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什么是电极电位?

发布时间:2013-07-29

目前,什么是电极电位在当代的应用可谓是越来越广泛,什么是电极电位是值得我们好好学习的,现在我们就深入了解什么是电极电位?

什么是电极电位?所谓电极电位就是指一个包含标准氢电极和所研究的半电池的原电池的电动势。电极电位的英文为electrode potential 。一般定义为金属浸于电解质溶液中,显示出电的效应,即金属作为电极浸入含本金属盐的溶液中,在表面形成双电层时,所测得的相对于参比电极的电位。
 

什么是电极电位?
图1 电极电位


电极电位方程



式中E一被测电极的(平衡)电极电位;

E㈠—被测电极的标准电极电位;

R—阿伏伽德罗常数,等于6.02×1023; T一绝对温度,等于237K;

n—在电极上还原的咒价金属离子得电子数;

F—法拉第常数;  

a—电解液中参加反应离子的活度(有效浓度)。  

这里所说的电极电位方程是用来计算电极在非标准状态下的实际电极电位。因为电极在实际工作中的状态很少是标准状态。特别是电沉积过程,电解质溶液中除了被沉积金属的主盐离子外,还添加了许多辅助剂和添加剂,有时温度达60℃以上,电极的电位值肯定会偏离原来的标准电位。并且很多时候我们都是希望被研究电极的电位向我们需要的方向有一定的偏移,我们称之为极化。一定的极化对有些电沉积过程是有利的。比如电镀过程或电铸过程。利用加入络合剂或其他添加剂,可以使两种标准电极电位相差较远的金属,在特定镀液中的电位相接近,从而可以共沉积为合金,这就是合金电镀的原理。当然在电冶金过程和大多数阳极过程中,都不希望有极化发生,因为极化意味着增加电能的消耗或某些不希望的反应发生。

标准电极电位
  
标准电极电位是以标准氢原子作为参比电极,即氢的标准电极电位值定为0,与氢标准电极比较,电位较高的为正,电位较低者为负。如氢的标准电极电位H2←→H+ 为0.000V,锌标准电极电位Zn ←→Zn2+ 为-0.762V,铜的标准电极电位Cu ←→Cu2+为+0.337V。   

金属浸在只含有该金属盐的电解溶液中,达到平衡时所具有的电极电位,叫做该金属的平衡电极电位。当温度为25℃,金属离子的有效浓度为1mol/L(即活度为1)时测得的平衡电位,叫做标准电极电位。

电极电位的基本关系式
  
金属可以看成是由离子和自由电子组成。   

金属离子以点陈排列,电子在其间运动。对于给定的电极而言,电极电位是一个确定的常量,对于下述电极反应:   aA+bB<=>cC+dD+ne   电极电位可表示为 
  (2)  
式中   
E:电极电位,V;   
Eo:标准电极电位,V;   
R:气体常数,8.31441J/(mol·k);   
T:绝对温度,k;   
n:参与电极反应的电子数;   
F:法拉第常数,96486.7C/mol;   
a:参与化学反应各物质的活度。
式(2)是电极电位的基本关系式。   

单个的电极电位是无法测量的,因为当用导线连接溶液时,又产生了新的溶液-电极界面,形成了新的电极,这时测得的电极电位实际上已不再是单个电极的电位,而是两个电极的电位差了。同时,只有将欲研究的电极与另一个作为电位参比标准的电极电位组成原电池,通过测量该原电池的电动势,才能确定所研究的电极的电位。

电极电位的应用
什么是电极电位?
判断氧化还原反应自发进行的方向
  
电池反应都是自发进行的氧化还原反应。因此电池反应的方向即氧化还原反应自发进行的方向。判断氧化还原反应进行的方向时,可将反应拆为两个半反应,求出电极电位。然后根据电位高的为正极起还原反应,电位低的为负极起氧化反应的原则,就可以确定反应自发进行的方向。如果两个电对的值相差较大(即Eφ),浓度的变化对电位的影响不大,不至于使反应改变方向。因此,当Eφ>0.2V 时,即使不处于标准状态,也可直接用 值的大小确定反应方向。否则,必须考虑浓度和酸度的影响,用能斯特方程式计算出电对的值,用E>0作为判断确定反应进行的方向,若E>0,正向反应能自发进行;E<0,正向反应不能自发进行,其逆向反应能自发进行。

判断氧化还原反应进行的程度
  
氧化还原反应属可逆反应,同其他可逆反应一样,在一定条件下也能达到平衡。随着反应不断进行,参与反应的各物质浓度不断改变,其相应的电极电位也在不断变化。电极电位高的电对的电极电位逐渐降低,电极电位低的电对的电极电位逐渐升高。最后必定达到两电极电位相等,则原电池的电动势为零,此时反应达到了平衡,即达到了反应进行的限度。利用能斯特方程式和标准电极电位表可以算出平衡常数,判断氧化还原反应进行的程度。若平衡常数值很小,表示正向反应趋势很小,正向反应进行得不完全;若平衡常数值很大,表示正向反应可以充分地进行,甚至可以进行到接近完全。因此平衡常数是判断反应进行 程度的标志。

综上所述,本文已为讲解什么是电极电位?相信大家对什么是电极电位?的认识越来越深入,希望本文能对各位读者有比较大的参考价值

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