氧化還原反應(yīng)是最常見的一類化學(xué)反應(yīng)還原劑,如中學(xué)化學(xué)課本上鐵和鹽酸反應(yīng)生成氯化亞鐵和氫氣,就是鐵被氧化失電子,氫離子被還原得電子,這里鐵是還原劑,鹽酸是氧化劑。這里,失去電子的傾向(或氧化劑得到電子的傾向)的大小,則稱為氧化還原電勢,也成為氧化還原電勢。電勢為正表示溶液顯示出一定的氧化性,為負(fù)則說明溶液顯示出還原性。
對于一個水體來說,往往存在多種氧化還原電勢,構(gòu)成復(fù)雜的氧化還原體系。而其氧化還原電勢是多種氧化物質(zhì)與還原物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)的綜合結(jié)果。這一指標(biāo)雖然不能作為某種氧化物質(zhì)與還原物質(zhì)濃度的指標(biāo),但有助于了解水體的電化學(xué)特征,分析水體的性質(zhì),是一項綜合性指標(biāo)。
以鉑電極作指示電極,飽和甘汞電極作參比電極,與水樣組成原電池。用電子毫伏計或通用pH計測定鉑電極相對于飽和甘汞電極的氧化還原電勢,然后再換算組成相對于標(biāo)準(zhǔn)氫電極的氧化還原電勢作為報告結(jié)果。
計算式: Ψn = Ψind + Ψref
式中: Ψn ——被測水樣的氧化還原電勢,mV;
Ψind ——實測水樣的氧化還原電勢,mV;
Ψref ——測定溫度下飽和甘汞電極的電極電勢,mV,可從物理化學(xué)手冊中查到。
水體的氧化還原電勢必須在現(xiàn)場測定。
氧化還原電勢受溶液溫度、pH及化學(xué)反應(yīng)可逆性等因素影響。
1、其次,氧化還原電勢可以計算原電池的標(biāo)準(zhǔn)電動勢E0和電動勢E,在組成原電池的兩個半電池中,電極電勢代數(shù)值較大的半電池是原電池的正極,電極電勢代數(shù)值較小的半電池是原電池的負(fù)極。原電池的電動勢等于正極的電極電勢減去負(fù)極的電極電勢。
2、氧化還原電勢首先可以比較氧化劑或還原劑的相對強弱,電極電勢的大小反映物質(zhì)在水溶液中氧化還原能力的強弱。電極電勢高,對應(yīng)電對中的氧化型物質(zhì)是強氧化劑;還原型物質(zhì)是弱還原劑;電極電勢低,對應(yīng)電對中的還原型物質(zhì)是強還原劑,氧化型物質(zhì)是弱氧化劑。
3、氧化還原電勢能測定溶液的pH及物質(zhì)的某些常數(shù)弱酸的pH、解離常數(shù)K、難溶化合物的溶度積Ksp、配合物的穩(wěn)定常數(shù)Kf等都可以用測定電池電極電勢的方法求得。
4、氧化還原電勢還可以判斷氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的程度,化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的程度可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)來衡量,氧化還原反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)可根據(jù)有關(guān)電對的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢求得,因此,用電極電勢可以判斷氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的程度。
5、最后氧化還原電勢在生物領(lǐng)域內(nèi)有一定的應(yīng)用,我們知道機體環(huán)境中的氧化還原電勢和它的含氧量有著密切的相關(guān)性。環(huán)境中的氧濃度減少,由于還原作用而造成氧化還原電勢降低,因此氧濃度與氧化還原電勢之間有密切關(guān)系, 但兩者對厭氧菌的生長繁殖還沒有完全弄清楚。
電對 方程式 Eq/V
Li(I)-(0) Li++e-=Li -3.0401
Na(I)-(0) Na++e-=Na -2.71
Mg(II)-(0) Mg2++2e-=Mg -2.372
H(0)-(-I) H2(g)+2e-=2H- -2.23
Si(IV)-(0) [SiF6]2-+4e-=Si+6F- -1.24
Mn(II)-(0) Mn2++2e-=Mn -1.185
Zn(II)-(0) Zn2++2e-=Zn -0.7618
Fe(II)-(0) Fe2++2e-=Fe -0.447
P(V)-(III) H3PO4+2H++2e-=H3PO3+H2O -0.276
Sn(II)-(0) Sn2++2e-=Sn -0.1375
Hg(I)-(0) Hg2I2+2e-=2Hg+2I- -0.0405
Fe(III)-(0) Fe3++3e-=Fe -0.037
H(I)-(0) 2H++2e-=H2 0.0000
電對 方程式 Eq/V
Ca(II)-(0) Ca(OH)2+2e-=Ca+2OH- -3.02
Ba(II)-(0) Ba(OH)2+2e-=Ba+2OH- -2.99
La(III)-(0) La(OH)3+3e-=La+3OH- -2.90
Sr(II)-(0) Sr(OH)2·8H2O+2e-=Sr+2OH-+8H2O -2.88
Mg(II)-(0) Mg(OH)2+2e-=Mg+2OH- -2.690
Be(II)-(0) Be2O32-+3H2O+4e-=2Be+6OH- -2.63
Hf(IV)-(0) HfO(OH)2+H2O+4e-=Hf+4OH- -2.50
Zr(IV)-(0) H2ZrO3+H2O+4e-=Zr+4OH- -2.36
Al(III)-(0) H2AlO3-+H2O+3e-=Al+4OH- -2.33
P(I)-(0) H2PO2-+e-=P+2OH- -1.82
B(III)-(0) H2BO3-+H2O+3e-=B+4OH- -1.79
P(III)-(0) HPO32-+2H2O+3e-=P+5OH- -1.71
Si(IV)-(0) SiO32-+3H2O+4e-=Si+6OH- -1.697
P(III)-(I) HPO32-+2H2O+2e-=H2PO2-+3OH- -1.65
Mn(II)-(0) Mn(OH)2+2e-=Mn+2OH- -1.56
Cr(III)-(0) Cr(OH)3+3e-=Cr+3OH- -1.48
S(0)-(-II) S+2H++2e-=H2S(aq) 0.142
Cu(II)-(I) Cu2++e-=Cu+ 0.153
C(IV)-(III) 2HCNO+2H++2e-=(CN)2+2H2O 0.330
Cu(II)-(0) Cu2++2e-=Cu 0.3419