水氧化还原反应中电极电势的计算和讨论

摘要

计算电极电势是电化学的必备技能。目前物理化学教材中，一般只给出了酸性条件下部分物质的标准电极电势（φ^?），以及如何利用Nernst方程由φ^?计算电极电势（φ）。教材中对于碱性条件下φ_B^?没有涉及，学生对φ_B^?不甚理解，乃至在由φ_B^?计算φ时可能得到错误的结果和结论。本文以水（H₂O）氧化还原反应为例，从物质的标准生成Gibbs自由能变(?_f G_m^?)出发计算φ^?和φ_B^?，结合酸（或碱）性条件下反应物种的分析，利用Nernst方程计算不同p H下的φ，给出φ–p H图。此外，还讨论了热力学同位素效应对φ^?和φ的影响。这可为作为相关教学和科研的参考。

关键词

水氧化还原反应 / 电极电势计算 / φ–pH图 / 热力学同位素效应

基金资助

2023年西北大学本科人才培养项目(XM05232458,XM05232428); 中国博士后基金(2021M692609); 2019年陕西省线下一流本科课程建设项目(物理化学)