鋰離子標準還原電位異常的探討／施建輝

鋰離子標準還原電位異常的探討

施建輝

國立新竹科學園區實驗高級中學

教育部高中化學學科中心

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n為何鋰離子的標準還原電位值最負？

問：在標準還原電位表中，鋰離子的標準還原電位最負，亦即鋰金屬的標準氧化電位最正，但常見的鹼金屬活性的順序為K > Na > Li，如何解釋此一現象？

常見的標準還原電位表如表1所示，其中Na, K, Li的標準還原電位分別為 2.71 V, 2.93 V, 3.05 V。

表1：標準還原電位表（取自翰林選修化學上冊）

n解答一：以水合能大小說明

n解答二：以能量變化說明

在無機元素化學（科學出版社）一書中，有精闢的說明，整理如下，供各位參考：

鹼金屬在水中形成水合離子的能量變化（圖1）

圖1：鹼金屬在水中形成水合離子的能量變化

H_s°為氣態金屬離子的水合能，I₁為鹼金屬的第一游離能。

鹼金屬元素的熱力學數據（表2）

表2：鹼金屬元素的熱力學數據（單位：kJ mol^-1）

計算鹼金屬失去電子形成水合離子所需能量：

522 kJ mol^-1)＝159 kJ mol^-1

406 kJ mol^-1)＝199 kJ mol^-1

由於Li變成Li⁺(aq)的過程所需總能量較小，因此鋰比鈉容易失去電子形成水合離子，故在水中，鋰是鹼金屬中最強的還原劑。

金屬標準還原電位的計算：以Li與Na為例

為了獲得金屬標準還原電位，設計M⁺(aq)得到電子的反應，如圖2所示。

圖2：金屬標準還原電位的計算過程示意圖

     H_h°(M)H_s°為金屬的昇華熱。

1090 kJ mol^-1。

159 kJ mol^-1

199 kJ mol^-1

1090 kJ mol^-1) = 438 kJ mol^-1

159 kJ mol^-1) + 438 kJ mol^-1 = 279 kJ mol^-1

199 kJ mol^-1) + 438 kJ mol^-1 = 239 kJ mol^-1

從熱力學函數表中可以查出
73.8 J mol^-1 k^-1。

G°( = ΔH° ，如下：

50.3/1000) kJ mol^-1 = 294 kJ mol^-1

73.8/1000) kJ mol^-1 = 261 kJ mol^-1

G °= ：
3.05 V
       = E°(Li⁺/Li) 3.05V

同理，

2.72V

n參考資料

無機元素化學（第二版），科學出版社。