電極和半電池
在電池中,把電子流出的一極稱為負(fù)極,電子流入的一極稱為正極。即發(fā)生氧化反應(yīng)的電極為負(fù)極,發(fā)生還原反應(yīng)的電極為正極。因此,在上述銅鋅原電池中,鋅片為負(fù)極,銅片為正極。兩極上的反應(yīng)稱為電極反應(yīng)。又因每一電極是原電池的一半,又稱為半電池反應(yīng)。銅鋅原電池中的電極反應(yīng)和電池反應(yīng)為
負(fù)極反應(yīng) Zn(s)=Zn2+(aq)+2e
正極反應(yīng) Cu2+(aq)+2e=Cu(s)
電池反應(yīng) Zn(s)+ Cu2+(aq)=Zn2+(aq)+Cu(s)
電極必須包含兩類物質(zhì),一類是還原型物質(zhì),另一類是相應(yīng)的氧化型物質(zhì)。電極中氧化型物質(zhì)和還原型物質(zhì)之間存在如下關(guān)系
氧化型+ne ? 還原型
或?qū)憺?nbsp; Ox +ne ? Red
電對
氧化型物質(zhì)與還原型物質(zhì)組成氧化還原電對,簡稱電對,以“氧化型/還原型”來表示。例如,在銅鋅原電池中,銅電極的電對為Cu2+/Cu,鋅電極的電對為Zn2+/Zn。
不僅金屬和它的離子可以構(gòu)成電對,而且同一種金屬的不同價態(tài)離子、非金屬單質(zhì)及其離子、金屬及其難溶鹽等都可以構(gòu)成電對,例如Fe3+/Fe2+,MnO4-/Mn2+,H+/H2,Cl2/Cl-,AgCl/Ag等。
電極種類
任何一個氧化還原電對都可以構(gòu)成一個電極。
有的電對本身有電流導(dǎo)體,如電對Cu2+/Cu中的Cu,電對Zn2+/Zn中的Zn,電對AgCl/Ag中的Ag,既是電對的還原型物質(zhì),又是傳導(dǎo)電子的導(dǎo)體。這類電對可單獨(dú)構(gòu)成電極。
而Fe3+/Fe2+,MnO4-/Mn2+,H+/H2等電對中就沒有電流導(dǎo)體。當(dāng)這些電對構(gòu)成電極時,需要外加一個能導(dǎo)電而又不參加電極反應(yīng)的惰性電極導(dǎo)體,常用的惰性電極導(dǎo)體是鉑(Pt)和石墨(C)。例如電對Fe3+/Fe2+構(gòu)成電極時可用P作電極導(dǎo)體,電極符號為
Pt│Fe3+(c1),F(xiàn)e2+(c2)
根據(jù)電極組成的不同,通常把電極分為四類。一些常見電極種類、電極反應(yīng)和電極符號見表3-1。
表3-1中的電極符號都是按電極為原電池的負(fù)極書寫的,如果作為原電池正極,電極符號書寫順序正好相反。
表3-1 常見電極的分類
電極種類 | 舉例 | ||
電對 | 電極反應(yīng) | 電極符號 | |
金屬與金屬離子 | Cu2+/Cu | Cu2++2e=Cu | Cu│Cu2 |
非金屬與非金屬離子 |
H+/H2 O2/OH- |
2H++2e=H2 O2+2H2O+4e=4OH- |
Pt│H2│H+ Pt│O2│OH- |
同一元素的不同價態(tài)離子 |
Fe3+/Fe2+ MnO4-/Mn2+ |
Fe3++e=Fe2+ MnO4-+8H++5e=Mn2++4H2O |
Pt│Fe3+,F(xiàn)e2+ Pt│MnO4-,H+,Mn2+ |
金屬、金屬難溶鹽和難溶鹽負(fù)離子 |
AgCl/Ag Hg2Cl2/Hg |
AgCl+e=Ag+Cl- Hg2Cl2+2e=2Hg+2Cl- |
Ag│AgCl│Cl- Pt│Hg│Hg2Cl2│Cl- |