氧化还原反应和电极过程

氧化还原反应是氧化还原化学反应，其中反应物的氧化态发生变化。术语“氧化还原”是指还原-氧化过程。所有的氧化还原反应都可以分为两种类型的反应：还原和氧化。在氧化还原反应或氧化还原过程中，氧化和还原反应总是同时发生。氧化剂是在化学过程中被还原的物质，而还原剂是被氧化的物质。

原电池/伏打电池

原电池，也称为伏打电池，是一种通过氧化还原反应或氧化还原过程产生电能的电化学电池。

伏打电池由两个执行还原或氧化过程的半电池组成。左右半电池是两个半电池。浸入硫酸铜 (II) 溶液中的铜金属棒/条形成右半电池，而浸入硫酸锌溶液中的锌金属棒/条形成左半电池。金属条称为电极，它们在电路中充当导体。它有助于将电子从条带传输到浸渍它们的电解质溶液。

上图中的两个电极通过金属线连接。使用开关打开和关闭电路。连接两半（半电池）的多孔膜有助于电路的完成。以锌铜电池为例是演示伏打电池电化学过程的最佳方式。那么，让我们来看看锌铜氧化还原过程。

锌和铜的氧化还原过程（氧化和还原反应）

上图中的两个电极通过金属线连接。使用开关打开和关闭电路。连接两半（半电池）的多孔膜有助于电路的完成。以锌铜电池为例是演示伏打电池电化学过程的最佳方式。那么，让我们来看看锌铜氧化还原过程。

（阳极）氧化半反应

Zn(s) → Zn ²⁺ +2e ^–

（阴极）还原半反应

Cu ²⁺ +2e ^– → Cu(s)

为了制造金属铜，锌会失去被铜离子捕获的电子。锌和铜之间的整个氧化还原反应是：

Cu ²⁺ +Zn(s) → Cu(s)+Zn ²⁺

观察了锌和铜电池中的氧化还原过程。

由于锌在活性系列中的排名高于铜并且比铜更容易被氧化，因此锌电极用作原电池中的阳极。

Zn(s) → Zn ²⁺ +2e ^–

由于锌金属的损失，锌阳极逐渐降解，而锌离子的浓度由于阳极产生电子而增加。

电子通过外部导线从锌阳极传输到铜电极，在此与溶液中的铜离子反应生成金属铜。

Cu ²⁺ +2e ^– → Cu(s)

还原发生在阴极，它是一个铜电极。由于铜金属的产生，阴极的质量会增加，而铜 (II) 离子的浓度会降低。

离子穿过膜的运动有助于细胞的中性。

丹尼尔·赛尔

电化学/伏打电池与丹尼尔电池相同。它由浸入硫酸锌溶液的锌棒和浸入硫酸铜溶液的铜棒组成。盐桥将两种溶液连接在一起。锌和铜的两个半电池将经历氧化和还原形成氧化还原对。 Daniel电池中的氧化还原对是Zn ²⁺ /Zn和Cu ²⁺ /Cu。

在氧化还原对中，存在经历氧化和还原的物质。在氧化还原对中，垂直线充当氧化和还原形式之间的分隔物或界面。界面可以采取固体或溶液的形状。

盐桥只是一个充满氯化钾或硝酸铵溶液的 U 形管。将溶液与琼脂一起煮沸并冷却，直到它具有果冻状稠度，从而使其凝固。

溶液之间的电接触由盐桥建立。同时，它有助于溶液分离。铜和锌棒通过金属线、电流表和开关连接。 Daniel Cell 的整个设置就是他工作的一个例证。开关关闭时没有反应，也没有电流流动。但是，只要打开开关，我们就可以看到以下内容。

丹尼尔·赛尔的观察

电子转移发生在在棒之间运行的金属线上。电流的流动由箭头的方向表示。电流是由离子从烧杯的一种溶液通过盐桥流向另一种溶液引起的。另一方面，在两个电极（铜和锌棒）之间存在电位差之前，电流是不可能的。

在电极上，已经看到了半反应。结果，阳极是经历氧化的电极，而阴极经历还原。每个电极的总电位称为电极电位。

电极电位

在电化学中，电极电位的概念至关重要。它有助于预测和控制电化学过程的方向和强度（例如腐蚀）。

标准电极电位

金属与其溶液之间的电位差称为电极电位。如果电极反应中参与物质的浓度为1，反应发生在298K，则电极电位称为标准电极电位（E ⁰ ）。

在惯例的情况下，氢气的标准电极电势（E ⁰ ）为0.00伏。当标准电极电位为负时，氧化还原电对是比H ⁺ /H ₂电对更强的还原剂。另一方面，正标准电极电位表明氧化还原对是比H ⁺ /H ₂对更弱的还原剂。

电极电位的计算

可以使用以下公式计算电极电位：

E ^∘_细胞= E ^∘_红色–E ^∘_氧化

具有较大还原电位的半电池经过还原过程，而具有较低还原电位的半电池经过氧化过程。

电极电位的用途

• 它可用于研究腐蚀和点蚀等过程，以及控制反应过程。
• 电极电位可用于帮助选择反应控制的材料和设备。
• 使用该工具可以预测由电化学和化学反应和过程引起的腐蚀。

示例问题

问题1：氧化还原反应涉及哪些过程？

回答

A redox process is an electron transfer reaction that involves both reduction and oxidation, with reduction being the intake of electrons and oxidation being the release of electrons.

问题 2：氧化还原反应如何发电？

回答

A galvanic cell, also known as a Voltaic cell, is an electrochemical cell that generates electrical energy through a redox reaction or redox process. A voltaic cell is made up of two half-cells that perform either the reduction or oxidation processes.

问题 3：电解是氧化还原反应的一个例子吗？

回答

Electrolysis is a redox reaction because reduction occurs at the cathode and oxidation occurs at the anode, and both of these reactions occur at the same time.

问题4：还原过程是做什么的？

回答

Chemical entities lose electrons during the reduction process, lowering their oxidation number. The oxidation part of the reaction involves the loss of electrons. Reduction is the polar opposite of oxidation.

Cu²⁺+2e^– → Cu(s)

问题 5：什么是氧化还原对示例？

回答

In redox reactions, a redox pair is formed by the oxidised and reduced versions of each reactant. Redox couples are denoted as “Ox/red.” For example- Cu²⁺/Cu and Zn²⁺/Zn, have an oxidised version on the left and a reduced version on the right, separated by a slash.

问题六：电极电位有什么用途？

回答

• It helps with corrosion and pitting investigations, as well as reaction control.
• Electrode Potential can be used to help choose materials and equipment for reaction control.
• Corrosion caused by electrochemical and chemical reactions and processes can be predicted with the help of this programme.