化学-氧化还原反应(1)

这是一个关于氧化还原反应(1)的思维导图，包含氧化还原反应的基本概念、原电池与电极电势、影响电极电势的因素等。

氧化还原反应

• 氧化还原反应的基本概念
  • 氧化数（氧化值）
    • 确定氧化数规则
      • 单质中元素的氧化数为零
      • 中性分子中，各元素氧化物的代数和为零。
      • 除了过氧化物，超氧化物等以外，氧的氧化数一般为-2
      • 氢在化合物中的氧化数一般为+1，仅在活泼金属氢化物 中氢的氧化数为-1
      • 碱金属 碱土金属在化合物中的氧化数分别为+1 +2； 氟的氧化数为-1，其他卤素除在含氧化合物和同电 负性更大的卤素形成卤素化合物外，一般都为-1
  • 氧化还原电对
    • 凡是由于电子的转移，而使 元素氧化数发生变化的反应，叫作氧化还原反应
      • 在氧化还原反应中，还原剂提供 电子，氧化剂获得电子，电子的 得与失同时发生
      • 氧化剂和还原剂是同一种物质的氧化 还原反应，称为自身氧化还原反应
      • 在自身氧化还原反应中，氧化数升高和 降低的是同一物质中的同一种元素，这 类氧化还原反应称为歧化反应。
      • 氧化还原反应中，电子的得与失同时发生， 与酸碱反应的酸碱共轭关系中质子传递相似， 氧化剂与还原剂的共轭关系是有电子转移。
  • 氧化还原反应方程式的配平
    • 氧化数法
      • 写出反应物和生成物的化学式。
      • 标出元素的氧化数变化，求出氧化数升降的数值。
      • 在氧化剂和还原剂化学式前乘以相应系数，使氧化剂氧化数降低与还原剂氧化数 升高的数值相等。
      • 配平氧化数未发生变化的原子数，检查化学方程式两边的原子数是否相等， 将箭头改为等号
    • 离子电子法
      • 能更清楚地指出在水溶液中进行氧化还原反应的本质。
• 原电池与电极电势
  • 原电池
    • 原电池的组成和工作原理
      • 概念∶利用氧化还原反应产生电流， 将化学能转变成电能的装置叫做原电池
      • 电子定向的从负极流向正极，形成电子流 （电子流的方向和电流方向正好相反）
      • 原电池由两个半电池组成（电极）和盐桥组成。
      • 原电池中，电子流出的一级（负极）发生了氧化 还原反应，电子流入的一级发生还原反应的为正极。
    • 电极的种类
      • 金属-金属离子电极
      • 非金属-非金属离子电极
      • 氧化-还原电极
      • 金属-金属难溶盐电极
    • 原电池的表示方法
      • 负极在左边，正极在右边，分别用（-）和（+）表示， 按实际顺序从左至右依次排列出各个相应的组成及相态。
      • 用单竖线表示相界面，用双竖线“‖”表示盐桥
      • 溶液注明浓度，气体注明气压
      • 若溶液中含有两种离子参加电极反应，可用逗号隔开， 电极中无导电物质的需补加惰性电极
    • 电动势与吉布斯自由能变的关系
      • 原电池的电动势等于原电池正 负电极间的电势差。 原电池的电动势可用电位差计测的。
      • 原电池使化学能转变成电能，是借助电子的流动产生电流 而做的电功。在恒温恒压下，原电池所做的最大电功等于 通过的电量与电池电动势的乘积。
  • 电极电势
    • 电极电势的产生
      • 原电池能够产生电流，说明原电池的两极之间有电势差存在，即每一个电极 都有自己一定的电势，称为电极电势。
    • 标准氢电极
    • 标准电极电势的测定
      • 组成电极的各物质均处于标准状态时的电极电势称为标准电极电势。
• 影响电极电势的因素
  • 能斯特方程
    • 能斯特方程，也称为能斯特方程式、能斯特公式，是由德国化学家与物理学家W.H.能斯特在1889年自 热力学推导出来的一种方程式。它表示电池电动势和参与电池反应的各物质活度的关系。
  • 浓度对电极电势的影响
    • 浓度对电极电势的影响主要表现在氧化型物质和还原型物质浓度变化对电极电势的影响。 对于氧化型物质，当其浓度增加时，电极电位会增大，其氧化能力也会增强。对于还原型物质， 当其浓度增加时，电极电位会降低，其还原能力会增强。 另外，在一定浓度的溶液中达到平衡后，还会在金属和溶液两相界面上形成了一个带相反电荷 的双电层。 此外，还可以根据能斯特方程来描述浓度对电极电势的影响。能斯特方程式描述了任意状态下 的电极电势与标准电极电势、温度和氧化态、还原态浓度的关系。电极电势的大小与电极的性 质、温度和溶液中的浓度有关。
  • 酸度对电极电势的影响
  • 沉淀反应及配位反应对电极电势的影响
    • 在电极反应中，溶液中的离子生成沉淀或生成配合我，都会使该离子浓度降低， 因此使电极电势发生改变，以致影响氧化剂还原剂的氧化和还原能力。
• 电极电势的应用
  • 判断氧化剂 还原剂的相对强弱
    • 电极电势的大小反映了氧化还原电对中氧化态得电子或还原态失电子能力的强弱。 电极电势大的氧化态物质相对于电极电势小的氧化态物质来说是更强的氧化剂。 电极电势小的还原态物质相对于电极电势大的还原态物质来说是更强的还原剂。
  • 判断氧化还原反应进行的方向
    • 电极电势大的氧化态物质作氧化剂，电极电势小的还原态物质作还原剂，生成电极电势 大的还原态物质和电极电势小的氧化态物质。
    • 一个氧化还原反应进行的方向，一定是正极的电极电势大于负极的电极电势。
    • 标准状态时，可直接用两个电对的标准电极电势判断反应的方向 若非标准状态，应首先用能斯特方程式计算电极电势的大小。
  • 选择合适的氧化剂和还原剂
    • 电极电势的大小是选择氧化剂或还原剂的依据
  • 判断氧化还原反应进行的程度
    • （氧化还原反应在达到平衡时，生成物相对浓度与反应物相对浓度之比）
  • 判断氧化还原反应的次序
    • 当一种还原剂能还原同时存在的几种氧化剂时，首先被还原的是最强的氧化剂， 最后被还原的是最弱的氧化剂。 当一种氧化剂能氧化同时存在的几种还原剂时，首先被氧化的是最强的还原剂， 最后被氧化的是最弱的还原剂。
  • 元素电势图及其应用