2020年巖土工程師《基礎知識》考點:標準氫電極

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標準氫電極：

標準氫電極 標準電極電勢 原電池電動勢 電動勢的能斯特方程及電動勢的計算 電極電勢的能斯特方程及電極電勢的計算

1.電極電勢：金屬(或非金屬)與溶液中自身離子達到平衡時產(chǎn)生的電勢稱電極的電極電勢，以φ表示。

2.標準電極電勢: 電極處在標準狀態(tài)(氣體分壓為100kPa,離子濃度為1mol.dm-3)時的電極電勢,以φθ表示。

(1)標準氫電極：規(guī)定在任何溫度下標準氫電極的電極電勢為零，即φθ(H+/H2)=0.0000V

標準氫電極為Pt︱H2(100kPa)︱H+(1mol.dm-3)

(2)標準電極電勢φθ：將待測電極與標準氫電極組成原電池,可求待測電極的標準電極電勢。

說明：

1) 電極電勢在一定溫度下為一常數(shù),不隨電極反應形式的改變而變.例：

Cu2++2e=Cu,φθ=+0.34V;Cu -2e = Cu2+,φθ=+0.34V

2) 電極電勢不隨電極反應計量系數(shù)的改變而變化。例：

電極反應：Cu2++2e=Cu,φθ=+0.34V，

電極反應：2Cu= 2Cu2++4e，φθ=+0.34V

(3)原電池電動勢：E=φ(+)-φ(—);

原電池標準電動勢：Eθ=φθ(+)-φθ(—)

電極電勢φ高的電極作正極，電極電勢φ低的電極作負極，E>0，原電池正常工作，電流從正極流向負極。

(4)參比電極：由于標準氫電極要求氫氣純度高、壓力穩(wěn)定,并且鉑在溶液中易吸附其他組分而失去活性。因此,實際上常使用易于制備、電極電勢穩(wěn)定的甘汞電極或氯化銀電極作電極電勢的對比參考,稱為參比電極。

3.電動勢的能斯特方程:

原電池反應: aA+bB=gG+dD, 298K時

E=Eθ- lg

其中：Cθ=1moldm-3 ,可省略;

Eθ=φθ(+)-φθ(—)

可見,隨反應的進行,原電池的電動勢將不斷減少.

例：求反應Ni(s)+ Cu2+(1.0moldm-3) = Ni2+ +(0.1moldm-3) + Cu(s)組成的電池電動勢。j ?(Cu2+ / Cu)=0.3419V;j ?(Ni2+ / Ni)=—0。257V;

4.電極電勢的能斯特方程:

對任意給定的電極a(氧化態(tài))+ne—=b(還原態(tài)),298K時

φ=φθ+ lg

其中,Cθ=1mol.dm-3, 可省略.使用能斯特方程應注意：

(1)參加電極反應的物質(zhì)若是純物質(zhì)或純液體，則該物質(zhì)的濃度作為常數(shù)1。

(2)若電極反應中某物質(zhì)是氣體，則用相對分壓 代替相對濃度

(3)對于有H+或OH-參加的電極反應,其濃度及其計量系數(shù)也應寫入能斯特方程.如,

電極反應: MnO4- + 8H + +5e- → Mn2 ++4H2O , 其能斯特方程為:

可見溶液pH值對含氧酸鹽的電極電位影響很大.

(4)據(jù)電極電勢的能斯特方程,求出正、負極的電極電勢,再據(jù)E=φ(+)-φ(—),進一步可求出原電池電動勢.

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