第二篇标准电极电位的定义

通常将标准氢电极(SHE, standard hydrogen electrode ) 作为参照基准的电极 。并定义其电极电位 ESHE = 0 V 。
将ESHE 作为参比电极测得的电位差被定义为:电极电位
标准状态下的电位差定义为:标准电极电位(Eo,standarde electrode potential)
Eo Ce3+/Ce4+=1.61V →就是标准状态下 Ce4+/Ce3+ 相对于 SHE 的标准电位差(图 3)

 
 图3 相对于 SHE 的电位
图 3. 相对于 SHE 的电位
 

如果将图1的原电池与外部电路接通时:电子就会通过外部电路从左侧的半电池(1)流向右侧的半电池(2) ,说明右侧的半电池(2)更容易接受电子。所以,电极电位就是 物质接受电子难易程度的指标。电极电位较高的体系更加易于接受电子(即易于被还原)。
图1的中原电池的标准电池电动势可以如下计算得到,为0.84V。

 图1的原电池的标准电动势
根据我们在第一篇中介绍过的原电池的书写方法:一般将正极写在右边,负极写在左边。
图1中的电池可以这样表示: 负极|溶液1 || 溶液2|正极 (单根竖线 |代表两相界面; 双根竖线||代表两个液相界面间的盐桥连接)
理解电极电位的正负值大小的含义,对今后设计和判断氧化还原反应进行的方向是非常有用的:
电极电位E的正值越大: 表示其氧化态物质为越强的氧化剂(氧化态物质容易被还原)
电极电位E的负值越大: 表示其还原态物质为越强的还原剂(还原态物质容易被氧化)
当两个半电池连接组成电池时,右侧为正极(还原反应),左侧为负极(氧化反应)时,电池的电动势为正。 Ecell = E 右 – E左> 0
 
电池反应: Ce4+ + Fe2+ ⇔ Ce3+ + Fe3+
(4)
对于上述原电池而言,4价柿离子为较强氧化剂, 二价铁离子为较强还原剂,组成电池的氧化还原反应 通常是较强氧化剂与较强还原剂反应,生成较弱还原剂和较弱氧化剂。

先来考虑下面的反应式(7)的反应例。银氯化银固体得到一个电子,还原成银原子并释放出一个氯离子。
 
AgCl (s) + e → Ag(s) + Cl-
(7)

这个就是我们通常所说的银/氯化银电极的反应。 括号中的s和aq分别代表固体状态和溶于水的状态。由于,半反应的电位不能单独测量,所以要测量银/氯化银电极的电位,只能选择将氢电极反应作为电极电位的参考标准,通过组成如图4所示的Harned电池,来得到银一氯化银电极的电极电位。

图4 Harned 电池电动势测量示意图
图4 Harned 电池电动势测量示意图

氢电极的反应式用式(8)表示。
 
2H+(aq) + 2e → H22(g)
(8)

这个电池可以简单地表示为:
Cu(s)|Pt(s)|H2|H+(αq), Cl-(αq)|AgCl(s)|Ag(s)|Cu(s)     
此处,竖线 Ι 表示两个不同相间的界面。 两端的Cu表示电极与电位仪间的铜导线。 按照约定当电池反应式按上述方法书写时,其电动势 E 被定为右侧电极所连接的导体的电位减去左侧电极的导体的电位(为能如此,特意做出这样的规定)。 电池的总反应为(7)和(8)式的组合,该电池电动势E可以用式9表示。
 
Standard-potential-figb.png
(9)

或者可以更简单地表示为
 
E(AgCl/Ag)

Eo(AgCl/Ag)=0.2223 V[1]
(10)

(11)

我们所讨论的标准电极电位是指参与电池反应的物质在标准状态下显示的Harned电池的电动势,这里用Eo表示。文献1)中列出了银氯化银电极的标准电极电位的值。

参考文献

[1]  A.J.Bard,R Parsons,and J.Jordan,Stand Potenrials in Aqueous Solution,Marcel Dekker,New York(1985).

最近更新时间 2024/05/29