OCR 高階 GCE 化學/電極電位
像這樣的氧化還原反應
Zn(s) + Cu2+(aq) ---> Cu(s) + Zn2+(aq)
可以分成兩個半反應
Cu2+(aq) + 2e- <---> Cu(s)
Zn2+(aq) + 2e- <---> Zn(s)
但正如你可能注意到的，第二個反應必須反向發生，以使氧化還原反應發生，並使鋅被氧化（失去電子）。如果我們將此反應設定為電化學電池，我們可以測量電池中反應的電壓。
電化學電池是一個放熱反應，它被設定為兩個獨立容器中的兩個半電池，以便釋放的能量可以在它們之間產生電流。
半電池是電化學電池的一半。一個半電池提供電子，另一個半電池接收電子。
還原反應越“容易”發生（如上半反應中），電極電位值（以伏特為單位）就越高。在電池中，電極電位較高的半電池將經歷正向反應，而電極電位較低的半電池將經歷反向反應。銅 2+ 離子的還原電壓為 +0.34V，鋅 2+ 離子的還原電壓為 -0.76V。因此，銅半電池較高，鋅反應反向進行。
電池的電壓可以根據電極電位之差計算，例如 0.34V - (-0.76V) = 1.1V。對於這個反應，始終計算出差值，不要擔心負號。
電極電位 - 測量半電池的電壓。為了進行此測量，還需要另一個半電池。
半電池的標準電極電位是透過用“標準氫電極”製成一個電池來測量的。這是用作參比電極，因此其電極電位為 0V。
標準氫電極（參比電極） - 一個半電池，其中氫氣以一個大氣壓的壓力鼓入 1M H+ 離子的溶液中。透過鉑絲進行電接觸。每個半電池的標準電極電位被賦予 0V；所有其他標準電極電位都是相對於它測量的。
（檢視 Zn2+/Zn 標準半電池圖）
- 鹽橋允許離子在兩個半電池之間移動，從而完成電路。這可以簡單地是浸泡在硝酸鉀溶液中的濾紙。
- 對於鋅，負號位於電壓左側，因為標準電極電位是負值。
- 如果溶液中存在兩個沒有棒的離子，則使用鉑電極。
- 要測量非金屬的標準電極電位，也必須使用鉑電極（因為它們不太可能導電）。
- 如果反應中存在氣體，則裝置與氫氣相同。
標準電極電位 - 在標準條件下測量的電壓，此時半電池被併入電化學電池中，另一個半電池是標準氫電極。
現在我們已經瞭解了電極電位的測量方法，現在我們可以使用它們來研究它們的實際用途。如果我們有兩個半電池
Ag+ + e- <---> Ag
EO = +0.80V
Zn2+ + 2e- <---> Zn
EO = -0.76V
我們可以看到銀反應的電極電位值高於鋅方程。這意味著可以提出以下建議
- 銀反應將有更高的傾向以正向進行
- Zn2+/Zn 有更大的傾向以反向進行
- Ag+ 是一種比 Zn2+ 更強的氧化劑，因為它有更高的傾向以正向進行（還原反應 - 導致其他反應物氧化）。
我們已經瞭解瞭如何比較標準電極電位來獲得半電池的電壓。這很有用，因為我們可以預測氧化劑是否足夠強以氧化另一種物質。
請記住，為了使這些方法有效，需要標準條件。
- 298K 的溫度
- 一個大氣壓的壓力
- 1.00 mol dm−3
當條件以任何方式改變時，可以使用勒沙特列原理來預測 EO 值是會增加還是會減少。
例如，對於以下反應
MnO4-(aq) + 8H+(aq) + 5e- ---> Mn2+(aq) + 4H2O(l)
H+ 的增加將使平衡向右移動，因此會增加 EO 值。
如果兩個半電池之間的差值小於 0.30V（包括負數）什麼？，則反應可能會有意想不到的結果。如果兩個半電池之間的差值大於 0.30V，則由 EO 值預測的反應幾乎總是發生的反應。
請記住 EO 值只說明反應是否可能發生，而不是反應速率有多快。
1. 定義電化學電池和半電池。
2. 這個電池的電壓是多少？
2H+ + 2e- <---> H2
EO = 0.00V
Zn + 2H+ + 2e- <---> H2 + Zn2+ + 2e-
EO = -0.76V
3. 為什麼電化學電池中要使用鹽橋？
4. 繪製一個測量 Zn2+/Zn 半電池電極電位的圖。
5. 如何改變反應以特定方式發生的可能性？
6. EO 值不能告訴我們什麼？