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大学化学氧化还原反应思维导图

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上海交通大学《普通化学》课本第六章氧化还原反应思维导图

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思维导图大纲

氧化还原反应思维导图模板大纲

氧化还原反应和氧化数

氧化数

概念:化合物中某元素所带的形式电荷的数值

确定元素氧化数的五条规则

氧化还原反应

氧化:氧化数升高的过程

还原:氧化数降低的过程

氧化剂:反应中得电子、氧化数降低的物质

还原剂:反应中失电子、氧化数升高的物质

原电池及其表示方法

原电池

概念

将化学能直接转变为电能的装置,利用自发的氧化还原反应做电功

铜锌原电池(Daniell电池)

锌半电池为负极,铜半电池为正极

离子—电子配平法

电极反应式

考虑加入或 并同时加入使电极反应式平衡

配平步骤

(1)写出并分别配平氧化半反应和还原半反应

(2)根据氧化剂得电子数等于还原剂失电子数的原则,给(1)中两式添加合适系数并相加使两边电子消去,再将两个半反应式加和为一个配平的离子方程式

原电池的表示方法

电极的分类(按照材料性质)

金属-金属离子电极

将金属置于含有同种金属离子的溶液中所构成的电极

气体-离子电极

由气体及其含有相应离子的溶液组成

金属-金属难溶盐或氧化物-阴离子电极

将金属表面涂以该金属的难溶盐(或氧化物),然后将它浸在与该盐具有相同阴离子的溶液中

其他电极

 将金属Pt或石墨等惰性电极插入到含有同一种金属的不同价离子的溶液中所组成的电极

用电池符号表示原电池

例:(锌铜原电池)

化学电池

一次电池(原电池)

锌锰干电池

锌筒外壳为负极,石墨棒为正极,石墨棒裹上一层和炭粉的混合物     

电解液:、、淀粉和一定量水加热调制成的糊浆

优点:容量更高,能大电流放电,放电电压稳定

银锌电池

为负极,正极为和石墨混合而成的膏状物     

电解液:浓KOH溶液

优点:质量轻、体积小,常制成纽扣电池,用于电子手表和计算器

锌汞电池

氧化汞为正极活性物质,汞齐化的锌粉为负极活性物质

电解液:KOH溶液

优点:电荷体积密度高,电压稳定,主要用于自动曝光照相机、助听器、医疗仪器及一些军事装备中

锂电池

锂金属或锂合金为负极,正极可采用多种材料

电解质:非水电解质溶液(金属锂与水反应剧烈)

负极反应:

优点:放电电压平缓,适用作集成电路电源

二次电池(蓄电池)

铅蓄电池

总反应: 

优点:工作电压稳定,价格便宜,常用作汽车的启动电源

缺点:太笨重,电极物质有毒性

镍氢电池

正极活性物质:氢氧化镍等含镍化合物;                            负极活性物质:能够储氢的金属(称为贮氢合金,用M表示)

电解液:KOH水溶液

锂离子电池

优点:高效、安全,广泛应用于手机、笔记本电脑、数字照相机等个人数码产品

燃料电池

通过燃料和氧化剂的电化学反应产生电能并副产热能,主要以氢为燃料,也可采用甲醇等燃料,以氧为氧化剂

金属的腐蚀与防护

金属腐蚀的分类

化学腐蚀

指金属在高温下与腐蚀性气体或非电解质直接发生化学作用而引起破坏的现象

电化学腐蚀

由于金属与电解质溶液接触而发生原电池反应(比化学腐蚀更普遍、危害性更大)

析氢腐蚀

吸氧腐蚀

金属腐蚀的防护(从金属与介质两方面考虑)

组成金属合金

既能改变金属活泼性,又能改善金属的使用性能

隔离金属与介质

在金属表面覆盖各种保护层,把被保护金属与腐蚀性介质隔开

油漆、塑料、搪瓷和矿物性油脂等非金属保护涂层

用耐腐蚀的金属(如锌、锡、镍、铬等)或合金覆盖

缓蚀剂法

电化学保护法

外加阳极,保护阴极金属(阴极保护法)

牺牲阳极保护法

常用于保护海轮外壳,海水中的各种金属设备、构件和巨型设备(如贮油罐)以及石油管路腐蚀的防护

外加电流法

主要用于防止土壤、海水以及河水中金属设备的腐蚀

电极电势

标准电极电势

概念:由于异性电荷相互吸引,金属与金属离子溶液间会形成双电层,从而产生电势差,这种电势差称为金属的电极电势()。原电池的电动势等于正极的电极电势减去负极的电极电势(E=)

标准氢电极

标准氢电极的电极电势为0V,其他电极的电极电势都是相对于标准氢电极而得到的相对值

电极电势的高低表明了电对物质得失电子的难易

电极电势代数值越高,代表电对中氧化态物质的氧化能力越强

电极电势的代数值越低,代表电对中还原态物质的还原能力越强

使用电极电势表的3点注意事项

原电池的热力学与能斯特方程

相关公式

原电池的热力学

标准电动势与氧化还原反应的平衡常数

能斯特方程

对反应aA+bB=yY+zZ

对半反应a氧化态+ne→b还原态

2点注意事项

电极电势的应用

(1)判断氧化还原进行的方向并计算电动势

(2)判断氧化剂和还原剂的相对强弱以选择合适的氧化剂和还原剂

电解及其应用 

电解池

利用直流电通过电解质溶液(或熔融液)而引起氧化还原反应,将电能转变为化学能的过程称为电解,其装置称为电解池

分解电压

概念:能使电解开始并顺利进行所必需的最小外加电压

影响分解电压的因素:主要取决于被电解物质的本性,也与其浓度、温度等因素有关

实际分解电压通常总是大于理论分解电压,主要因为电极的极化作用

浓差极化

电化学极化

电解产物的一般规律

(1)阳极产物

采用除Pt,Au之外的可溶性金属阳极时,金属优先失电子

采用石墨等惰性材料,如电解质溶液中含等简单离子,则他们优先失电子,阳极产物为单质S或卤素               

采用石墨等惰性材料,电解含氧酸盐水溶液时,失电子,阳极产物通常是     

(2)阴极产物

电解电极电势代数值大于标准氢电极的不活泼金属盐溶液时,金属离子首先得电子,阴极产物为金属

电解电极电势代数值小于Al(包括Al)的活泼金属盐溶液时,得电子生成        

电解不太活泼的金属(如Zn、Fe、Sn、Pb、Ni、Cd)盐溶液时,往往是金属离子优先放电而得到金属单质

电冶金

概念:利用电解的原理从矿石中将金属单质还原出来的过程称为电冶金(主要用于Na、Mg、Al等活泼金属的冶炼)

Al的冶炼过程

以石墨为阳极,有石墨衬底的钢为阴极,电解 

将溶于熔融的冰晶石()以降低其熔点       

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