マインドマップギャラリー 化学 - 酸化還元反応 (1)
酸化還元反応の基本概念、一次電池と電極電位、電極電位に影響を与える要因などをまとめた、酸化還元反応に関するマインドマップ(1)です。
2023-11-23 15:13:03 に編集されました酸化還元反応
酸化還元反応の基本概念
酸化数(酸化価)
酸化数を決定するためのルール
元素内の元素の酸化数はゼロです
中性分子では、各元素の酸化物の代数和はゼロです。
過酸化物、超酸化物などを除いて、酸素の酸化数は一般的に-2です。
化合物中の水素の酸化数は通常 1 ですが、活性金属水素化物のみに存在します。 水素の酸化数は-1です
化合物中のアルカリ金属とアルカリ土類金属の酸化数はそれぞれ 1 と 2 です。 フッ素の酸化数は -1 です。含酸素化合物および静電気を除くその他のハロゲンです。 ハロゲン化合物を形成するより負のハロゲンを除いて、それらは通常 -1 です。
酸化還元カップル
通常は電子の移動により、 元素の酸化数が変化する反応を酸化還元反応といいます。
酸化還元反応では、還元剤が次のことを行います。 電子、酸化剤が電子を獲得、電子 利益と損失は同時に発生する
酸化剤と還元剤は同じ物質の酸化です 還元反応、自己酸化還元反応と呼ばれる
自動酸化還元反応では酸化数が増加し、 還元されるのは同じ物質の同じ元素です。 酸化還元様反応を不均化反応といいます。
酸化還元反応では、電子の獲得と喪失が同時に起こります。 酸塩基反応の酸塩基共役関係におけるプロトン移動と同様に、 酸化剤と還元剤の間の共役関係には電子の授受が含まれます。
酸化還元反応方程式のバランスをとる
酸化数法
反応物と生成物の化学式を書きます。
元素の酸化数の変化をマークし、酸化数の増加または減少を見つけます。
酸化剤と還元剤の化学式の前に対応する係数を掛けて、酸化剤の酸化数を還元剤の酸化数で減らします。 上げられた値は等しいです。
酸化数が変化していない原子の数を釣り合い、化学方程式の両辺の原子の数が等しいかどうかを確認し、 矢印を等号に変更します
イオン電子法
水溶液における酸化還元反応の性質をより明確に指摘できます。
ガルバニ電池と電極の電位
一次電池
一次電池の構成と動作原理
コンセプト:酸化還元反応を利用して電流を発生させ、 化学エネルギーを電気エネルギーに変換する装置を一次電池といいます。
電子は負極から正極へ一方向に流れ、電子流を形成します。 (電子の流れの方向は電流の方向と全く逆です)
ガルバニ電池は、2 つの半電池 (電極) と 1 つの塩橋で構成されます。
一次電池では、電子が流出する最初の段(負極)が酸化されます。 還元反応、電子が流入して還元反応が起こる最初の段階は正極です。
電極の種類
金属-金属イオン電極
非金属-非金属イオン電極
酸化還元電極
金属-金属耐火性塩電極
一次電池の表現方法
左側が負極、右側が正極であり、それぞれ (-) と ( ) で表されます。 対応する組成と相は実際の順序で左から右に配置されています。
単一の垂直線は相界面を表すために使用され、二重の垂直線「‖」は塩橋を表すために使用されます。
溶液の濃度とガスの圧力を示します。
溶液に電極反応に関与する 2 つのイオンが含まれる場合、それらをカンマで区切ることができます。 電極内に導電性物質がない場合は、不活性電極を追加する必要があります。
起電力とギブズ自由エネルギー変化の関係
一次電池の起電力は、一次電池の正極と負極間の電位差に等しい。 一次電池の起電力は、電位差計を用いて測定することができる。
一次電池は、電子の流れを利用して電流を生成することにより、化学エネルギーを電気エネルギーに変換します。 そして電気工事も行います。一定の温度と一定の電圧の下では、一次電池によって行われる最大電気仕事は次のようになります。 通過する電気量とバッテリーの起電力の積。
電極電位
電極電位の生成
一次電池は電流を生成できます。これは、一次電池の 2 つの極、つまり各電極間に電位差があることを示します。 それぞれには、電極電位と呼ばれる独自の特定の電位があります。
標準水素電極
標準電極電位の決定
電極を構成するすべての物質が標準状態にあるときの電極電位を標準電極電位といいます。
電極電位に影響を与える要因
ネルンスト方程式
ネルンスト方程式またはネルンスト公式としても知られるネルンスト方程式は、1889 年にドイツの化学者で物理学者の W.H. ネルンストによって発明されました。 熱力学から導かれた方程式。電池起電力と電池反応に関与する各種物質の活性との関係を表します。
電極電位に対する濃度の影響
濃度が電極電位に及ぼす影響は、主に酸化物質および還元物質の濃度変化が電極電位に及ぼす影響に反映される。 酸化された物質は濃度が高くなると電極電位が高くなり、酸化力も高まります。物質の削減には、 濃度が高くなると電極電位が下がり、還元力が高まります。 さらに、特定の濃度の溶液中で平衡に達した後、金属と溶液の間の界面に逆に帯電した相が形成されます。 電気二重層。 さらに、電極電位に対する濃度の影響は、ネルンストの式に従って説明することもできます。ネルンスト方程式はあらゆる状態を記述します 電極電位と標準電極電位、温度と酸化状態および還元状態濃度との関係。電極電位の大きさと電極の性質 これは、溶液の品質、温度、濃度に関係します。
電極電位に対する酸性度の影響
析出反応と配位反応が電極電位に及ぼす影響
電極反応では、溶液中のイオンが沈殿を形成したり錯体を形成したりして、イオン濃度が低下します。 したがって、電極電位が変化し、酸化剤および還元剤の酸化および還元能力に影響を与えます。
電極電位の印加
酸化剤と還元剤の相対的な強度を決定します。
電極電位の大きさは、酸化状態で電子を獲得するか、還元状態で電子を失う酸化還元対の能力の強さを反映します。 電極電位が高い酸化物質は、電極電位が低い酸化物質よりも強い酸化剤である。 電極電位が小さい還元体は、電極電位が大きい還元体よりも強い還元剤となる。
酸化還元反応の方向を決定する
電極電位の大きい酸化物を酸化剤として、電極電位の小さい還元物を還元剤として用いて電極電位を生成する。 大きな還元種と小さな電極電位の酸化種。
酸化還元反応が進む方向は、正極の電極電位が負極の電極電位より大きくなければなりません。
標準状態では、反応の方向は 2 つの電気対の標準電極電位によって直接判断できます。 標準状態でない場合は、まずネルンストの式を使用して電極電位を計算する必要があります。
適切な酸化剤と還元剤を選択する
電極電位の大きさは、酸化剤または還元剤を選択するための基礎となります
酸化還元反応の程度を決定する
(酸化還元反応が平衡に達したとき、反応物の相対濃度に対する生成物の相対濃度の比)
酸化還元反応の順序を決定する
還元剤が同時に存在する複数の酸化体を還元できる場合、最も強い酸化体が最初に還元されます。 最後に還元されるのは最も弱い酸化剤です。 酸化剤が同時に存在する複数の還元剤を酸化できる場合、最も強い還元剤が最初に酸化されます。 最も弱い還元剤が最後に酸化されます。
要素ポテンシャル図とその応用