电极电位的计算(电极电位计算公式的推导)

1. 电极电位计算公式的推导

电极电位

在标准状态下(25°C,lmol/L浓度），每一种金属都有一个稳定不变的电极电位，这就是标准电极电位。

当发生电极反应时，比如发生电沉积时，金属电极的电位会发生变化。在研究了对电极电位的变化有影响的因素后，德国物理化学家瓦尔特·能斯特(WaltherNernst,1864-1941)提出了计算电极电位的方程，这就是在电化学中有名的能斯特方程，也叫电极电位方程：

2. 电极电位换算公式

电极电势的计算公式：2HAC+2e=H2+2AC-，电极电势是电极中极板与溶液之间的电势差。为了获得各种电极的电极电势数值，通常以某种电极的电极电势作标准与其它各待测电极组成电池，通过测定电池的电动势， 而确定各种不同电极的相对电极电势E值。

影响电极电势的因素是离子的浓度、溶液的酸碱性、沉淀剂和络合剂，判断的因素是能斯特方程。

能斯特方程式：标准电极电势是在标准状态下测定的。如果条件改变，则电对的电极电势也随之发生改变。电极电势的大小，首先取决于电极的本性，它是通过标准电极电势 来体现的。其次，溶液中离子的浓度（或气体的分压）、温度等的改变都会引起电极电势的变化。它们之间的定量关系可由能斯特方程式来表示。

3. 电极电位理论

条件电势，又称条件电位，是用以描述在特定条件下

条件电势又称条件电位，是在特定条件下，氧化态与还原态的分析浓度都是1摩尔每升,并且校正了各种外界因素而得到了的实际电势，它反映了离子强度与各种副反应影响下，电对诸物种的实际氧化还原能力。

推导

对于某一电对（

/

）,其电极电势的能斯特方程为

其中

代表电对中的高价态氧化型物种，

代表电对中的低价态还原型物种，

为该电对的标准电极电势，

为气体摩尔常数，

为电子转移数，

为法拉第常数，

为热力学温度，

代表物种的平衡浓度。

例如，在水溶液中，对于电对

, 其电极反应为

，其能斯特方程为

通常便于得到的是氧化态/还原态物种的分析浓度，而不是游离态物种的平衡浓度，而使用分析浓度

、

时，必须考虑各种副反应的影响，例如酸效应、沉淀反应、配位反应、离子强度等，对于物种的氧化还原性的影响。

假设某电对的电极反应为

，则它的电极电势为

实际应用中，由于离子强度等因素的影响，即便是平衡浓度也不足以描述粒子的氧化还原能力。因此，常采用其有效浓度——活度，用α表示。代入原式得

引入活度系数和游离态物种的平衡浓度可知

由于副反应的存在，副反应系数

其中角标’表示未参与氧化还原反应的氧化型/还原型物种总浓度。

4. 求电极电位公式

过电位（η）是指在催化反应过程中，催化反应达到一定电流密度（i）时所需实际电压（Ei）超过理论电压（Et）的部分。

基本计算公式为：ηi= Ei- Et（1）

过电位η是衡量催化剂催化活性的重要参数。η值越小，电流密度所需的实际电压越低，耗能相对越小，催化活性越高。

应用实例：

有研究者曾制备出了V-Co-Fe-343三金属氧化物催化材料，并基于线性伏安法计算出它们达到10mA/cm2电流密度时所需要的过电位（ηi=10）为0.307 V。作者进一步在支持信息部分列表展示了其他已发表的相关催化材料的ηi=10，比较发现V-Co-Fe-343的ηi=10较低。这个结果表明，V-Co-Fe-343达到10mA/cm2电流密度所需的实际电压较低，耗能相对较小，因此V-Co-Fe-343三金属氧化物催化活性较高。

5. 条件电极电位的计算例题

这个应该是电池的结构：

阳极：4OH--4e=O2+2H2O

阴极：O2+4H++4e=2H2O

所以E=E阴-E阳

E阴=1.229V

应该还要查个E值才可以求解，有问题m我。

6. 如何求电极电位

φ=φθ+(RT/nF)In(氧化状态/还原状态)

化简得φ=φθ+(0.0591/n)Ig(氧化状态/还原状态)

如：Fe3++e-=Fe2+

φ(Fe3+/Fe2+)=φθ(Fe3+/Fe2+)+(0.0591/1)Ig([Fe3+]/[Fe2+])

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