[科普中國(guó)]-半反應(yīng)

在原電池中，每個(gè)電極部分被稱作一個(gè)半電池，每個(gè)半電池所發(fā)生的氧化或還原反應(yīng),即電極反應(yīng)被稱作原電池的半反應(yīng)(half-reaction)。任何氧化還原反應(yīng)都是由兩個(gè)"半反應(yīng)"組成的，一個(gè)是還原劑被氧化的半反應(yīng)，另一個(gè)是氧化劑被還原的半反應(yīng)。利用半反應(yīng)式不僅可以明確看出半電池中的物質(zhì)變化，還可以用來(lái)配平氧化還原反應(yīng)（稱為半反應(yīng)式法或離子-電子法），以及計(jì)算不同濃度下電極的電勢(shì)。

舉例例如丹尼爾電池，即銅和鋅分別為正極和負(fù)極的電池，它的兩個(gè)半反應(yīng)式分別為：

正極： Cu2++2e- = Cu

負(fù)極： Zn - 2e- = Zn2+

總反應(yīng)：Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+

再如：把一個(gè)氧化還原反應(yīng)拆寫成兩個(gè)"半反應(yīng)式"

如:2Fe3+ + Cu=2Fe2+ + Cu2+，可分成

氧化反應(yīng)：Cu - 2e-= Cu2+，還原反應(yīng):2Fe3+ + 2e-=2Fe2+

同樣：3NO2 + H2O=2H+ + 2NO3- + NO

氧化反應(yīng)：

2NO2 - 2e- + 2H2O= 4H+ + 2NO3-

還原反應(yīng)：

NO2 + 2e- + 2H+ = H2O + NO

書(shū)寫方法1、找對(duì)應(yīng)關(guān)系

在氧化還原反應(yīng)中，按氧化劑對(duì)應(yīng)還原產(chǎn)物，還原劑對(duì)應(yīng)氧化產(chǎn)物的對(duì)應(yīng)關(guān)系找到確切兩個(gè)物質(zhì)（或微粒）這個(gè)步驟是半反應(yīng)書(shū)寫的關(guān)鍵步驟。

2、半反應(yīng)通式

半反應(yīng)之還原反應(yīng)（正極或陰極上電極反應(yīng)）：氧化劑 +xe-→還原產(chǎn)物。

半反應(yīng)之氧化反應(yīng)（負(fù)極或陽(yáng)極上電極反應(yīng)）：還原劑 -xe-→氧化產(chǎn)物。

其中“+”表示得電子，“-”表示失電子。“ → ”表 示 變 化 ，不 能 寫 成“ = ”，因 為 它 只表示被氧化（或被還原）元素前后變化， 且前后原子個(gè)數(shù)相等，其它元素原子個(gè)數(shù)不一定相等。

3、配平半反應(yīng)

半反應(yīng)的配平首先是配平化合價(jià)變化的元素微粒個(gè)數(shù)。

例如，在Cr2O72-+xe-→Cr3+ 中，需在后面的Cr3+ 前配系數(shù)2，

使得鉻前后個(gè)數(shù)相等。其次，計(jì)算x 的值。x 可以通過(guò)某元素 微粒個(gè)數(shù)乘以該元素微粒前后化合價(jià)之差絕對(duì)值來(lái)計(jì)算。

配平氧化還原反應(yīng)采用半反應(yīng)式法配平氧化還原反應(yīng)方程式時(shí)，首先要知道反應(yīng)物和生成物并遵循下列配平原則：

一是電荷守恒：反應(yīng)中氧化劑所得到的電子數(shù)必須等于還原劑所失去的電子數(shù)；

二是質(zhì)量守恒：根據(jù)質(zhì)量守恒定律，方程式兩邊各種元素的原子總數(shù)必須各自相等，各物種的電荷數(shù)的代數(shù)和必須相等；

配平的主要步驟主要是：

（1）以離子式寫出主要的反應(yīng)物及氧化還原產(chǎn)物；

（2）分別寫出氧化劑被還原和還原劑被氧化的半反應(yīng)；

（3）分別配平兩個(gè)半反應(yīng)方程式，使每個(gè)半反應(yīng)方程式等號(hào)兩邊的各種元素的原子總數(shù)各自相等且電荷數(shù)相等；

（4）確定兩個(gè)半反應(yīng)方程式得、失電子數(shù)目的最小公倍數(shù)。將兩個(gè)半反應(yīng)方程式各項(xiàng)分別乘以相應(yīng)的系數(shù)，使其得、失電子書(shū)目相同。然后，將二者合并，就得到了配平的氧化還原反應(yīng)的離子方程式。

例如，用半反應(yīng)法配平下列反應(yīng)：

反應(yīng)中氯元素化合價(jià)升高，分析可知水中的氫元素 化合價(jià)應(yīng)該降低，確定未知物質(zhì)是H2。按得失電子相等要求，半反應(yīng)為NaCl-6e-→NaClO3 和3H2O+6e-→3H2。

把上述兩個(gè)半反應(yīng)中物質(zhì)系數(shù)配到方程式中，故有1 NaCl+ 3 H2O→1NaClO3+ 3H2。1

計(jì)算電子轉(zhuǎn)移數(shù)目利用半反應(yīng)法計(jì)算電子的轉(zhuǎn)移數(shù)目，其優(yōu)點(diǎn)是不需 要寫出復(fù)雜的反應(yīng)方程式，只需寫出其中的一個(gè)半反應(yīng)，計(jì)算 得（或失）電子數(shù)就是電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目。

例如，在過(guò)氧化鈉與水的反應(yīng)中，每生成0.1mol 氧氣，計(jì)算轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目：

所以，n(e-)=0.2mol，轉(zhuǎn)移電子數(shù)目為0.2NA。2

計(jì)算元素化合價(jià)例如：2.00×10-4mol 重鉻酸鉀（K2Cr2O7），用去 0.100molL的硫酸亞鐵銨溶液12ml 剛好反應(yīng)，

則產(chǎn)物中元素鉻的化合價(jià)是：

解析：12ml0.100mol/L 的硫酸亞鐵銨溶液，可知Fe2+ 物質(zhì)的量為1.20×10-3mol。

所以，n(e-)失=1.20×10-3mol，因而n(e-)得=n(e-)失=1.20×10-3mol

令產(chǎn)物中鉻元素化合價(jià)為χ則有：

解得χ=3，產(chǎn)物中元素鉻的化合價(jià)是+3價(jià)。

計(jì)算氧化劑或還原劑物理量例如：在一定條件下，PbO2 與 Cr3+ 反應(yīng)產(chǎn)物是Cr2O72- 和Pb2+，如果消耗1molCr3+，則應(yīng)消耗PbO2為多少？

解析：

所以，n(e-)失=3mol，故n(e-)得=n(e-)失=3mo

所以n(PbO2)=1.5mol

測(cè)定原電池電動(dòng)勢(shì)在電化學(xué)的實(shí)際應(yīng)用中，半電池（及電對(duì)）的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得。使待測(cè)半電池中各物種均處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下將其與標(biāo)準(zhǔn)氫電極連接組成原電池，以電壓表測(cè)定該電池的電動(dòng)勢(shì)并確定其正極和負(fù)極，進(jìn)而可推算出待測(cè)半電池的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)。根據(jù)原電池的兩個(gè)半反應(yīng)方程式，計(jì)算出原電池電勢(shì)的大小。3

舉例說(shuō)明：

金屬鋅置換稀硫酸中的氫，發(fā)生氧化還原反應(yīng)：Zn +2H+ = Zn2+ +H2

對(duì)應(yīng)的兩個(gè)“半反應(yīng)”分別是：

負(fù)極，氧化反應(yīng) Zn - 2e- = Zn2+

正極，還原反應(yīng) 2H+ +2e- =H2

分別將兩個(gè)兩個(gè)半電池與標(biāo)準(zhǔn)氫電極連接組成原電池，測(cè)定出半電池的電極電勢(shì)，從而得到鋅-稀硫酸原電池的電動(dòng)勢(shì)。4

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

鄭國(guó)忠 - 副教授 - 華北電力大學(xué)