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(EE):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°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°=+0.34?VECu2+/Cu°=+0.34V):该电极比 SHE 更容易 得电子(还原性强)。

  • 负值(如 EZn2+/Zn°=?0.76?VEZn2+/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°=0?VE°=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(EcellEcell),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:

E=E°?RTnFln?Q
  • 简化形式(298K):

    E=E°?0.0592nlog?Q
  • 变量说明:

    • EE:实际电极电势

    • E°E°:标准电极电势

    • RR:气体常数(8.314 J/mol·K)

    • TT:温度(K)

    • nn:转移电子数

    • FF:法拉第常数(96485 C/mol)

    • QQ:反应商(如 Q=[氧化态][还原态]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°=?0.76?VE°=?0.76V):

E=?0.76?0.05922log?10.1=?0.76?0.0296=?0.79?V

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=E阴极?E阳极

    • Ecell>0Ecell>0:反应自发进行(如 Zn + Cu2? → Zn2? + Cu)。

    • Ecell<0Ecell<0:反应逆向自发。

(2) 计算平衡常数

Ecell°=0.0592nlog?K?K=10(nEcell°/0.0592)

(3) 腐蚀与防护

  • 金属活性排序(如 EFe2+/Fe°=?0.44?VEFe2+/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

  1. 温度:温度升高,电极电势可能变化(通过能斯特方程修正)。

  2. 浓度:氧化态浓度↑ → 电极电势↑(如 KMnO? 在酸性条件下氧化性更强)。

  3. pH:涉及 H?/OH? 的反应(如 MnO4?+8H++5e?Mn2++4H2OMnO4?+8H++5e?→Mn2++4H2O),pH 降低会提高 EE。

6. 常见电极电势表

电对(氧化态/还原态)E°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。

关键词:电极电势

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