述了自己的看法：蛙腿只是电流的传导者和 体验者，2 种不同金属的接触才是电流产生的本质和根本原因。不同金属 和液体接触会产生电位差。这些看法导致他发明了原电池。 伏打把自己的发现写成论文寄给英国皇家学会 管理论文发表的人居心不良，剽窃了伏打的科研成果 剽窃者名誉扫地，伏打却因此名气大增。 1801 年，伏打在法国科学院表演电流产生的实验。拿破仑一世亲赴 现场观看，并奖励伏打一枚金质奖章。伏打后来还发明了验电器储 电器和起电盘等 23 1836年，英国科学家丹尼尔对伏打电池进 行了改进-发明了世界上第一个实用电池， 并用于早期铁路的信号灯 最早的干电池是英国人赫勒森(Wilhelm Hellesen) 1887年发明的。 相对于液体电池而言，干电池的电解液为糊 状，不会溢漏，便于携带， 充电电池(蓄电池)是法国人普朗泰(Gaston Plante) 1860年发明的,用铅做电极的电池. 24 为了纪念伏打的功绩，1881 年,在国际电力学代表大会上决定将电动 势电位差电压的单位命名为“伏特”简称G伏7O当人们把伏特发明的 电池叫做伏打电池时，
