将镀有一层海绵状铂黑的铂片,浸入到H浓度为1.0mol/L的酸溶液中,不断通入压力为100kPa的纯氢气,使铂黑吸附H2至饱和,这时铂片就好像是用氢制成的电极一样。
标准氢电极
了解氢电极的基本原理和应用。
实验原理
实验步骤
一、实验目的
1. 了解氢电极的基本原理和应用。
二、实验原理
标准氢电极/Standard Hydrogen Electrode,简称SHE。标准氢电极通常是将镀有一层海绵状铂黑的铂片,浸入到氢离子活度为1mol/L的酸溶液中,不断通入压力为1个大气压的氢气,使铂黑吸附氢气至饱和。
三、氢电极的旧定义
1. 种电极的定义是“铂电极浸在浓度为1N的一元强酸中,放出压力为1atm的氢气”。可见它能够实际实现,因而使用很方便。然而,这样的电极-溶液界面并不完全可逆,所以后来零电位的定义有所改变——新的定义是一个氢离子的活度为1mol/L的理想电极-溶液界面(即假设氢离子与其他微粒没有任何相互作用,显然现实中无法实现)。为了便于区分,这个新标准称为“标准氢电极”。
2. 总之,一般氢电极(NHE):铂电极在1N的强酸溶液中所构成的电极(历史标准,现已弃用)。
3. 标准氢电极(SHE):铂电极在氢离子活度为1mol/L的理想溶液中所构成的电极(当前标准氢电极的标准)。
四、铂的选择
在选择用于标准氢电极的铂时,应考虑如下几个因素:
1. 铂的稳定程度。
2. 催化氢气变为氢离子的反应的性能。
3. 铂固有的交换电流密度高低。
4. 可逆性的高低(两个完好的标准氢电极的电势相差不应超过1微伏)。
5. 铂表面是否有镀层(如镀一层铂黑)。这是为了增大总的表面积以增大反应的性能,加快反应速率;更好地吸附氢气到表面上,同样能够加快反应速率。
6. 其它的金属也能用作电极并起到相似的作用,例如金属钯。
五、干扰
1. 由于铂电极有极高的吸附性,避免电极与溶液和有机物或是大气中的氧气接触是很重要的。有氧化性的无机物(如Fe3+、CrO42- 等)同样也要与电极隔离。
2. 能够沉积在铂电极表面的阳离子(这些离子会造成干扰):银离子、汞离子、铜离子、铅离子、镉离子和铊离子。
3. 其他一些能使催化剂中毒的物质包括:含硫和含砷的物质、胶体、生物碱以及一些生物体中的物质。
六、同位素效应
1. 氘的电极反应方程式:2D+(aq) + 2e- → D2(g)
2. 其电极电势与氢的略有差异(约-0.013V,不同的文献给出的数据各不相同,如也有-0.044V等说法)。
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