Электрический потенциал, стандартный водородный электрод, электрохимическая серия
Водородный электрод используется в качестве стандартного электрода при измерении электрического потенциала других электродов, потому что его потенциал равен нулю, стандартный водородный потенциал в некоторых случаях не равен нулю, потому что он изменяется, изменяя концентрацию ионов водорода в растворе или изменяя потенциал. значение давления газообразного водорода или того и другого.
Измерение электродных потенциалов.
Подготовьте гальваническую ячейку, в которой одна половина ячейки состоит из электрода, электрический потенциал которого необходимо измерить, а другая половина ячейки состоит из стандартного водородного электрода, электрический потенциал которого равен нулю. Вольтметр будет считывать разность потенциалов между два электрода, Если разность потенциалов ячейки составляет X вольт, потенциал неизвестного электрода = X вольт.
Структура стандартного электрода
Стандартный водородный электрод (SHE) состоит из листа платины (1 см²), покрытого слоем черной губчатой платины, погруженной в раствор сильной кислоты (HCl) при (25 ° C) молярной концентрации (1M), проходя мимо него с потоком. ток водородного газа при постоянном давлении в одну атмосферу и потенциал этого электрода = ноль, и он принимает символ P t + H 2 (1 атом) / 2 H + (1M).
Стандартный водородный электрод используется для измерения неизвестных потенциалов электродов в ячейках, где электрический потенциал водорода равен нулю, потому что разность потенциалов между водородом и его ионами равна нулю, Условие: Конц. HCl = 1 моляр, давление = 1 атмосфера.
Пластина платины (1 см²) имеет тенденцию поглощать газообразный H 2 при контакте с раствором HCl . Слой черной губчатой платины, который покрывает платиновый лист в стандартном водородном электроде, используется для сбора на нем газообразного водорода.
Состояния, при которых потенциал водородного электрода изменяется от нуля:
- Изменение концентрации иона водорода в растворе.
- Изменение давления газообразного водорода.
- Изменение температуры от 25 ° С.
Как измерить потенциал Cu и Zn электродов, когда стандартный потенциал водородного электрода не равен нулю?
Для цинкового электрода:
Zn / Zn +2 → 2H + / H 2 / P t
Разность потенциалов ячейки = 0,76 вольт, тогда электрический потенциал Zn = 0,76 вольт. Окисление происходит в ячейке Zn, поэтому потенциал называется потенциалом окисления, поэтому потенциал окисления Zn = 0,76 вольт.
Для медного электрода:
P t / H 2 / 2H + → Cu +2 / Cu
Разность потенциалов ячейки = 0,34 вольт, тогда электрический потенциал Cu = 0,34 вольт. Восстановление происходит в ячейке Cu, поэтому потенциал называется восстановительным потенциалом, поэтому восстановительный потенциал Cu = 0,34 вольт.
Итак, окислительный потенциал Zn = 0,76 вольт и восстановительный потенциал Cu = 0,34 вольт, окислительный потенциал Zn> окислительный потенциал Cu.Если мы подготовим гальванический элемент из электродов Cu и Zn, окисление будет происходить на электроде Zn, в то время как восстановление происходит на медном электроде. Разность потенциалов для ячейки известна как электродвижущая сила (ЭДС).
ЭДС = окислительный потенциал анода + восстановительный потенциал катода = 0,76 + 0,34 = 1,1 вольт
Значение окислительного потенциала любого электрода равно отрицательному значению восстановительного потенциала того же электрода, ЭДС ячейки обозначается символом E, если этот потенциал является стандартным, он измеряется с использованием стандартного водородного электрода, в данном случае , потенциал обозначается символом Eº.
Электрохимическая серия
Электродвижущая последовательность — это расположение элементов в порядке убывания в соответствии с их потенциалом окисления относительно стандартного водородного электрода или расположение элементов в порядке возрастания в соответствии с их потенциалом восстановления относительно стандартного водородного электрода.
Электродвижущая сила (ЭДС) = окислительный потенциал анода + восстановительный потенциал катода.
Электродвижущая сила (ЭДС) = окислительный потенциал анода — окислительный потенциал катода
Электродвижущая сила (ЭДС) = восстановительный потенциал катода — восстановительный потенциал анода
Стандартный водородный потенциал = ноль, для того же элемента, значение окислительного потенциала = — потенциал восстановления, если (ЭДС) ячейки:
- Положительный: это означает, что это гальванический элемент, его реакция является спонтанной и вырабатывает электрический ток (реакция разряда).
- Отрицательный: это означает, что это электролитическая ячейка, ее реакция не является спонтанной и не производит электрический ток(реакция заряда).
Элементы в верхней части ряда имеют положительные значения потенциала окисления и отрицательные значения потенциала восстановления. Они считаются сильным восстановителем. Элементы в нижней части ряда имеют отрицательные значения потенциала окисления и положительные значения потенциала восстановления. сильный окислитель.
При сравнении значений окислительного потенциала более высокий окислительный потенциал является анодом, а более низкий окислительный потенциал — катодом. Можно получить электрическую энергию от гальванического элемента , где окисление происходит на цинковом электроде, а восстановление — на Cu. электрод, где окислительный потенциал Zn составляет 0,76 вольт, а восстановительный потенциал Cu = 0,34 вольт.
Невозможно получить электрическую энергию от гальванического элемента , где окисление происходит на Cu-электроде, а восстановление происходит на Zn-электроде, где окислительный потенциал Cu составляет -0,34 В, а восстановительный потенциал Zn = -0,76 В, ЭДС = ( — 0,34) + (- 0,76) = — 1,1 вольт (отрицательные значения).
Сильный восстановитель — это элемент с наивысшим окислительным потенциалом . Сильный окислитель — это элемент с наивысшим восстановительным потенциалом. По мере увеличения окислительного потенциала атома или иона увеличивается его способность к окислению . Элемент (более высокий окислительный потенциал) заменяет менее активный из раствора своей солью.
2 Na + H 2 O → 2 NaOH + H 2
Элементы, которые находятся в верхней части электродвижущей серии, считаются сильными восстановителями, потому что они имеют высокий окислительный потенциал, поэтому их легко окислять . Сильные окислители расположены в нижней части электродвижущей серии, потому что они восстанавливаются. легко из-за их высокого восстановительного потенциала.
Медь не заменяет цинк в солевых растворах, потому что окислительный потенциал меди меньше, чем окислительный потенциал цинка, медь не заменяет водород воды или разбавленных кислот, в то время как натрий может заменять водород кислот и воды, потому что окислительный потенциал меди меньше, чем у водорода, а окислительный потенциал натрия выше, чем у водорода.
И магний, и железо заменяют водород воды или разбавленных кислот, в то время как натрий может заменять водород кислот и воды, потому что потенциал окисления обоих выше, чем у водорода, в то время как потенциал окисления магния выше, чем потенциал окисления железо.