一般に化学反応を二種の酸化還元反応(半電池反応)の間の電子の授受として、 表現することができ、反応の標準ギブズエネルギー変化 ΔG° は、 各半電池反応の ΔG°hc で表すことができます。 次の A を還元して An- にする半電池反応を考えましょう。
A + n e- ⇌ An-
電気化学的な操作の一つの特徴は、電子 e- の電位(フェルミ準位)を変えることで、 標準ギブズエネルギー変化 ΔG° を調整することができることにあります。 半電池反応の ΔG° が 0 になる電位を、 この半電池反応の標準還元電位 E° と呼びます (F はファラデー定数。電子の電荷が負であることに注意)。
ΔG°hc = nF E°
標準還元電位 E° の基準となる電位としては、 次の水素の還元反応がとられます(水素標準電極の形で実現されます)。
2H+ + 2 e- ⇌ H2
膨大な数の酸化還元反応について、標準還元電位が定められていますが、 ここでは学生実験で登場するような反応について、 標準還元電位をまとめておきます (CRC Handbook of Physics and Chemistry 2012 によります)。 なお 表中、phen は 9,10-フェナントロリン の略号です。
反応系 | E° / V | 反応系 | E° / V |
---|---|---|---|
Li+ + e- ⇌ Li | -3.040 | Cu+ + e- ⇌ Cu | 0.521 |
K+ + e- ⇌ K | -2.931 | I2 + 2e- ⇌ 2I- | 0.5355 |
Ca2+ + 2e- ⇌ Ca | -2.868 | I3- + 2e- ⇌ 3I- | 0.536 |
Na+ + e- ⇌ Na | -2.71 | MnO4- + e- ⇌ MnO42- | 0.558 |
Mg2+ + 2e- ⇌ Mg | -2.372 | O2 + 2H+ + 2e- ⇌ H2O2 | 0.695 |
Al3+ + 3e- ⇌ Al | -1.662 | Fe3+ + e- ⇌ Fe2+ | 0.771 |
Cr2+ + 2e- ⇌ Cr | -0.913 | Ag+ + e- ⇌ Ag | 0.800 |
Zn2+ + 2e- ⇌ Zn | -0.762 | 2NO3- + 4H+ + 2e- ⇌ N2O4 + 2H2O | 0.803 |
Cr3+ + 3e- ⇌ Cr | -0.744 | NO3- + 3H+ + 2e- ⇌ HNO2 + H2O | 0.934 |
S + H2O + 2e- ⇌ HS- + OH- | -0.478 | NO3- + 4H+ + 3e- ⇌ NO + 2H2O | 0.957 |
Fe2+ + 2e- ⇌ Fe | -0.447 | Br2(liq) + 2e- ⇌ 2Br- | 1.066 |
Ni2+ + 2e- ⇌ Ni | -0.257 | IO3- + 6H+ + 6e- ⇌ I- + 3H2O | 1.085 |
CO2 + 2H+ + 2e- ⇌ HCOOH | -0.199 | Fe(Phen)33+ + e- ⇌ Fe(Phen)32+ | 1.147 |
AgI + e- ⇌ Ag + I- | -0.152 | O2 + 4H+ + 4e- ⇌ 2H2O | 1.229 |
Sn2+ + 2e- ⇌ Sn | -0.138 | MnO2+ 4H+ + 2e- ⇌ Mn2+ + 2H2O | 1.224 |
Pb2+ + 2e- ⇌ Pb | -0.126 | Cl2(gas) + 2e- ⇌ 2Cl- | 1.358 |
CuI2- + e- ⇌ Cu + 2I- | 0.00 | Cr2O72-+ 14H+ + 6e- ⇌ 2Cr3+ + 7H2O | 1.232 |
2H+ + 2e- ⇌ H2 | 0.000 | BrO3- + 6H+ + 6e- ⇌ Br- + 3H2O | 1.423 |
S2O62- + 2e- ⇌ 2S2O32- | 0.08 | PbO2 + 4H+ + 2e- ⇌ Pb2+ + 2H2O | 1.455 |
S + 2H+ + 2e- ⇌ H2S(aq) | 0.142 | MnO4- + 8H+ + 5e- ⇌ Mn2+ + 4H2O | 1.507 |
Cu2+ + e- ⇌ Cu+ | 0.153 | 2HClO + 2H+ + 2e- ⇌ Cl2+ 2H2O | 1.611 |
AgCl + e- ⇌ Ag + Cl- | 0.222 | H2O2+ 2H+ + 2e- ⇌ 2H2O | 1.776 |
Cu2+ + 2e- ⇌ Cu | 0.342 | S2O82-+ 2e- ⇌ 2SO42- | 2.010 |
Fe(CN)63- + e- ⇌ Fe(CN)64- | 0.358 | F2 + 2e- ⇌ 2F | 2.866 |