什么是电极电势,电极电势的知识介绍
出处:网络整理 发布于:2025-06-05 17:11:58
电极电势知识介绍
电极电势(Electrode Potential)是电化学中的一个重要概念,用于衡量电极在电解质溶液中得失电子的趋势,是电池电动势和氧化还原反应方向判断的基础。
1. 基本概念
(1) 定义
电极电势(E):表示某电极(如金属/离子电极)相对于标准氢电极(SHE)的电位差,单位为 伏特(V)。
标准电极电势(E°):在标准状态(298K,1 mol/L 溶液,100 kPa 压力)下的电极电势。
(2) 物理意义
正值(如 ECu2+/Cu°=+0.34V):该电极比 SHE 更容易 得电子(还原性强)。
负值(如 EZn2+/Zn°=?0.76V):该电极比 SHE 更容易 失电子(氧化性强)。
2. 电极电势的测定
(1) 标准氢电极(SHE)
定义:电极电势的基准,规定其 E°=0V。
构成:铂黑电极浸泡在 1 mol/L H? 溶液中,通入 100 kPa H? 气体。
电极反应:2H++2e??H2
(2) 测量方法
将待测电极与 SHE 组成原电池,用 电位计 测量电池电动势(Ecell),即可计算电极电势:
E电极=Ecell(因为 ESHE=0)3. 能斯特方程(Nernst Equation)
电极电势受浓度、温度影响,能斯特方程描述其关系:
简化形式(298K):
变量说明:
E:实际电极电势
E°:标准电极电势
R:气体常数(8.314 J/mol·K)
T:温度(K)
n:转移电子数
F:法拉第常数(96485 C/mol)
Q:反应商(如 Q=[还原态][氧化态])
示例:计算 Zn2?/Zn 电极在 [Zn2?] = 0.1 mol/L 时的电势(E°=?0.76V):
4. 应用
(1) 判断氧化还原反应方向
电池电动势 Ecell=E阴极?E阳极
Ecell>0:反应自发进行(如 Zn + Cu2? → Zn2? + Cu)。
Ecell<0:反应逆向自发。
(2) 计算平衡常数
(3) 腐蚀与防护
金属活性排序(如 EFe2+/Fe°=?0.44V 比 Cu 更易腐蚀)。
阴极保护法:通过外加更低电势的金属(如 Mg)防止铁生锈。
5. 影响因素
温度:温度升高,电极电势可能变化(通过能斯特方程修正)。
浓度:氧化态浓度↑ → 电极电势↑(如 KMnO? 在酸性条件下氧化性更强)。
pH:涉及 H?/OH? 的反应(如 MnO4?+8H++5e?→Mn2++4H2O),pH 降低会提高 E。
6. 常见电极电势表
电对(氧化态/还原态) | E° (V) | 说明 |
---|---|---|
Li?/Li | -3.04 | 强还原剂(易失电子) |
Zn2?/Zn | -0.76 | 常用于电池阳极 |
Fe2?/Fe | -0.44 | 钢铁腐蚀基础 |
2H?/H? | 0.00 | 标准氢电极(SHE) |
Cu2?/Cu | +0.34 | 常用于电池阴极 |
Ag?/Ag | +0.80 | 高稳定性电极 |
F?/F? | +2.87 | 强氧化剂(易得电子) |
总结
电极电势量化了物质的氧化还原能力,是电化学的参数。
通过能斯特方程可计算非标准状态下的电势,指导电池设计、腐蚀防护等实际应用。
标准电极电势表是判断反应自发性和设计原电池的重要工具。
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