标准还原电势表(电化学序)

常见半反应在 25 °C 下的标准还原电势 E°,从顶部最强的氧化剂排到底部最强的还原剂。选择两个半反应,即可得到电池的电压。

电池电压计算器

E°电池 = E°阴极 − E°阳极 = +0.34 − (−0.76) +1.10 V 为正,所以反应自发进行:这是原电池。

25 °C 下的标准还原电势

最强的氧化剂在顶部,最强的还原剂在底部。点按符号可打开该元素。

半反应(还原)E° (V)E° 刻度,从 −3 V 到 +3 V
F F₂ + 2e⁻ → 2F⁻ +2.87
O H₂O₂ + 2H⁺ + 2e⁻ → 2H₂O +1.78
Mn MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O +1.51
Au Au³⁺ + 3e⁻ → Au +1.50
Cl Cl₂ + 2e⁻ → 2Cl⁻ +1.36
Cr Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O +1.33
O O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O +1.23
Mn MnO₂ + 4H⁺ + 2e⁻ → Mn²⁺ + 2H₂O +1.22
Pt Pt²⁺ + 2e⁻ → Pt +1.18
Br Br₂ + 2e⁻ → 2Br⁻ +1.07
N NO₃⁻ + 4H⁺ + 3e⁻ → NO + 2H₂O +0.96
Hg Hg²⁺ + 2e⁻ → Hg +0.85
Ag Ag⁺ + e⁻ → Ag +0.80
Fe Fe³⁺ + e⁻ → Fe²⁺ +0.77
O O₂ + 2H⁺ + 2e⁻ → H₂O₂ +0.70
I I₂ + 2e⁻ → 2I⁻ +0.54
Cu Cu⁺ + e⁻ → Cu +0.52
O O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻ +0.40
Cu Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu +0.34
Ag AgCl + e⁻ → Ag + Cl⁻ +0.22
Cu Cu²⁺ + e⁻ → Cu⁺ +0.15
Sn Sn⁴⁺ + 2e⁻ → Sn²⁺ +0.15
H 2H⁺ + 2e⁻ → H₂ 0.00
Fe Fe³⁺ + 3e⁻ → Fe −0.04
Pb Pb²⁺ + 2e⁻ → Pb −0.13
Sn Sn²⁺ + 2e⁻ → Sn −0.14
Ni Ni²⁺ + 2e⁻ → Ni −0.26
Co Co²⁺ + 2e⁻ → Co −0.28
Cd Cd²⁺ + 2e⁻ → Cd −0.40
Fe Fe²⁺ + 2e⁻ → Fe −0.45
Cr Cr³⁺ + 3e⁻ → Cr −0.74
Zn Zn²⁺ + 2e⁻ → Zn −0.76
H 2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻ −0.83
Mn Mn²⁺ + 2e⁻ → Mn −1.19
Al Al³⁺ + 3e⁻ → Al −1.66
Mg Mg²⁺ + 2e⁻ → Mg −2.37
Na Na⁺ + e⁻ → Na −2.71
Ca Ca²⁺ + 2e⁻ → Ca −2.87
Ba Ba²⁺ + 2e⁻ → Ba −2.91
K K⁺ + e⁻ → K −2.93
Li Li⁺ + e⁻ → Li −3.04

如何读此表

每一行是一个还原半反应,左边的物种得到电子。E° 越正,该物种吸引电子的能力越强,所以位于顶部的氟是所列的最强氧化剂。E° 越负,右边的物种越容易失去电子,所以位于底部的金属锂是最强的还原剂。

所有数值都是在标准条件下(25 °C,气体为 1 bar,溶解物种为 1 mol/L)相对于标准氢电极测得的,标准氢电极被定义为恰好 0 V。

计算电池电压

在原电池中,还原发生在阴极,氧化发生在阳极。电池电势为 E°电池 = E°阴极 − E°阳极,两个数值都原样取自表中。不要自己改变阳极数值的符号,也不要把 E° 乘以电子数:它与半反应写了多少次无关。

例:丹尼尔电池把铜与锌配成一对。E°电池 = +0.34 V − (−0.76 V) = +1.10 V。E°电池为正,表示该反应按所写方向自发进行。

预测哪些反应会发生

任何一行左边的物种,都可以氧化其下方任何一行右边的物种。铜(II)离子(+0.34 V)从金属锌(−0.76 V)得到电子,所以浸在硫酸铜溶液中的锌片会镀上一层铜。银离子(+0.80 V)被金属铜还原,所以把铜丝放进硝酸银溶液中会长出银晶体。

E° 为负、位于氢下方的金属原则上能从酸中放出氢气,而位于氢上方的铜、银和金则不能。这与金属活动性顺序的排列一致。

为何不同书中的数值有差异

不同资料对 E° 的取舍不同,有些还采用较早的测量值,所以铁(II)可能写作 −0.44 V 或 −0.45 V。这里的数值来自标准参考数据,保留两位小数;如有出入,请以你的课程所给数值为准。

常见问题

什么是标准还原电势?

它是还原半反应在 25 °C、1 bar 和 1 mol/L 条件下,相对于标准氢电极测得的电压。它表明物种吸引电子的强弱:数值越高,越容易被还原。

最强的氧化剂是什么?

氟 F₂ 的 E° = +2.87 V,是常见的最强氧化剂。金属锂的 E° 为 −3.04 V,是常见的最强还原剂。

如何计算 E°电池?

用阴极电势减去阳极电势:E°电池 = E°阴极 − E°阳极。对于锌–铜电池,+0.34 − (−0.76) = +1.10 V。

为什么氢电极是 0 V?

只有电势差才能被测量,所以化学家选择标准氢电极 2H⁺ + 2e⁻ → H₂ 作为参照,并把它的电势定义为恰好 0 V。