酸化剤と還元剤の強さを比較する
学習目標
- 酸化還元反応における実行可能な還元剤と酸化剤の観点から標準的な還元電位をどのように表示するかを特定する。
さまざまな化学物質の標準電位を測定することができ、そのうちのいくつかは表P2に記載されています。 これらのデータは、様々な物質の酸化的および還元的強度を比較することを可能にする。 標準的な水素電極（SHE）の半反応は、表\(\PageIndex{1}\)のリストの半分以上下にあります。 表中のSHEの下にあるすべての反応物は、H+よりも強い酸化剤であり、SHEの上にあるすべての反応物は弱い。 この高い値はフッ素の高い電気陰性度と一致し、フッ素は他のどの元素よりも電子を受け入れる傾向が強い（強い酸化剤である）ことを示しています。
| Half-Reaction | E° (V) |
|---|---|
| Li+(aq) + e− \(\rightleftharpoons\) Li(s) | –3.040 |
| Be2+(aq) + 2e− \(\rightleftharpoons\) Be(s) | –1.99 |
| Al3+(aq) + 3e− \(\rightleftharpoons\) Al(s) | –1.676 |
| Zn2+(aq) + 2e− \(\rightleftharpoons\) Zn(s) | –0.7618 |
| Ag2S(s) + 2e− \(\rightleftharpoons\) 2Ag(s) + S2−(aq) | –0.71 |
| Fe2+(aq) + 2e− \(\rightleftharpoons\) Fe(s) | –0.44 |
| Cr3+(aq) + e− \(\rightleftharpoons\) Cr2+(aq) | –0.424 |
| Cd2+(aq) + 2e− \(\rightleftharpoons\) Cd(s) | –0.4030 |
| PbSO4(s) + 2e− \(\rightleftharpoons\) Pb(s) + SO42−(aq) | –0.356 |
| Ni2+(aq) + 2e− \(\rightleftharpoons\) Ni(s) | –0.257 |
| 2SO42−(aq) + 4H+(aq) + 2e− \(\rightleftharpoons\) S2O62−(aq) + 2H2O(l) | –0.25 |
| Sn2+(aq) + 2e− \(\rightleftharpoons\) Sn(s) | −0.14 |
| 2H+(aq) + 2e− \(\rightleftharpoons\) H2(g) | 0.00 |
| Sn4+(aq) + 2e− \(\rightleftharpoons\) Sn2+(aq) | 0.154 |
| Cu2+(aq) + e− \(\rightleftharpoons\) Cu+(aq) | 0.159 |
| AgCl(s) + e− \(\rightleftharpoons\) Ag(s) + Cl−(aq) | 0.2223 |
| Cu2+(aq) + 2e− \(\rightleftharpoons\) Cu(s) | 0.3419 |
| O2(g) + 2H2O(l) + 4e− \(\rightleftharpoons\) 4OH−(aq) | 0.401 |
| H2SO3(aq) + 4H+(aq) + 4e− \(\rightleftharpoons\) S(s) + 3H2O(l) | 0.45 |
| I2(s) + 2e− \(\rightleftharpoons\) 2I−(aq) | 0.5355 |
| MnO42−(aq) + 2H2O(l) + 2e− \(\rightleftharpoons\) MnO2(s) + 4OH−(aq) | 0.60 |
| O2(g) + 2H+(aq) + 2e− \(\rightleftharpoons\) H2O2(aq) | 0.695 |
| H2SeO3(aq) + 4H+ + 4e− \(\rightleftharpoons\) Se(s) + 3H2O(l) | 0.74 |
| Fe3+(aq) + e− \(\rightleftharpoons\) Fe2+(aq) | 0.771 |
| Ag+(aq) + e− \(\rightleftharpoons\) Ag(s) | 0.7996 |
| NO3−(aq) + 3H+(aq) + 2e− \(\rightleftharpoons\) HNO2(aq) + H2O(l) | 0.94 |
| Br2(aq) + 2e− \(\rightleftharpoons\) 2Br−(aq) | 1.087 |
| MnO2(s) + 4H+(aq) + 2e− \(\rightleftharpoons\) Mn2+(aq) + 2H2O(l) | 1.23 |
| O2(g) + 4H+(aq) + 4e− \(\rightleftharpoons\) 2H2O(l) | 1.229 |
| Cr2O72−(aq) + 14H+(aq) + 6e− \(\rightleftharpoons\) 2Cr3+(aq) + 7H2O(l) | 1.36 |
| Cl2(g) + 2e− \(\rightleftharpoons\) 2Cl−(aq) | 1.396 |
| \(Ce^{4+}(aq) + e^− \rightleftharpoons Ce^{3+}(aq)\) | 1.44 |
| PbO2(s) + HSO4−(aq) + 3H+(aq) + 2e− \(\rightleftharpoons\) PbSO4(s) + 2H2O(l) | 1.690 |
| H2O2(aq) + 2H+(aq) + 2e− \(\rightleftharpoons\) 2H2O(l) | 1.763 |
| F2(g)+2e−\(\rightleftharpoons\)2F−(aq) | 2.87 |
|
\(\textrm{陰極:}\;\mathrm{す^{2+}(aq)}+\mathrm{2e^-} \rightarrow\mathrm{する(s)}\) \(\textrm{陽極}\;\mathrm{Sn(s)\rightarrow\mathrm{Sn^{2+}}(s)}+\mathrm{2e^-}\) \(\textrm{計:} \; cathode e^\circ_{\textrm{カソード}}=\textrm{-1.99V}\E^\circ_{\textrm{アノード}}=\Textrm{-0.14V}\e^\circ_{\textrm{アノード}}=\Textrm{-0.14V}\e^\circ_{\textrm{カソード}}=\textrm{-1.99V}\e^\circ_{\textrm{アノード}}=\Textrm{-1.99V}\e^\circ_{\textrm{アノード}}=\textrm{-1.99V}\e^\circ_{\textrm{アノード}}=\textrm{-0.14V}\e^\circ_{\textrm{アノード}}=\textrm{-0.14V}\e^\circ_{1.85v}\) |
B二つの半反応とそれに対応する電位は次のとおりです:
| \(\begin{align}\textrm{cathode:} & \mathrm{MnO_2(s)}+\mathrm{4H^+(aq)}+\mathrm{2e^-}\rightarrow\mathrm{Mn^{2+}(aq)}+\mathrm{2H_2O(l)} \\ \textrm{anode:} & \mathrm{H_2O_2(aq)}\rightarrow\mathrm{O_2(g)}+\mathrm{2H^+(aq)}+\mathrm{2e^-} \\ \textrm{overall:} & \mathrm{MnO_2(s)}+\mathrm{H_2O_2(aq)}+\mathrm{2H^+(aq)}\rightarrow\mathrm{O_2(g)}+\mathrm{Mn^{2+}(aq)}+\mathrm{2H_2O(l)}\end{align}\) |
\(E^\circ_{\textrm{cathode}}=\textrm{1.22V}\E^\circ_{\textrm{アノード}}=\textrm{0.70V}\E^\circ_{\textrm{セル}}=E^\circ_{\textrm{カソード}}-E^\circ_{\textrm{アノード}}\hspace{5mm}=-\textrm{0.53V}\） |
反応の標準電位は正であり、標準条件下では、書かれたように自発的に発生することを示しています。 過酸化水素はMno2を減少させ、酸素ガスは溶液から進化する。各反応が標準条件下で自発的に発生する可能性があるかどうかを判断するために、表\(\PageIndex{1}\)のデータを使用します。
- 2ce4+(aq)+2cl-(aq)→2ce3+(aq)+Cl2(g)
- 4mno2(s)+3O2(g)+3o2(g)+3o2(g)+3o2(g)+3o2(g)+3o2(g)+3o2(g)+3o2(g)+3o2(g)+3o2(g)+3o2(g)+3o2(g)+3o2(g)+3o2(g)+3o2(g)+3o2(g)+3o2(g)+3o2(g)+3o2(g)+3o2(g)+3o2(g)+3o2(g)4OH-(aq)→4MnO4-(Aq)+2H2O
答え
- 自発的(e°セル=0.36v)
- 非自発的(e°セル=−0.36v)
- 非自発的(E°セル=−0.36v)
- 非自発的(E°セル=−0.36v)
- 非自発的(E°セル=-0.36v)
- 20V)
E°cellの符号は、特定の酸化還元反応が標準条件下で自発的に起こるかどうかを示していますが、反応がどの程度進行するかを示しておらず、非標準条件下で何が起こるかを示しているわけではありません。 これらの質問に答えるためには、電気化学セル電位と化学熱力学との関係をより定量的に理解する必要があります。
概要
様々な酸化剤および還元剤の相対的な強さは、E°値を用いて予測することができる。 さまざまな物質の酸化的および還元的強度は、標準的な電極電位を用いて比較することができる。 明らかな異常は，電極電位が水溶液中で測定され，気相ではなく強い分子間静電相互作用を可能にするという事実によって説明できる。
概念上の問題
- 電極電位の順序は、イオン化電位と電子親和性によって常に予測することはできません。 どうして？ ナトリウム金属は、そのイオン化電位から予測されるよりも高いまたは低い電極電位を有することを期待していますか？ そのおおよその電極電位は何ですか？
- br2/Br-、Ca2+/Ca、O2/OH-、およびAl3+/Alの表データを参照することなく、負極電位が最も低く、最も負極が最も高いと予想されますか？
- うして？
- 卵白に存在する硫黄含有アミノ酸のために、銀のフォークで卵を食べるとフォークが変色します。 化学者として、シュウ酸（H2C2O4）の1つのMの解決を含むあなたのキャビネットでいろいろな種類の興味深いクリーニングプロダクトが、ある。 あなたがスクランブルエッグを食べることから変色したフォークをきれいにするためにこの解決策を選ぶでしょうか？
- 反応Cu2+(aq)+2e−→Cu(s)の電極電位は、標準条件下で0.34Vです。 0.5molのCuの酸化の可能性は-0.34/2Vに等しいですか？ あなたの答えを説明してください。Sn4+（aq）、Cl-（aq）、Ag+（aq）、Cr3+（aq）、および/またはH2O2（aq）—が標準条件下でMno2（s）をMNO4−に酸化することができるかを予測するために、表\（\PageIndex{1}\）を参照してください。Sn4+（aq）、Cl-（aq）、Ag+（aq）、Cr3+（aq）、および/またはH2O2（aq）は、水溶液中で最も強力な酸化剤である。
- は、Sn4+（aq）、Cl-（aq）、Ag+（aq）、Cr3+（aq）、および/またはH2O2（aq）である。
概念の答え
- いいえ;e°=-0。691 V for Ag2S(s) + 2e− → Ag(s) + S2−(aq), which is too negative for Ag2S to be spontaneously reduced by oxalic acid
- Ag+(aq); H2O2(aq)
- H2O2(aq)
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