標準還原電位差 Standard Reduction Potentials

化學原理啟迪475

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1.     當金屬元素扮演還原劑，它的半反應是：

M → Mⁿ⁺ ＋ ne^－

2.     上述反應是，標準還原電位差半反應的逆反應，因此當我們要衡量過渡金屬的還原能力時，要將標準還原電位差半反應逆轉，並且符號變號。

3.     徐弘毅注：標準還原電位差是指，像2H⁺＋2e^－→H₂這類反應所需的能量。

4.     電位差數值的正數最大的過渡金屬，是最好的還原劑，過渡金屬元素的還原能力大小如下表：

第一列過渡金屬在溶液裡的還原力比較

鈧Sc→Sc³⁺＋3e^－ 電位差(V)＝2.08

鈦Ti→Ti²⁺＋2e^－ 電位差(V)＝1.63

釩V→V²⁺＋2e^－ 電位差(V)＝1.2

錳Mn→Mn²⁺＋2e^－ 電位差(V)＝1.18

鉻Cr→Cr²⁺＋2e^－ 電位差(V)＝0.91

鋅Zn→Zn²⁺＋2e^－ 電位差(V)＝0.76

鐵Fe→Fe²⁺＋2e^－ 電位差(V)＝0.44

鈷Co→Co²⁺＋2e^－ 電位差(V)＝0.28

鎳Ni→Ni²⁺＋2e^－ 電位差(V)＝0.23

銅Cu→Cu²⁺＋2e^－ 電位差(V)＝－0.34

5.     徐弘毅注：電位差的定義，每庫倫電荷，在電場的2個不同位置的電位能量之差距。過渡金屬釋出電子的電位差數值愈正，代表電子從過渡金屬離開後，進入到較低的能量狀態，這也是比較穩定的狀態；

釋出電子後變得更穩定的過渡金屬，比較容易釋出電子，因此是比較好的還原劑。

6.     標準電位差E°為零，是依據以下的反應程序定義的：

2H⁺＋2e^－→H2

7.     因此，除了銅以外，其餘所有的過渡金屬，都能在1M強酸之下，將H⁺還原成H2(g)：

M(s)＋2H⁺(aq)→H2(g)＋M²⁺(aq)

8.     第一列過渡金屬元素，由左而右，還原能力逐漸減少，只有鉻和鋅沒有依循這個趨勢。

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》