第二篇 电极电位测量池的类型

(1) 一室型池:无液接盐桥

电极电位是通过测量该电极与氢电极之间的电位差得到的。电极电位测量池的类型,按照是否使用盐桥可分为一室型池和二室型池。
先观察不使用盐桥的一室型池。
图4为,将氢电极和银氯化银电极插入活度为1的盐酸溶液中时构成的电池为一室型池

 
图4 氢电极 银氯化银电极
图4 氢电极-银氯化银电极
 

电池的构成可以从左到右,书写为:
 
Pt | H2(g) | HCl(l) | AgCl(s) | Ag
(15a)

由于被测电极与氢电极,在同一个溶液中,其没有使用盐桥,该电池电动势仅由两个半电池即两个电极间的电位差决定。

 
Ecell= EAgCl➖ E H2
(15b)

(2) 二室型池:有液接盐桥

使用盐桥进行电极电位测量的电池为二室型池。
 
图5 氢电极银氯化银电极溶液间用盐桥连接
图5 氢电极-银氯化银电极溶液间用盐桥连接
 

如图5所示,左侧为氢气的压力为一个大气压,盐酸溶液的活度为1的标准氢电极,右侧为浸泡在活度为1的KCl的溶液中构成的银氯化银电极。两种不同的电解溶液分别在两个半电池中,溶液间使用盐桥进行连接,这样构成的电位测量池, 为二室型池。

该电池可以用16a式表示。
 
Pt | H2(g), HCl(l) | | KCl(l) | AgCl(s) | Ag
(16a)

在盐桥中,阳离子和阴离子携带电流,但如果阴阳离子的运动速度不同,离子会偏向液体的边界,并产生一个电位:液接电位(Ej)
此时电池的电动势表示为式16b,除了两个电极间的电位差还要加入两个半电池间的液接电位Ej。

 
Ecell= EAgCl - E H2 + E j
(16b)

两种电解质溶液间液接电位的大小取决于,界面两侧的离子的种类及其浓度的大小。
 
图6 不同浓度盐酸溶液的液接电位差的形成示意图
图6 不同浓度盐酸溶液的液接电位差的形成示意图
 

图6 为离子种类相同但浓度不同的盐酸溶液间的液接电位差的形成示意图,界面左侧的盐酸浓度较高,由于氢离子的移动速度比氯离子快, 经过一段时间达到平衡后,溶液界面的右侧出现了氢离子正电荷的集聚层,而在左侧,则出现了氯离子负电荷的集聚层,界面处形成了双电层,出现了液接电位差。
 
表1 25°C时的一些液接电位
表1 25°C时的一些液接电位
 

表1 列出了25°C时的一些液接电位。
・界面两侧的溶液的电解质浓度相同,但阳离子不同时: 0.1 M KCl | 0.1 M NaCl:的液接电位取决于K+ 和 Na+ 之间的离子迁移速率(即淌度)的差异。
· 界面两侧的溶液的电解质浓度不同:3.5 M KCl | 0.1 M NaCl:K+和Cl-之间的离子迁移速率(淌度)差异 (K+和Cl-承担大部分电流传导)
·界面一侧的溶液为强酸或强碱:0.1 M KCl | 0.1 M HCl 或 0.1 M KCl | 0.1 M NaOH: H+, OH-的移动速度与 K+, Cl-相比非常大 → 所以溶液间的液接电位差较大。
但是如果将左侧KCl的浓度变成3.5M时,右侧的盐酸,或氢氧化钠溶液的浓度依然还是0.1M时,液接电位会明显变小。电流的传导主要由高浓度的钾离子和氯离子承担,液接电位主要是取决于K+ 和Cl-之间的离子淌度的差。
如果要降低 Ej,应使用具有相同离子迁移速率的高浓度电解质。

最近更新时间 2024/12/24