基础化学-氧化还原反应

这是一篇关于基础化学-氧化还原反应的思维导图，主要内容有氧化还原反应基本概念、原电池、电极电势、直接电势法测量溶液pH。

Fundamental Chemistry Chapter four Redox reaction with electrode potential

• 氧化还原反应基本概念
  • 元素的氧化值(oxidation number)
    • 概念
      • 指某元素的一个原子的荷电数，该荷电数是假定把每一化学键中的电子指定给电负性更大的原子而求得的
    • 确定氧化值的规则
      • ①单质中，元素的氧化值为零。
      • ②在单原子离子中，元素的氧化值等于该离子所带的电荷数。
      • ③在大多数化合物中，氢的氧化值为+1；只有在金属氢化物中氢的氧化值为-1。
      • ④通常，氧在化合物中的氧化值为-2；但是在过氧化物中，氧的氧化值为-1，在氟的氧化物中，如OF2 和O2F2中，氧的氧化值分别为+2和+1。
      • ⑤中性分子中，各元素原子的氧化值的代数和为零，复杂离子的电荷等于各元素氧化值的代数和。
  • 氧化和还原
    • 氧化还原反应 （oxidation-reduction reaction）
      • 凡元素氧化值发生变化的反应
      • 类型
        • 一般氧化还原反应：电子转移发生在两个或多个物质之间
        • 自身氧化还原反应：电子转移发生在同一物质内的两个元素之间。
        • 歧化反应：电子得失发生在同一物质内同一元素的不同的原子之间。
      • 特点：在一个氧化还原反应中，失电子的物质，被氧化，是还原剂；得电子的物质，被还原，是氧化剂。且氧化剂得电子总数等于还原剂失电子的总数
        • 氧化—失电子的过程
        • 还原—得电子的过程
        • 氧化还原反应的本质——有电子得失。
      • 氧化还原电对
        • ①高氧化数物质写在左，低氧化数写在右面
        • ②高氧化数对应物质称氧化型物质，低氧化数对应物质称还原型物质
        • 同一元素两个不同氧化值的物质
  • 氧化还原反应方程式配平
    • 配平原则
      • ①物质守恒：反应前后各元素原子组成一致。
      • ②电荷守恒：氧化剂得电子数等于还原剂失电子数。
    • 配平方法
      • 氧化值法
      • 离子-电子法（半反应法）
    • 配平步骤
      • ①用离子式写出主要反应物和产物(气体、纯液体、固体和弱电解质则写分子式)。
      • ②分别写出氧化剂被还原和还原剂被氧化的半反应。
      • ③分别配平两个半反应方程式，等号两边的各种元素的[首先]原子数配平，然后电荷数配平
      • ④将两个半反应方程式中各项分别乘以相应的系数，使得、失电子数目相同。然后，两者合并，就得到了配平的氧化还原反应的离子方程式。
    • 在配平半反应式,如果反应物、生成物所含氧原子数不等时, 可根据介质的酸碱性条件来配平
      • 酸性介质：多n个O加2n个H+，另一边加n个H2O
      • 碱性介质：多n个O加n个H2O，另一边加2n个OH–
      • 中性介质：
        • 左边少n个O加n个H2O，右边加2n个H+
        • 左边多n个O加n个H2O，右边加2n个OH –
• 原电池
  • 概念
    • 将氧化还原反应的化学能转化为电能的装置称为原电池
    • 电极反应
      • 氧化型物质与还原型物质在一定条件下通过电子转移而相互转化的关系
    • 电池反应
      • 原电池两极所发生的总的氧化还原反应
  • 原电池组成
    • 电极
      • 负极（氧化反应）
      • 正极（还原反应）
    • 电解质
    • 盐桥
      • 组成
        • 一般为充满琼脂与饱和KCl（也可用KNO3或NH4Cl）溶液制成的胶冻
      • 功能
        • 平衡两边正负电荷
        • 维持两边半电池的电中性
        • 构建电流通路，消除液接电势
  • 原电池符号
    • 负极写左边，（-） 正极写右边，（+）
    • 相界面 | 盐桥 || 不同物质 ，
    • 各离子注明活度，活度很小时可用浓度表示，气体注明分压，注在括号内
    • 电极不含金属电极导体时，外加一惰性电极导体
    • 纯气体、液体或固体紧靠电极板或惰性电极
• 电极电势
  • 电极电势基本概念
    • electrode potential（E）金属表面的电势与溶液本身的电势之差
  • 原电池电动势
    • 通过原电池的电流趋向于零时，两电极间的最大电势差值称为原电池电动势
  • 标准电极电势
    • 标准氢电极 （standard hydrogen electrode）
      • 298.15K 海绵状铂黑电极 氢离子活度1.0 mol/L 标准压力100kPa纯氢气
      • 电极电势0.0000V
    • 标准状态下待测电极与标准氢电极组成一个原电池，测得该原电池的电池电动势
    • • 值越大氧化能力越强，反之还原能力越强
  • 影响电极电动势的因素
    • 能斯特方程
      • 简化式，将RT/F用0.05916代替
    • 影响因素及应用
      • 浓度
      • 生成弱电解质
      • 体系酸碱度
      • 生成难溶电解质
      • 生成配合物
  • 电极电势的应用
    • 应用
      • 判断氧化剂还原剂的相对强弱
        • E越高，氧化能力越强
        • E越低，还原能力越强
      • 判断氧化还原反应进行的方向
      • 判断氧化还原反应进行的程度
    • 元素标准电极电势图的应用
      • 应用
        • 判断歧化反应是否可以发生
        • 计算未知电对的标准电极电势
• 直接电势法测量溶液pH
  • 参比电极
    • 甘汞电极
      • 饱和甘汞电极：0.2412V
    • 氯化银电极
      • 饱和氯化银电极：0.197V
  • 指示电极
    • pH指示电极
      • 氢电极
      • 玻璃电极
      • 复合电极
• chapter1~10
  • Chapter1、2、3
    • Chemical Thermodynamics & Chemical Kinetics
  • Chapter5、6
    • Dilute solution & solution system
  • Chapter4，6，7，10
    • Four reaction balances
      • Redox reaction with electrode potential
  • Chapter8~9
    • Principles of Inorganic Chemistry