第七章 氧化还原与电极电位-2012.10.26

第七章 氧化还原反应和电极电势 Oxidation-Reduction Reaction and Electrode Potential

本章教学内容第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 氧化还原反应的实质 原电池 电极电势和原电池的电动势 电势法测定溶液的pH 生物传感器

教学目的与要求 能使用氧化值与氧化还原电对等概念解释氧化还原反应； 能够解释原电池原理，阐述电极电势产生原理，复述电动 势与Gibbs自由能的关系；

能够使用电极电势比较氧化剂和还原剂强弱、判断氧化还原反应方向与程度、计算原电池电动势。

重点：氧化值、氧化还原电对等概念，氧化还原反应的本质；影响电极电势的因素、电极电势的应用。 难点：电极电势的产生、电动势与Gibbs自由能。

国庆60周年阅兵式上亮相的我国自主研发的战斗机歼 11,像这样的高性能武器 都需要非常好的材料，要隐形又要超音速，这些材料的制备就涉及到氧化还原 反应的基本原理。

这是天宫一号发射 升空的场面，非常 壮观，火箭使用的 燃料很特殊，燃烧 剂是偏二甲肼，在 四氧化二氮中燃烧 后产生巨大能量推 动其升空。怎样提 高这些燃料的利用 率使其产生更大的 推力，仍然是我国 航天领域的一个关 键技术，而这正要 利用我们今天学习 的氧化还原反应的 一些基本原理。

遨游在太空的卫星所用的燃料电池如何提供持 续、高效的能源？

镁条在空气中燃烧

氢气还原氧化铜

金属的冶炼合成氨

电解法制烧碱

氧化还原反应广泛存在于生产生活中

干电池

手机锂电池

心脏起搏器电池

各种类型的干电池、锂电池、植入人体的电子 设备的电池产生电能的本质均是氧化还原反应。

氧化还原反应是动植物乃至人类赖以生 存的最基本的化学反应之一。

CO2

H2O

C6H12O6 葡萄糖

O2

神经传导

肌肉收缩

氧化还原能调控参与人体内多种生物学过程， 如神经传导、肌肉收缩等现象都与氧化还原产生

的膜电势直接关联。

氧化还原与电极电势有力支撑后续课程学习膜电势

动作电势

细胞

为什么细胞膜两侧会产生膜电势？ 为什么细胞受到阈上刺激时，会产生动作电势？

一、氧化值 二、氧化还原电对

一、 氧化值(oxidation number)氧化值 (数):是一个原子的荷电数，这种荷 电数是假定把每个化学键上的成键电子对

指定给吸引电子能力较强的原子而求得。

1. 确定元素原子氧化值的规则单质的氧化值为零 例如：O2、Cl2、S, Fe, Hg 各原子的氧化值均为0

在化合物中氧的氧化值一般为-2 例如：H2O,CaO,CH3OH 特例：H2O2中氧的氧化值-1;KO2 中为-1/2 在化合物中氢的氧化值一般为+1

特例：NaH、CaH2 氢的氧化

值为-1在一般化合物中

碱金属 +1卤 素 -1

碱土金属 +2

单原子离子的氧化值等于该离子的电荷数 Cl-,Na+,Ca2+,Al3+的氧化值 在多原子离子中各元素氧化值的代数和等 于此离子所带的电荷数 SO42-

MnO4-

Cr2O72-

中性分子中所有原子的氧化值代数和为零 例如：CH4、C2H4、C2H2

-4

-2

-1

氧化数不一定是整数。+8/3

Fe3O4

Na2S4O6

+5/2

例：确定下列化合物中S的氧化数(a) Na2S2O3 (b) K2S2O8 (c) S4O62- 。 解： 设题给化合物中S的氧化数依次为 x1~x3 (a) 2× (+1) + 2x 1+ 3× (-2) =0 (b) 2× (+1) + 2x 2 + 8× (-2) = 0 (c) 4(x 4) +6× (-2) = -2 x 1= +2 x 2= +7 x 4=+2.5