电化学基础

这是一篇关于电化学基础的思维导图，主要内容包括：氧化还原反应，原电池、电池电动势与电极电势，电动势与电极电势的应用，电解与金属防腐，电池类型。

电化学基础

• 氧化还原反应
  • 化学反应前后，元素的氧化数有变化的一类反应，由氧化半反应和还原半反应两部分构成
  • 氧化值
    • 物质中的原子得失的电子数货或用电子对偏移的数目，或者是化合物中某个原子的表观电荷数
    • 规则
      • 单质氧化数为零
      • 离子型化合物中，元素原子的氧化数等于该原子的离子电荷
      • 分子或离子的总电荷数等于各元素氧化数的代数和，分子总电荷数等于零
      • 有机化合物中碳原子的氧化值计算规则
        • 一般氢是正一，氧是负二，氮是负三，卤原子是负一
    • 和化合价的异同
      • 氧化值为形式电荷，化合价为成键能力，可形成化合价的数目
      • 化合价分为电价和共价
        • 电价和离子键相对应，一种元素的原子，失去电子为正价，得到电子为负价，价数等于得失电子数
        • 共价与共价键相对应，在数值上等于原子间的共用电子对数或共价键数
      • 氧化数可以为分数，化合价不可以
  • 氧化还原反应方程式配平
    • 氧化数法
    • 半反应法
      • 只能用于水溶液中的氧化还原反应
• 原电池、电池电动势与电极电势
  • 原电池
    • 将化学能转变为电能的装置
      • 使自发的化学反应做电功的装置
    • 组成
      • 电极
        • 阳极（氧化反应）（原电池中，阳极是负极；电解池中，阳极与电源正极相连）
        • 阴极（还原反应）
        • 类型
          • 金属电极（金属浸入含有该金属离子的溶液中）或气体电极（气体单质与相应离子组成的可逆电极，需要惰性电极）
          • 难溶盐电极（金属表面覆盖一薄层该金属难溶盐，然后浸入含有该难溶盐的负离子的溶液中——如Ag-AgCl电极、甘汞电极[Pt(s)|Hg(l)|Hg2Cl2(s)|Cl-(c)]，）难溶氧化物（金属表面覆盖一薄层该金属氧化物，然后浸在含氢离子或氢氧根的溶液中——如HgO电极）
            • 饱和甘汞电极在一定温度下，当KCl溶液中氯离子浓度固定时，电极电位是定值，可以做参比电极
          • 氧化还原电极
          • 玻璃电极
            • 氢离子响应电极——玻璃膜内外两侧氢离子浓度不相等，构成浓差电势
      • 盐桥
        • 沟通电流回路
        • 降低液接电势
          • 液接电位：在两种组成不同或浓度不同的溶液接触界面 上，由于溶液中正负离子扩散通过界面的迁移率不相等， 破坏界面上的电荷平衡，形成双电层，产生一个电位差
    • 符号
      • （-）电极|固相或液相|溶液相||溶液相|固相或液相|电极（+）
      • 同相物质之间用“，”隔开，异相物质用“|”隔开
    • 设计原电池
      • 条件
        • 当自发反应能够被拆分成两个空间分离、并且包含电子转移的电极过程时，才可能被设计成原电池
  • 电极电势
    • 原电池电动势
      • 电子自发地从一个物种流向另一个物种——并通过导线从伏打电池的阳极流向阴极——这是由于电势能的差异，或者说电势差
      • 产生电势差的原因
        • 双电层理论
          • 当任何一种金属片插入到水中，金属表面的一些原子受到溶剂水分子的吸引，发生水合作用并形成水合离子而进入溶液中，将电子留在金属上，金属因失去金属离子而带负电荷，溶液带正电荷
          • 溶液中金属离子又能与金属上的电子结合形成金属原子，沉积到金属表面
          • 溶解和沉积速率相等时，达到动态平衡，这样金属和溶液中因为电荷不均而产生了电势差
          • 若金属表面带负电荷，附近溶液中的正离子就会被吸引而集中在金属表面附近，金属表面的电荷层和溶液中的反号电荷层，形成了双电层
            • 双电层结构中的溶液一侧，由于离子的热运动而呈现一种梯次分布，溶液中靠金属比较近的为紧密层，扩散到溶液中的为扩散层
            • 从金属表面与溶液接触处开始到溶液本体间的电势差（内电势之差）=紧密层电势加扩散层电势
            • 内电势之差=外电势之差加表面电势之差
              • 表面电势之差不可测，故单一电极的电势绝对值不可测，只能以标准电极为基准测相对值
    • 电极电势
      • 衡量电极得失电子能力E（氧化态/还原态）
      • 电极反应通式：氧化态+ne- 可逆等于 还原态
      • 与电池反应书写无关，与得失电子数目无关
      • 电极电势越大，氧化性物质得电子趋势越大，越易被还原 电极电势越小，还原态物质失电子趋势越大，越易被氧化
    • 标准电极电势
      • 当电极中参加反应的各物质均处于标准态时，则该电极的电极电势称为标准电极电势
• 电动势与电极电势的应用
• 电解与金属防腐
• 电池类型