2011年12月8日 星期四

標準還原電位差 Standard Reduction Potentials


化學原理啟迪267
1.     電池內的化學反應,一定是氧化還原反應;氧化還原反應可分為2個半反應,分別是氧化反應與還原反應。
2.     我們應該先為每個半反應標示電位差,這樣要計算電池的電位差就簡單多了,因為2個半反應的電位差加起來就得到電池的電位差。
3.     舉例來說,下面電池的電位差是0.76volt

     電池反應是:2H+(aq) + Zn(s) → Zn2+(aq) + H2(g)
4.     這個電池的陽極端有一個鋅金屬電極,燒杯內的溶液含有SO42離子,鋅電極浸泡在SO42離子溶液中,陽極反應是氧化半反應
Zn→ Zn2++2e
5.     電極上的每個鋅原子,失去2個電子就變成Zn2+離子,溶解於溶液中。鋅吐出的電子順著電線流動。我們假設電池所有的條件都在標準狀態,因此陽極端的溶液含有1M Zn2+
6.     這個電池的陰極反應是
2H+ 2e→H2
7.     陰極端包含Pt電極棒與溶液裡1MH+離子(我們使用鉑是因為鉑是比較不會起反應的導體)。鉑電極棒包裹在1atm氫氣H2中,這種電極稱為「標準氫電極 standard hydrogen electrode」。
8.     雖然我們可測出這個電池的整體電位差(0.76V),但我們沒有辦法測量出個別電極的電位差,所以如果我們想要知道半反應的電位差,我們必須把整個電池的電位差一分為二。
9.     舉例來說,如果我們設定以下還原反應
2H+ 2e→H2 
它的濃度與壓力
[H]1M 並且P H21atm
電位差是0 volts
10. 那麼以下的還原反應
Zn→ Zn2+2e
電位差是0.76 volt
11. 因為 「電池的標準電位差」 等於 H+ 轉為H2半反應的標準電位差」加上「Zn轉為Zn2半反應的標準電位差」
E°cellE°H+ →H2 E°Zn→ Zn2+
E°cell0.76V, E°H+ →H20V, E°Zn→ Zn2+0.76V
註:°代表標準狀態。
12. 透過設定2H+ 2e→H2的標準(還原)電位差等於0,我們得以指出其他半反應的標準電位差值。
13. 舉例來說,以下電池的電位差是1.10
14. 電池反應是
Zn(s)Cu2(aq)→Zn2(aq)Cu(s)
15. 這個反應可分為2個半反應
陽極AnodeZn→Zn22e
陰極CathodeCu22e→Cu
16. 電位差是
E°cellE°Zn→Zn2E°Cu2→Cu
因為E°Zn→Zn2電位差數值被設定為0.76VE°Cu2→Cu電位差數值必定是0.34volt1.10V0.76V0.34V
n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl Chemical Principles ;圖片來源:Substech.com

徐弘毅:
1.     我們為什麼需要「標準還原電位差」?因為我們需要一個衡量各種電池的電極(半反應)的共同標準,透過這個標準客觀地比較不同電極吸引電子或釋放電子的能力強弱,然後應用這些知識,預測各種陽極(還原劑)與陰極(氧化劑)電極組合出來的電池能產生多少伏特的電流,製作出我們想要的電池。
2.     經常對各種事物進行比較、建立客觀標準、研究執行程序就是老子認為的「道德」
3.     老子《道德經》說:「故有無相生,難易相成,長短相形,高下相傾,音聲相和,前後相隨。」有道德的人會比較清楚每個人的專業技術(有)學術理論(無)之間有沒有落差,確定計畫能不能執行(有無相生);有道德的人會研究技術困難度的高低,建立一套客觀的衡量標準(難易相成);
4.     有道德的人會分析所有人、事、物的優缺點(長短相形);有道德的人會訂定各種不同程度的標準(高下相傾),例如,一個擅長教學的老師會用不同的標準要求初學者與職業級水準的人;有道德的新聞媒體必須對權貴嚴厲要求批判高道德標準,但是對平民弱勢者要盡量保障他們的人權。
5.     有道德的人會尋找各種人、事、物的相似性、共通性與相對性,列表比較,重新組合,發揮每個人、每樣事物的特質(音聲相和);科學家依據實驗與計算結果,列出各種「常見的物質的標準還原電位差」表,並且利用表格資訊製造出電池,這就是遵守老子的「道德」。
6.     有道德的人會注意執行步驟、注意各種事物之間的因果關係,做任何事情都有精確的程序、捍衛程序正義(前後相隨)。因此我們不僅要懂得使用標準還原電位差的表格製作電池,也要知道各種半反應的標準還原電位差是經過哪些步驟推算出來的,過程是否合乎學術要求、合乎客觀真實?
7.     台灣目前的《集遊法》、《公投法》,都不符合《世界人權宣言》的標準,證明立法院的立委多數是民主社會的敗類,毫無知識水準。也證明國會多數黨的黨主席,毫無民主憲政概念,違法亂紀,相當「無禮」,缺乏「社會正義感」,這就是政客擺爛、貪腐、「不廉潔」;還自我感覺良好,所以也相當「無恥」。
參考資料:

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