氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是電子的得失(或轉(zhuǎn)移),任一自發(fā)的氧化還原反應(yīng)原則上都可設(shè)計(jì)成原電池。在原電池中,負(fù)極上發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng),正極上發(fā)生得到電子的還原反應(yīng)。因此,總的電池反應(yīng)(即氧化還原反應(yīng))中,氧化劑相應(yīng)的電極作為電池的正極,還原劑相應(yīng)的電極作為電池的負(fù)極,電池中電子的流動(dòng)方向總是由負(fù)極到正極。
原電池的裝置或構(gòu)成可用符號(hào)來(lái)表示,如銅鋅原電池可表示為:
(-)Zn|ZnSO4(cm1)||CuSO4(cm2)|Cu(+)
對(duì)于一般的原電池,應(yīng)能由電池反應(yīng)式寫出電池的符號(hào),也應(yīng)會(huì)由電池符號(hào)寫出電池反應(yīng)式。
原電池的電動(dòng)勢(shì)ε=E正-E負(fù)=E氧-E還
(1)電極電勢(shì)標(biāo)志著物質(zhì)氧化還原能力的大小,它是判斷氧化劑和還原劑的強(qiáng)弱以及氧化還原反應(yīng)方向、次序和程度的基本依據(jù),也是判斷電化學(xué)過(guò)程的基本依據(jù)。一般對(duì)電池電動(dòng)勢(shì)較大的反應(yīng)體系(ε0>0.2伏)來(lái)說(shuō),其反應(yīng)方向和次序,可由標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)E0直接判斷:
① 若E氧0>E還0(或ε0>0),電池反應(yīng)正向自發(fā)進(jìn)行,反之,E氧0<E還0(或ε0<0),電池反應(yīng)逆向自發(fā)進(jìn)行。
② 標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)E0數(shù)值越大的,其電對(duì)中氧化態(tài)的物質(zhì)氧化性越強(qiáng),該物質(zhì)是越強(qiáng)的氧化劑;反之,E0數(shù)值越小的其電對(duì)中還原態(tài)的物質(zhì)還原性越強(qiáng),該物質(zhì)是越強(qiáng)的還原劑。
③ 一種氧化劑若能氧化幾種還原劑時(shí),一般不考慮反應(yīng)速度的情況下,總是首先氧化最強(qiáng)的還原劑,同樣,一種還原劑若能還原幾種氧化劑時(shí),總是首先還原最強(qiáng)的氧化劑。
④ 氧化還原反應(yīng)的程度,可由氧化還原反應(yīng)的平衡常數(shù)來(lái)判斷,其K值與電池標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)ε0或標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)E0的關(guān)系為:
lgK=nε0/0.0592=n/0.0592·(E正0-E負(fù)0)
E0的應(yīng)用要注意兩點(diǎn):
① E0只適用于水溶液狀態(tài)中物質(zhì)的氧化還原能力的衡量,和電離勢(shì)既有區(qū)別又有聯(lián)系。
② E0只是從能量角度反映物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì),并不包括動(dòng)力學(xué)因素;也就是說(shuō),E0值的大小只說(shuō)明物質(zhì)的氧化還原趨勢(shì),而不能說(shuō)明它的反應(yīng)速度的快慢。
(2)電極電勢(shì)受離子濃度、溫度等因素影響,其濃度對(duì)電極電勢(shì)的影響規(guī)律,可由能斯特(Nernst)方程式來(lái)體現(xiàn),在298.15K時(shí),
E=E0+0.0592/n(lg〔氧化型〕/〔還原型〕)
但要注意,離子濃度的改變,不僅表現(xiàn)在氧化型和還原型物質(zhì)本身濃度的變化;還反映在酸度的改變(指有H+或OH-參與反應(yīng)的電極反應(yīng));此外,使氧化型或還原型物質(zhì)生成沉淀或配離子,都會(huì)引起有關(guān)離子濃度的變化,從而造成電對(duì)電極電勢(shì)的改變,而且后兩者的影響將更大。
對(duì)于電池電動(dòng)勢(shì)較?。?epsilon;0<0.2伏)的反應(yīng)體系來(lái)說(shuō),離子濃度(改變氧化型和還原型物質(zhì)本身濃度、改變酸度、加入沉淀劑或配位劑)的改變,可能會(huì)引起反應(yīng)方向和次序的改變。
要注意,E0與電極反應(yīng)中物質(zhì)的計(jì)量系數(shù)無(wú)關(guān)。
如: Ag++e ?Ag,E0=0.7996V
而 2Ag++2e ?2Ag,還是E0=0.7996V