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 �Cu2+/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 �Zn2+/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 �°=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（�cellEcell），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：

�=�°?����ln?�

• 简化形式（298K）：

  �=�°?0.0592�log?�

• 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 �=[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（�°=?0.76?VE°=?0.76V）：

�=?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 �cell=�阴极?�阳极Ecell=E阴极?E阳极
  • �cell>0Ecell>0：反应自发进行（如 Zn + Cu2? → Zn2? + Cu）。
  • �cell<0Ecell<0：反应逆向自发。

(2) 计算平衡常数

�cell°=0.0592�log?�?�=10(��cell°/0.0592)

(3) 腐蚀与防护

• 金属活性排序（如 �Fe2+/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 �E。

6. 常见电极电势表

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。