标准电极电势(Standard Electrode Potential, E°)是指在标准状态下,即温度为298.15 K,压力为100 kPa,参与电极反应的物质活度为1时,电极相对于标准氢电极(SHE)的电势。计算标准电极电势的方法主要有以下几种:
实验测量
直接通过电化学测量获得,例如将待测电极与标准氢电极连接,测量电流和电压来获得电极电势。
Nernst方程
对于非标准状态下的电极,可以使用Nernst方程计算标准电势。公式如下:
\[ E° = E°(实际) - \frac{R \cdot T}{n \cdot F} \ln \left( \frac{a_{氧化态}}{a_{还原态}} \right) \]
其中:
\( E°(实际) \) 是在实际条件下的电极电势。
\( R \) 是气体常数(8.314 J·mol⁻¹·K⁻¹)。
\( T \) 是绝对温度(K)。
\( n \) 是转移的电子数。
\( F \) 是法拉第常数(96485 C·mol⁻¹)。
\( a_{氧化态} \) 和 \( a_{还原态} \) 分别是参与电极反应物质的氧化态和还原态的活度。
查阅标准电极电势表
在物理化学和电化学教材中,通常会提供各种氧化还原反应的标准电极电势表。
通过已知电极电势计算
如果化学反应涉及多个电极,可以利用已知的标准电极电势来计算其他电极电势。
使用参比电极
实际应用中,常选用一些电极电势较稳定的电极如饱和甘汞电极和银-氯化银电极作为参比电极,通过组成电池来求得其它电极的电势。
标准电极电势是电化学中非常重要的参数,它表示电极上发生的氧化还原反应在标准条件下的平衡电位。电极电势的大小受温度、介质和离子浓度等因素的影响。