《氧化还原与电化学》课件

氧化还原与电化学导论氧化还原反应电化学氧化还原反应是化学反应中一种电化学是研究电子转移和化学能重要的类型，它涉及电子转移，与电能相互转化的一门学科，它是许多化学反应的基础在化学、生物学、材料科学等领域有着广泛的应用重要性氧化还原反应和电化学在自然界和人类社会中发挥着重要作用，如电池、电镀、腐蚀、电解等氧化还原反应电子转移氧化与还原氧化剂和还原剂123氧化还原反应的核心是电子的转移过氧化反应失去电子，还原反应得到电氧化剂接受电子，还原剂提供电子程子电子传递氧化还原反应1电子从还原剂转移到氧化剂电子传递过程2原子、分子或离子之间的电子转移氧化还原电位3衡量电子传递能力的指标半反应方程式氧化反应还原反应表示失去电子的过程，用“+”表示表示得到电子的过程，用“−”表示氧化数判断元素的氧化数判断氧化数氧化数是用来描述一个原子在化合物中失去或得到电子的数目可以使用以下规则来判断元素的氧化数•单质元素的氧化数为0•金属元素的氧化数一般为正数•非金属元素的氧化数一般为负数氧化还原反应类型化合反应分解反应置换反应复分解反应氧化还原反应中，一种元素被氧化还原反应中，一种元素被氧化还原反应中，一种元素被氧化还原反应中，一种元素被氧化，另一种元素被还原例氧化，另一种元素被还原例氧化，另一种元素被还原例氧化，另一种元素被还原例如，金属镁在氧气中燃烧生成如，氯酸钾分解生成氯化钾和如，锌与稀硫酸反应生成硫酸如，硫酸铜溶液与铁反应生成氧化镁，镁被氧化，氧气被还氧气，氯酸钾中的氯被还原，锌和氢气，锌被氧化，氢离子硫酸亚铁溶液和铜，铁被氧化原氧气被氧化被还原，铜离子被还原电子转移过程氧化剂1得到电子还原剂2失去电子电子转移3氧化剂与还原剂之间的相互作用电子转移过程是指氧化剂得到电子，而还原剂失去电子氧化剂和还原剂之间的相互作用导致电子从还原剂转移到氧化剂这个过程是氧化还原反应的核心，它决定了反应的发生方向和程度氧化还原电位定义物质发生氧化还原反应的趋势符号E单位伏特V影响因素物质本身性质、温度、浓度标准氧化还原电位01标准状态电极电势温度298K，压强

101.325kPa，所有在标准状态下，相对于标准氢电极的物质浓度为1mol/L电势23表应用常用氧化还原电位表，用于预测氧化电池设计、电解、电化学腐蚀等还原反应的可能性尼尔斯特方程公式应用E=E°+RT/nFlnQ预测不同条件下氧化还原反应的方向和平衡常数电池的工作原理化学反应电子流动电解质电池通过化学反应将化学能转化为电能电子从负极流向正极，形成电流电解质允许离子在电极之间移动，完成电路电池的分类一次电池二次电池不可充电，使用后需要更换可充电，可重复使用燃料电池通过化学反应产生电能电池的电动势定义影响因素电池的电动势是指电池在无电流通过的情况下，两极之间的电位电动势的大小取决于电池的正负极材料、电解质溶液的浓度和温差度电池的内阻电池内阻是指电池内部阻碍电流流动的阻力电池的容量定义电池在完全放电前所能提供的电量，通常用毫安时mAh或安培时Ah表示影响因素电极材料的性质、电解液的浓度、电池尺寸等计算公式容量=电流×时间电化学腐蚀反应金属腐蚀电化学腐蚀金属在周围环境中发生的化学或电化学反应导致金属材料破坏的金属表面形成微电池，发生氧化还原反应，金属原子失去电子，过程被氧化为离子，导致金属材料的破坏防腐蚀措施涂层保护电化学保护12通过涂覆防腐蚀涂层，如油漆利用电化学原理，通过阳极保、塑料或金属涂层，隔离金属护或阴极保护的方法，有效地表面与腐蚀性环境，形成保护抑制金属的腐蚀屏障合金化3通过添加其他金属元素，改变金属的化学成分，提高金属的耐腐蚀性能电解质溶液离子导体电解质电解质溶液是能够传导电流的溶电解质是指在溶液中能够解离成液，因为它们含有可移动的离子离子的物质，比如盐、酸和碱电解质溶液的性质电解质溶液的导电性取决于离子的浓度和迁移率电解质离子的迁移电场作用1在电场的作用下，带正电的阳离子向阴极移动，带负电的阴离子向阳极移动迁移速度2离子的迁移速度取决于离子的电荷、大小和溶液的粘度电解质类型3不同类型的电解质，其离子的迁移速度也不同，这会影响电解过程的效率电极电势的产生金属电极氢电极电池金属电极在溶液中会发生氧化或还原反应，氢电极是标准电极，其电势被定义为零电池是将化学能转化为电能的装置，其电势产生电势由不同电极的电势差决定法拉第定律电解定律法拉第常数电解过程中，电极上析出或溶解1摩尔电子的电量为96485库仑的物质的质量与通过电解池的电，称为法拉第常数量成正比电解池强制氧化还原阴阳极12通过外加直流电，使非自发氧连接电源正极的为阳极，发生化还原反应得以进行氧化反应；连接电源负极的为阴极，发生还原反应电解质溶液3提供离子，参与电极反应，使电路闭合电解过程的应用金属冶炼，例如铝的电解生产电池生产，例如锂离子电池的电解液制备电镀，在金属表面镀上一层其他金属水处理，例如电解法去除水中的杂质，以提高耐腐蚀性或美观电解工艺原理应用优势电解工艺利用直流电将化学能转化为电能电解工艺应用广泛，包括金属冶炼、电镀电解工艺具有高效、环保、可控性强的优，在电解池中进行电解反应，从而生产特、水处理、有机合成等领域势，成为现代工业的重要技术手段定物质或改变物质形态金属的电化学沉积电镀应用原理利用电解原理，将金属离子在阴极还原，提高金属制品耐腐蚀性、增强硬度、改善在电解池中，将待镀金属作为阴极，金属在金属制品表面沉积一层金属薄膜表面光泽、赋予特殊功能等盐溶液作为电解液，通电后，金属离子在阴极还原，形成金属薄膜沉积在阴极表面金属的电化学溶解金属阳极溶解电化学反应12金属在电解液中失去电子，形金属阳极溶解是电化学反应，成金属离子，进入溶液，即金受电极电势、溶液pH值、温度属阳极溶解等因素影响应用领域3电化学溶解广泛应用于金属的电化学抛光、蚀刻、表面处理等电化学分析技术电化学分析技术利用电化学原理和方电化学分析技术广泛应用于环境监测法，对物质进行定性、定量分析以及、食品安全、药物分析、材料科学、结构和性能研究生物化学等领域电化学分析技术具有高灵敏度、高选择性、快速、简便等优点电化学在新能源领域的应用电池太阳能氢能锂离子电池、燃料电池等电化学储能技光电化学电池利用太阳能直接转化为电电解水制氢技术利用电化学原理将水分术在电动汽车、便携式电子设备等领域能，为清洁能源发展提供了新的方向解为氢气和氧气，为氢能发展提供了关广泛应用键技术支撑电化学与环境保护电动汽车太阳能电池水处理利用电化学原理制成的电池，为电动汽车提电化学电池将太阳能转化为电能，为家居和电化学技术应用于废水处理，去除重金属和供清洁能源，减少尾气排放工业提供可持续能源其他污染物，保护水资源实验演示与展示通过生动直观的实验演示，可以让学生更深刻地理解氧化还原反应和电化学原理例如，可以用铜片和银片在硝酸银溶液中的反应，演示氧化还原反应的发生过程还可以用电解池演示电解过程，观察电解产物的生成。