标准氢电极

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  • 所属分类:基础化学类

了解氢电极的基本原理和应用。


实验原理

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。


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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