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
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) |
|---|---|
| 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。