資源簡介

第四章
氧化還原反應和電化學
(共50張PPT)
第一節
氧化還原反應
第二節
原電池和化學電源
第三節
電解池
第三節
金屬的電化學腐蝕與防護
第一節
Part One
氧化還原反應
氧化劑：所含元素得到電子(或電子對偏向)的反應物。
還原劑：所含元素失去電子(或電子對偏離)的反應物。
氧化劑
還原劑
口訣：氧價降
一、氧化還原反應
化合價降低
化合價升高
氧化產物：還原劑失去電子被氧化的產物
還原產物：氧化劑得到電子被還原的產物
CuSO4+Zn =ZnSO4+Cu
氧化劑
還原劑
氧化產物
還原產物
(元素化合價升高)生成物
(元素化合價降低)生成物
一、氧化還原反應
氧化劑+還原劑=氧化產物+還原產物
化合價降低，得到電子，被還原，發生還原反應
化合價升高，失去電子，被氧化，發生氧化反應
降得還原氧化劑 升失氧化還原劑
口訣
一、氧化還原反應
氧化劑具有氧化性
氧化性：物質得電子的性質或能力
還原性：物質失電子的性質或能力
即化合價降低的能力
即化合價升高的能力
還原劑具有還原性
一、氧化還原反應
氧化還原反應自發進行的方向，總是由氧化性較強的氧化劑與還原性較強的還原劑反應，生成還原性較弱的還原產物和氧化性較弱的氧化產物。
CuSO4+Zn =ZnSO4+Cu
氧化劑
還原劑
氧化產物
還原產物
Cu2+ 強于 Zn2+
還原性：
Zn 強于 Cu
氧化性：
一、氧化還原反應
二、半反應
氧化還原反應
氧化反應
還原反應
Zn -2e-=Zn2+
Cu2++2e- =Cu
氧化還原反應本質上
是兩個半反應之間競爭電子的反應。
二、半反應
計算方法：MnO2＋4HCl(濃) ???△??????????MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
?
電子轉移個數的計算
得電子數等于失電子數——電子守恒
得電子數＝化合價降低的原子個數×化合價差值＝1×2e－＝2e－
(1代表化合價變化的Mn個數，2代表化合價差值)
失電子數＝化合價升高的原子個數×化合價差值＝2×1e－＝2e－(2代表化合價變化的Cl個數，1代表化合價差值)
三、氧化還原反應化學方程式的配平
氧化還原反應中，原子得失電子總數相等，元素化合價升降總數相等，即有關系式：
還原劑失電子的總數＝氧化劑得電子的總數。
元素化合價降低的總數＝元素化合價升高的總數。
應用：氧化還原反應方程式的配平，氧化還原反應的相關計算。
守恒規律
配平步驟：
① 標出化合價有變化的元素，以元素化合價升高和降低總數相等為原則，乘以適當的系數
MnO4- + Fe2+ + H+ = Mn2+ + Fe3+ + H2O
+7
+2
+2
+3
三、氧化還原反應化學方程式的配平
7-2=5
×1
3-2=1
×5
三、氧化還原反應化學方程式的配平
② 配平氧化劑、還原劑、還原產物和氧化產物
③ 配平其他物質
1 MnO4- + 5 Fe2+ + H+ = 1 Mn2+ + 5 Fe3+ + H2O
1 MnO4- + 5 Fe2+ + 8 H+ = 1 Mn2+ + 5 Fe3+ +4 H2O
第二節
Part two
原電池和化學電源
3、形成閉合回路
4、氧化還原反應能自發進行
2、兩電極插入電解質溶液中
1、兩個電極
原電池
一、原電池的工作原理
鹽橋的作用
③避免電極與電解質溶液直接反應，相比單液原電池有利于最大程度地將化學能轉化為電能。
①形成閉合回路。
②平衡兩側溶液的電荷，使溶液保持電中性。
雙液電池的工作原理
CuSO4溶液
Zn
Cu
e-
Zn2+
Cu2+
Cl-
K+
ZnSO4溶液
e-
一、原電池的工作原理
一、原電池的工作原理
一、原電池的工作原理
注意：
①電子移動方向：從負極流出沿導線流入正極，電子不能通過電解質溶液。
②若有鹽橋，鹽橋中的陰離子移向負極區，陽離子移向正極區。
③若有交換膜，離子可選擇性通過交換膜，如陽離子交換膜，陽離子可通過交換膜移向正極。
2、一般電極反應式的書寫方法
(1)定電極，標得失。
電極產物在電解質溶液中應能穩定存在，如堿性介質中生成的H＋應讓其結合OH－生成水。電極反應式要依據電荷守恒和質量守恒、得失電子守恒等加以配平。
(2)看環境，配守恒。
按照負極發生氧化反應，正極發生還原反應，判斷出電極反應產物，找出得失電子的數量。
二、原電池電極反應式書寫
2、一般電極反應式的書寫方法
電極反應式要依據電荷守恒和質量守恒、得失電子守恒等加以配平。
復雜電極反應式＝總反應式－簡單的電極反應式。
(3)兩式加，驗總式。
二、原電池電極反應式書寫
三、干電池
堿性干電池比普通干電池性能好，單位質量所輸出的電能多且儲存時間長，適用于大電流和連續放電，是普通干電池的升級換代產品。
堿性鋅錳干電池總反應式：
Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2
負極：
正極：
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
MnO2＋H2O＋e－===MnOOH ＋OH－
四、鉛酸蓄電池
鉛蓄電池
負極：
正極：
Pb+SO4 2--2e-=PbSO4
Pb
PbO2
硫酸溶液
電解質：
PbO2+SO42-+4H++2e- =PbSO4+ 2H2O
總反應：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4 +2H2O
放電過程中，
負極質量的變化是 ，電解質溶液pH的變化是 。
放電過程
增大
增大
四、鉛酸蓄電池
鉛蓄電池
陰極(發生還原反應)：
陽極(發生氧化反應)
PbSO4＋2e－===Pb＋SO42-
PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO42-
總反應：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4 +2H2O
充電過程
充電時，
鉛蓄電池陽極與直流電源正極相連，陰極與直流電源負極相連。
五、鋰離子電池
鋰離子電池的工作原理示意圖
電池總反應：LixC6＋Li(1-x)CoO2=LiCoO2＋6C
以鈷酸鋰-石墨鋰電池為例
負極：
Li(1－x)CoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2
LixC6－xe－=6C＋xLi＋
正極：
氫燃料電池以氫氣為燃料，氧氣為氧化劑，鉑金屬做電極，質子交換膜（只允許 H+ 通過的高聚物）做電解質，提供離子通道。
六、氫燃料電池
氫氧燃料電池（堿性介質）
負極：氫氣
正極： 氧氣
電解質溶液：氫氧化鉀溶液
電池總反應： 2H2 + O2 = 2H2O
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
堿性溶液電極反應式不能出現H＋
六、氫燃料電池
2H2 - 4e- === 4H+
O2 + 4H+ + 4e- === 2H2O
氫氧燃料電池（酸性介質）
負極：氫氣
正極： 氧氣
電解質溶液：硫酸
電池總反應： 2H2 + O2 =2 H2O
酸性溶液電極反應式不能出現OH－
六、氫燃料電池
第三節
Part three
電解池
與
電源負極相連
與
電源正極相連
電解質溶液或熔融電解質
①具有直流電源
②兩個電極(陰極、陽極)
③電解質溶液或熔融電解質
④形成閉合回路
電解池的構成條件
一、電解池工作原理
電解CuCl2溶液
通電前：
CuCl2 == Cu2+ + 2Cl-
H2O H+ + OH-
向陰極遷移
向陽極遷移
通電時：
氧化反應
放電順序
Cl- ＞ OH-
還原反應
Cu2＋ ＞H+
放電順序
2Cl－－2e－==Cl2↑
Cu2＋＋2e－==Cu
一、電解池工作原理
電解池工作原理
示意圖
電解質溶液或熔融電解質
陽離子移向電解池的陰極；
陰離子移向電解池的陽極。
陰極：
陽極：
發生還原反應
發生氧化反應
電子流向：
從電源負極流向電解池的陰極，從電解池的陽極流向電源的正極。
離子流向：
一、電解池工作原理
陰(極)得(e－)陽(極)失(e－)
電極反應規律
陰極
無論是惰性電極還是活潑電極都不參與電極反應，發生反應的是溶液中的陽離子。
陽離子放電順序：
Ag＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋……
氧化性：
陰極發生還原反應，氧化性強的粒子優先放電
Ag＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋……
二、電解池的相關規律
電極反應規律
陽極
溶液中還原性強的陰離子失去電子被氧化，或者電極材料本身失去電子被氧化而溶入溶液中。
其放電順序：
活潑金屬陽極>S2－>I－>Cl－>OH－>含氧酸根。
還原性：
陽極發生氧化反應，還原性強的粒子優先放電
活潑金屬陽極>S2－>I－>Cl－>OH－>含氧酸根。
二、電解池的相關規律
思考
如何判斷電解池陰、陽極？
二、電解池的相關規律
思考
如何判斷電解時電極產物？
惰性電極為鉑、金、石墨電極，活性電極(除鉑、金、石墨電極之外的電極)在陽極時優先放電。
二、電解池的相關規律
電解NaCl溶液
通電前：
NaCl Na+ + Cl-
H2O H+ + OH-
向陰極遷移
向陽極遷移
通電時：
氧化反應
放電順序
Cl- ＞ OH-
還原反應
H+ ＞Na+
放電順序
2H2O＋2e－==H2↑+2OH－
2Cl－－2e－==Cl2↑
三、電解原理的應用——電解生產化工產品
交換膜的作用
隔離某些物質，防止發生化學反應。
能選擇性的通過離子，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。
用于物質的制備（電解后溶液陰極區或陽極區得到所制備的物質）
用于物質的分離、提純
1
2
3
4
三、電解原理的應用——電解生產化工產品
三、電解原理的應用——電鍍
電鍍鋅
陰極銅鑰匙表面析出一層光亮的白色物質
實驗現象：
陽極鋅片不斷溶解
Zn－2e－===Zn2＋
Zn2＋＋2e－===Zn
陽極參與電極反應，電鍍過程中相關離子的濃度、溶液pH等保持不變。
“一多”指陰極上有鍍層金屬沉積；
“一少”為陽極上有鍍層金屬溶解；
電鍍過程中的“一多，一少，一不變”
“一不變”指電鍍液(電解質溶液)的濃度不變。
三、電解原理的應用——電鍍
Cu–2e- == Cu2+
Fe–2e- == Fe2+
陰極：放電順序：
Cu2+ ＞ H+ ＞ Fe2+＞Zn2＋
陽極：放電順序：
金屬 ＞ OH- ＞ SO
2-
4
Zn－2e－== Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
三、電解原理的應用——電鍍
電解質溶液濃度在電解前后不相等；
陰極增加的質量和陽極減少的質量不相等。
電解精煉過程中的“兩不等”
三、電解原理的應用——電鍍
2Cl－－2e－===Cl2↑
發生 反應
電解熔融氯化鈉
2Na＋＋2e－===2Na
發生 反應
陰極：
陽極：
還原
氧化
三、電解原理的應用——電冶金
2NaCl(熔融)
通電
2Na + Cl2↑
工業制金屬鈉
總反應：
工業上活潑金屬的制備通常用電解法。
MgCl2(熔融) Mg
Al2O3(熔融) Al
通電
通電
三、電解原理的應用——電冶金
第四節
Part three
金屬的電化學腐蝕與防護
類別
項目　　
析氫腐蝕
吸氧腐蝕
圖形描述
?
?
負極
正極
總反應
Fe－2e－===Fe2＋
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
一、金屬的電化學腐蝕
類別
項目　　
析氫腐蝕
吸氧腐蝕
圖形描述
?
?
后續反應
最終生成鐵銹(主要成分為Fe2O3·xH2O)，反應如下：__________________ _，
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O
聯系
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3
通常兩種腐蝕同時存在，但后者更普遍
一、金屬的電化學腐蝕
01
電解原理引起的腐蝕 ＞ 原電池原理引起的腐蝕 ＞ 化學腐蝕＞防腐措施的腐蝕
判斷金屬腐蝕快慢的規律
電解池的陽極＞原電池的負極＞化學腐蝕＞原電池的正極＞電解池的陰極
二、金屬的電化學防護
二、金屬的電化學防護
本章小結
氧化還原反應
電解池
不良反應
原電池和化學電源
電解池工作原理
電解池相關規律
電解原理的應用
原電池的工作原理
原電池電極反應式書寫
干電池、鉛酸蓄電池、 鋰離子電池、氫燃料電池
氧化還原反應
半反應
氧化還原反應化學方程式的配平
金屬的電化學腐蝕與防護
電化學腐蝕
電化學防護
謝謝觀看
THANKS

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