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。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。

化學原理啟迪267

標準還原電位差 Standard Reduction Potentials (一)

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SO₄^2－離子，鋅電極浸泡在SO₄^2－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.      陰極端包含鉑Pt電極棒與溶液裡1M的H⁺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的氫氣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PH2＝1atm

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Zn^2＋半反應的標準電位差」

E°cell＝E°H⁺ →H2 ＋E°Zn→ Zn²⁺

E°cell →0.76V, E°H⁺ →H2→0V, E°Zn→ Zn²⁺→0.76V

註：°代表標準狀態。

12.  透過設定2H⁺ ＋2e^－→H2的標準電位差等於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)＋Cu^2＋(aq)→Zn^2＋(aq)＋Cu(s)

15.  這個反應可分為2個半反應

陽極Anode：Zn→Zn^2＋＋2e^－

陰極Cathode：Cu^2＋＋2e^－→Cu

16.      電位差是

E°cell＝E°Zn→Zn^2＋ ＋E°Cu^2＋→Cu

因為E°Zn→Zn^2＋電位差數值被設定為0.76V，E°Cu^2＋→Cu電位差數值必定是0.34volt：1.10V＝0.76V＋0.34V

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》 ；圖片來源：Substech.com