标准电极电位基础介绍连载
- 第一篇:关于氧化还原反应
第一篇 回顾氧化还原反应 · 原电池和电解池
· 氧化还原反应
氧化还原反应是指发生电子得失的化学反应。
我们可以将上面的氧化还原反应拆分成以下两个半反应:
一个是还原反应,即物质1的氧化态 Ox1得电子还原成物质1的还原态Red1 。另一个是氧化反应,在此物质2的还原态Red2 失电子氧化成物质2的氧化态Ox2氧化-和-还原反应必然是成对出现,半反应是不能单独存在的。
对于发生n个电子转移的氧化还原反应可用用通式表示为2式和 3式中的还原半反应和氧化半反应。
· 原电池和电解池
我们知道原电池是通过氧化还原反应将化学能直接转变成电能的装置,而电解池则是通过电解反应,将电能直接转变成化学能的装置。
电解反应就是通过外部电源设备控制电极上的电位或电流,使在电解质溶液中的两个电极出现电位差(阳极,阴极),并分别发生氧化-还原反应的过程叫做电解。
下面通过比较图1和图2,来进一步加深我们对原电池和电解池的理解。
图1 原电池
图2 电解池
左边的图1中表示的是一个由铁离子电对和铈离子电对构成的原电池。可以看到,在其正极发生自发的还原反应,即四价铈离子得到一个电子,还原成3价铈离子,同时在负极上发生氧化反应,即,Fe2+离子失去一个电子,氧化成Fe3+离子。注意在此原电池中的两个铂金电极不参与电极反应仅仅作为电子传导的载体。
对于图2中的电解池,与外部电源的正极连接的电极为阳极,在阳极上发生氧化反应,Ce3+氧化成Ce4+。与外部电源的负极相连的电极为阴极, 在阴极上发生还原反应,Fe3+离子还原生成Fe2+离子。
图1的原电池与图2的电解池中的电极反应,互为逆向反应。原电池工作过程为放电过程, 而电解池的工作过程则为充电过程
对于图1中的原电池的整体电池反应式可以用式 (4)来表示
对于图2中的电解池,与外部电源的正极连接的电极为阳极,在阳极上发生氧化反应,Ce3+氧化成Ce4+。与外部电源的负极相连的电极为阴极, 在阴极上发生还原反应,Fe3+离子还原生成Fe2+离子。
图1的原电池与图2的电解池中的电极反应,互为逆向反应。原电池工作过程为放电过程, 而电解池的工作过程则为充电过程
对于图1中的原电池的整体电池反应式可以用式 (4)来表示
按照约定将半电池反应,统一用还原半反应的形式来表示,那么图1的原电池反应就是由式(5)和式(6)的两个半电池反应组成。
如果将式6减去式5后,电子e被消去,再进行移项整理后,便可得到与式4相同的化学反应式。
同样,电池正负极间的电位差,也就是电池的电动势,可以表示为 右方半反应电位 (E2) 减去 左方半反应电位 (E1)
那么问题是,这里的半反应的电极电位是如何得到的?因为在前面已经提及过, 半反应的电位,即单个电极的电位是无法单独测量。所以在实际上只能通过测量该单电极与参比电极(作为参照基准的电极)之间的电位差来得到还原半反应的电位。
(下一篇待续)
(下一篇待续)