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第四章
氧化还原反应和电化学
(共50张PPT)
第一节
氧化还原反应
第二节
原电池和化学电源
第三节
电解池
第三节
金属的电化学腐蚀与防护
第一节
Part One
氧化还原反应
氧化剂：所含元素得到电子(或电子对偏向)的反应物。
还原剂：所含元素失去电子(或电子对偏离)的反应物。
氧化剂
还原剂
口诀：氧价降
一、氧化还原反应
化合价降低
化合价升高
氧化产物：还原剂失去电子被氧化的产物
还原产物：氧化剂得到电子被还原的产物
CuSO4+Zn =ZnSO4+Cu
氧化剂
还原剂
氧化产物
还原产物
(元素化合价升高)生成物
(元素化合价降低)生成物
一、氧化还原反应
氧化剂+还原剂=氧化产物+还原产物
化合价降低，得到电子，被还原，发生还原反应
化合价升高，失去电子，被氧化，发生氧化反应
降得还原氧化剂 升失氧化还原剂
口诀
一、氧化还原反应
氧化剂具有氧化性
氧化性：物质得电子的性质或能力
还原性：物质失电子的性质或能力
即化合价降低的能力
即化合价升高的能力
还原剂具有还原性
一、氧化还原反应
氧化还原反应自发进行的方向，总是由氧化性较强的氧化剂与还原性较强的还原剂反应，生成还原性较弱的还原产物和氧化性较弱的氧化产物。
CuSO4+Zn =ZnSO4+Cu
氧化剂
还原剂
氧化产物
还原产物
Cu2+ 强于 Zn2+
还原性：
Zn 强于 Cu
氧化性：
一、氧化还原反应
二、半反应
氧化还原反应
氧化反应
还原反应
Zn -2e-=Zn2+
Cu2++2e- =Cu
氧化还原反应本质上
是两个半反应之间竞争电子的反应。
二、半反应
计算方法：MnO2＋4HCl(浓) ???△??????????MnCl2＋Cl2↑＋2H2O
?
电子转移个数的计算
得电子数等于失电子数——电子守恒
得电子数＝化合价降低的原子个数×化合价差值＝1×2e－＝2e－
(1代表化合价变化的Mn个数，2代表化合价差值)
失电子数＝化合价升高的原子个数×化合价差值＝2×1e－＝2e－(2代表化合价变化的Cl个数，1代表化合价差值)
三、氧化还原反应化学方程式的配平
氧化还原反应中，原子得失电子总数相等，元素化合价升降总数相等，即有关系式：
还原剂失电子的总数＝氧化剂得电子的总数。
元素化合价降低的总数＝元素化合价升高的总数。
应用：氧化还原反应方程式的配平，氧化还原反应的相关计算。
守恒规律
配平步骤：
① 标出化合价有变化的元素，以元素化合价升高和降低总数相等为原则，乘以适当的系数
MnO4- + Fe2+ + H+ = Mn2+ + Fe3+ + H2O
+7
+2
+2
+3
三、氧化还原反应化学方程式的配平
7-2=5
×1
3-2=1
×5
三、氧化还原反应化学方程式的配平
② 配平氧化剂、还原剂、还原产物和氧化产物
③ 配平其他物质
1 MnO4- + 5 Fe2+ + H+ = 1 Mn2+ + 5 Fe3+ + H2O
1 MnO4- + 5 Fe2+ + 8 H+ = 1 Mn2+ + 5 Fe3+ +4 H2O
第二节
Part two
原电池和化学电源
3、形成闭合回路
4、氧化还原反应能自发进行
2、两电极插入电解质溶液中
1、两个电极
原电池
一、原电池的工作原理
盐桥的作用
③避免电极与电解质溶液直接反应，相比单液原电池有利于最大程度地将化学能转化为电能。
①形成闭合回路。
②平衡两侧溶液的电荷，使溶液保持电中性。
双液电池的工作原理
CuSO4溶液
Zn
Cu
e-
Zn2+
Cu2+
Cl-
K+
ZnSO4溶液
e-
一、原电池的工作原理
一、原电池的工作原理
一、原电池的工作原理
注意：
①电子移动方向：从负极流出沿导线流入正极，电子不能通过电解质溶液。
②若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。
③若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜，阳离子可通过交换膜移向正极。
2、一般电极反应式的书写方法
(1)定电极，标得失。
电极产物在电解质溶液中应能稳定存在，如碱性介质中生成的H＋应让其结合OH－生成水。电极反应式要依据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平。
(2)看环境，配守恒。
按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。
二、原电池电极反应式书写
2、一般电极反应式的书写方法
电极反应式要依据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平。
复杂电极反应式＝总反应式－简单的电极反应式。
(3)两式加，验总式。
二、原电池电极反应式书写
三、干电池
碱性干电池比普通干电池性能好，单位质量所输出的电能多且储存时间长，适用于大电流和连续放电，是普通干电池的升级换代产品。
碱性锌锰干电池总反应式：
Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2
负极：
正极：
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
MnO2＋H2O＋e－===MnOOH ＋OH－
四、铅酸蓄电池
铅蓄电池
负极：
正极：
Pb+SO4 2--2e-=PbSO4
Pb
PbO2
硫酸溶液
电解质：
PbO2+SO42-+4H++2e- =PbSO4+ 2H2O
总反应：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4 +2H2O
放电过程中，
负极质量的变化是 ，电解质溶液pH的变化是 。
放电过程
增大
增大
四、铅酸蓄电池
铅蓄电池
阴极(发生还原反应)：
阳极(发生氧化反应)
PbSO4＋2e－===Pb＋SO42-
PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO42-
总反应：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4 +2H2O
充电过程
充电时，
铅蓄电池阳极与直流电源正极相连，阴极与直流电源负极相连。
五、锂离子电池
锂离子电池的工作原理示意图
电池总反应：LixC6＋Li(1-x)CoO2=LiCoO2＋6C
以钴酸锂-石墨锂电池为例
负极：
Li(1－x)CoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2
LixC6－xe－=6C＋xLi＋
正极：
氢燃料电池以氢气为燃料，氧气为氧化剂，铂金属做电极，质子交换膜（只允许 H+ 通过的高聚物）做电解质，提供离子通道。
六、氢燃料电池
氢氧燃料电池（碱性介质）
负极：氢气
正极： 氧气
电解质溶液：氢氧化钾溶液
电池总反应： 2H2 + O2 = 2H2O
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
碱性溶液电极反应式不能出现H＋
六、氢燃料电池
2H2 - 4e- === 4H+
O2 + 4H+ + 4e- === 2H2O
氢氧燃料电池（酸性介质）
负极：氢气
正极： 氧气
电解质溶液：硫酸
电池总反应： 2H2 + O2 =2 H2O
酸性溶液电极反应式不能出现OH－
六、氢燃料电池
第三节
Part three
电解池
与
电源负极相连
与
电源正极相连
电解质溶液或熔融电解质
①具有直流电源
②两个电极(阴极、阳极)
③电解质溶液或熔融电解质
④形成闭合回路
电解池的构成条件
一、电解池工作原理
电解CuCl2溶液
通电前：
CuCl2 == Cu2+ + 2Cl-
H2O H+ + OH-
向阴极迁移
向阳极迁移
通电时：
氧化反应
放电顺序
Cl- ＞ OH-
还原反应
Cu2＋ ＞H+
放电顺序
2Cl－－2e－==Cl2↑
Cu2＋＋2e－==Cu
一、电解池工作原理
电解池工作原理
示意图
电解质溶液或熔融电解质
阳离子移向电解池的阴极；
阴离子移向电解池的阳极。
阴极：
阳极：
发生还原反应
发生氧化反应
电子流向：
从电源负极流向电解池的阴极，从电解池的阳极流向电源的正极。
离子流向：
一、电解池工作原理
阴(极)得(e－)阳(极)失(e－)
电极反应规律
阴极
无论是惰性电极还是活泼电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。
阳离子放电顺序：
Ag＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋……
氧化性：
阴极发生还原反应，氧化性强的粒子优先放电
Ag＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋……
二、电解池的相关规律
电极反应规律
阳极
溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，或者电极材料本身失去电子被氧化而溶入溶液中。
其放电顺序：
活泼金属阳极>S2－>I－>Cl－>OH－>含氧酸根。
还原性：
阳极发生氧化反应，还原性强的粒子优先放电
活泼金属阳极>S2－>I－>Cl－>OH－>含氧酸根。
二、电解池的相关规律
思考
如何判断电解池阴、阳极？
二、电解池的相关规律
思考
如何判断电解时电极产物？
惰性电极为铂、金、石墨电极，活性电极(除铂、金、石墨电极之外的电极)在阳极时优先放电。
二、电解池的相关规律
电解NaCl溶液
通电前：
NaCl Na+ + Cl-
H2O H+ + OH-
向阴极迁移
向阳极迁移
通电时：
氧化反应
放电顺序
Cl- ＞ OH-
还原反应
H+ ＞Na+
放电顺序
2H2O＋2e－==H2↑+2OH－
2Cl－－2e－==Cl2↑
三、电解原理的应用——电解生产化工产品
交换膜的作用
隔离某些物质，防止发生化学反应。
能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
用于物质的制备（电解后溶液阴极区或阳极区得到所制备的物质）
用于物质的分离、提纯
1
2
3
4
三、电解原理的应用——电解生产化工产品
三、电解原理的应用——电镀
电镀锌
阴极铜钥匙表面析出一层光亮的白色物质
实验现象：
阳极锌片不断溶解
Zn－2e－===Zn2＋
Zn2＋＋2e－===Zn
阳极参与电极反应，电镀过程中相关离子的浓度、溶液pH等保持不变。
“一多”指阴极上有镀层金属沉积；
“一少”为阳极上有镀层金属溶解；
电镀过程中的“一多，一少，一不变”
“一不变”指电镀液(电解质溶液)的浓度不变。
三、电解原理的应用——电镀
Cu–2e- == Cu2+
Fe–2e- == Fe2+
阴极：放电顺序：
Cu2+ ＞ H+ ＞ Fe2+＞Zn2＋
阳极：放电顺序：
金属 ＞ OH- ＞ SO
2-
4
Zn－2e－== Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
三、电解原理的应用——电镀
电解质溶液浓度在电解前后不相等；
阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。
电解精炼过程中的“两不等”
三、电解原理的应用——电镀
2Cl－－2e－===Cl2↑
发生 反应
电解熔融氯化钠
2Na＋＋2e－===2Na
发生 反应
阴极：
阳极：
还原
氧化
三、电解原理的应用——电冶金
2NaCl(熔融)
通电
2Na + Cl2↑
工业制金属钠
总反应：
工业上活泼金属的制备通常用电解法。
MgCl2(熔融) Mg
Al2O3(熔融) Al
通电
通电
三、电解原理的应用——电冶金
第四节
Part three
金属的电化学腐蚀与防护
类别
项目　　
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
图形描述
?
?
负极
正极
总反应
Fe－2e－===Fe2＋
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
一、金属的电化学腐蚀
类别
项目　　
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
图形描述
?
?
后续反应
最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O)，反应如下：__________________ _，
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O
联系
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3
通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍
一、金属的电化学腐蚀
01
电解原理引起的腐蚀 ＞ 原电池原理引起的腐蚀 ＞ 化学腐蚀＞防腐措施的腐蚀
判断金属腐蚀快慢的规律
电解池的阳极＞原电池的负极＞化学腐蚀＞原电池的正极＞电解池的阴极
二、金属的电化学防护
二、金属的电化学防护
本章小结
氧化还原反应
电解池
不良反应
原电池和化学电源
电解池工作原理
电解池相关规律
电解原理的应用
原电池的工作原理
原电池电极反应式书写
干电池、铅酸蓄电池、 锂离子电池、氢燃料电池
氧化还原反应
半反应
氧化还原反应化学方程式的配平
金属的电化学腐蚀与防护
电化学腐蚀
电化学防护
谢谢观看
THANKS

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