第10章 氧化还原与电化学¶

本章中心问题¶

怎样系统追踪电子转移并配平反应？自发氧化还原反应怎样转化为外电路中的电流？电池 电势如何与Gibbs自由能和平衡常数统一？浓度、分压、pH、沉淀和配位为何会改变实际 电势？外加电压怎样驱动非自发反应？多个氧化态之间的歧化与归中趋势怎样组织？

电子怎样转移？
→ 氧化数、半反应与配平

电子怎样流经外电路？
→ 原电池、电极、盐桥与电池图式

驱动力有多大？
→ E、ΔG、K与Nernst方程

怎样应用和组织？
→ 电解、化学电源、腐蚀、Latimer图与Frost图

学习本章之前¶

必须掌握¶

• 1.3： 方程式配平与反应计量；
• 6.5： Gibbs自由能与实际方向；
• 7.4： 活度与平衡常数；
• 7.5： \(Q/K\)与\(\Delta_\mathrm rG\)；
• 指数、对数和正负号运算。

建议熟悉¶

• 3.4： 常见氧化态与周期趋势；
• 第8章：pH与酸碱介质；
• 第9章：沉淀对自由离子活度的影响。

本章学习成果¶

完成本章后，你应该能够：

1. 由离子近似确定常见物种中的氧化态；
2. 识别氧化、还原、氧化剂和还原剂；
3. 用半反应法在酸性或碱性介质中配平反应；
4. 规范表示原电池、阳极、阴极和盐桥；
5. 由标准还原电势计算标准电池电势；
6. 联系\(E^\circ,\Delta_\mathrm rG^\circ\)与\(K\)；
7. 使用Nernst方程处理非标准条件；
8. 分析浓度、分压和pH对电势的影响；
9. 说明沉淀和配位怎样通过活度改变电势；
10. 用Faraday定律完成基础电解计量；
11. 判断水溶液电解的竞争产物及边界；
12. 用电化学解释代表性电池、腐蚀和防护；
13. 读取基础Latimer图和Frost图；
14. 判断代表性歧化与归中趋势；
15. 区分热力学电势、反应速率和实际工作电压。

核心单元¶

本章不负责¶

• 电极双电层、交换电流和过电势的系统理论；
• Butler–Volmer方程和传质控制；
• 电池材料与工程设计；
• 腐蚀工程的完整定量模型；
• 元素章节中的具体物质体系详述；
• 配位形成常数的系统建立（留给第11章）。

本章首先建立电子计量和热力学电势；实验电池的功率、寿命与速率问题明确标注边界。 10.1至10.6及章末复习已完成符号、公式、数值、守恒、练习和跨节连贯性复核。