半导体电极上水的电化学光解

半导体电极上水的电化学光解

尽管很多研究人员都在研究水的光解，但是我们现在提出一种有效的方法。由于水对于可见光而言是透明了，不容易直接分解，仅能在190nm以下的辐射下发生分解。

电化学条件下分解水，至少需要1.23V的电压。这一能量值与波长大概1000nm的辐射波的能量值相当。因此，如果在电化学体系中合理利用光能，我们就能利用可见光分解水。这里我们给出了一种光-电化学电池采用该方法来分解水。

如果能满足以下3个条件之一，我们可以不消耗电能的情况下来电解水。第一，析氧反应所需电势要比正常电极上析氢反应的电势低；第二，析氢反应所需电势要比正常电极上析氧反应的电势高；第三，析氧反应的电势降低，析氢反应的电势升高，直到前者比后者低为止。在一定波长光照下，用电位器测定了n-TiO2电极的电流-电压曲线（图1）。与光强成正比的阳极电流开始降到低于450nm, 也就是3.0eV，这是由于TiO2的能带隙的存在。电流在阳性电位处达到饱和，这与甘汞电极有关。这些事实说明阳极反应与光激发引起共价键上的洞有关。许多测试方法都证明析氧反应的发生。在pH 4.7的水溶液中，析氧反应所需电势是-0.5V(甘汞电极)，该数值比标准情况下的数值要低。我们把这一现象称为光敏电解氧化。当电解质中存在卤素离子时，它们也会按照光敏电解氧化的方法被氧化。该现象在其他半导体材料上也会发生，如ZnO和CdS.因此，我们认为受辐射的TiO2电极上的析氧反应属于上述第一类。

随后，我们设计了一个与外接铂黑电极相连的TiO2电极。当用光照射TiO2电极时，电流从铂黑电极通过外接电路到达TiO2电极。电流的方向表明氧化反应（析氧反应）发生在TiO2电极上，而还原反应（析氢反应）发生在铂黑电极上。

根据以下方程式，我们推测在没有外加电压的情况下，可以用可见光将水分解为氧气和氢气：

（TiO2被光激发）

（TiO2电极）

（铂黑电极）

总的电极反应：

TiO2电极上发生氧化反应的起始电势几乎与平带电势完全对应，并且在一定pH溶液中，电极的平带电势是一个常数。为了提高分解效率，可以讲更多可还原性的物种，如溶解氧或Fe3+,添加到铂电极的腔中。添加Fe3+能够提高光照下所产生的电流。500W氙灯照射TiO2电极产生几mA的电流，我们估计该过程下的量子效率是0.1.电池的电动势高达0.5V。

采用n型的半导体材料能使光敏析氧反应的电势降低，与此类似，我们也可能采用一种p 型的半导体材料使析氢反应的电势更高。如果有这样一种p型半导体电极来代替铂黑电极，那么水的电化学光解效率会更高。

3电化学三电极体系

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.3电化学三电极体系 电化学传感器中用得最多的是三电极体系，对应的三个电极分别是工作电极、参比电极和辅助电极。三个电极组成两个回路，工作电极和辅助电极(对电极)组成的回路，用来测电流;工作电极和参比电极组成的回路，用来测电极的电位。图1.2是电化学传感器中常用的三电极体系示意图， 辅助电极又叫对电极(counter electrode )，它在整个体系中的作用是与工作电极形成回路，保持电流的畅通稳定，就好比电路里需同时具备火线和零线一样，由此可见，对电极在电化学测试体系中不可或缺。对电极保证电化学反应发生在工作电极上但又不会影响工作电极上的反应。对电极的表面积比工作电极的表面积要大，这样就能降低加在对电极上的电流密度，使它在检测过程中不容易被极化。常用的对电极材料有Ag, Pt, Ni等。

参比电极(reference electrode)是指具有己知恒定电位，且接近理想不极化的电极，基本上没有电流通过它。在电化学检测的三电极体系中，参比电极一方面在热力学上提供参比，另一方方面则是将工作电极隔离起来。为了满足电化学检测体系的需要，参比电极必须是良好的可逆电极，且电极电势要符合能斯特方程，在很小的电流流经过后，电极的电势能快速回到原状，当然电势的稳定和重现性必须很好。常用的参比电极主要有三种:标准氢电极(normal hydrogenelectrode , NHE );甘汞电极(calomel electrode ) }}0 g' 20};银/氯化银电极(Ag/AgCI协”，’‘]。其中的甘汞电极和银/氯化银电极在实验室最为常用。甘汞电极的电极反应是:Hg2Cl2 + 2e二2Hg十 2C1"，而银/氯化银电极的电极反应则是AgCI + e一Ag +Cl"，从反应式中可看出，二者的电位皆与氯离子的浓度有关。在本课题中所使用的三电极系统中，参比电极均为银/氯化银电极。 所研究的反应发生在工作电极(working electrode)上，各种能导，一匕的材料都能用作工作电极，既可以是固体，也可以是液体。虽然对_!_作电极的材料没有很明确的限制，但是对_f作电极本身有一定的要求。最堪本的一矛a--是工作电极自身所发生的反应不会影响到所研究的电化学反应，并且电极的工作电位窗口要尽可能宽;最一暇要的是电极必须不能与溶剂或者电解质组分发生反应;电极的表面应该呈光滑镜面状态，表面面积不能太大，而且就算沾染到污物，也能通过简单的预处理使电极表面达到使用要求。固体电极使用较为广泛的有玻碳电极[f6} }l、铂电极[[g}、金电极[9-川、碳糊电极

电化学电极方程式书写专题训练

电化学电极方程式书写专题训练（△标注的为提高题） 方法指导 一、电解池电极方程式的书写 1、先看电极。阳极若为活性电极阳极本身参与电极反应失电子，被氧化,阴极按放电顺序。 2、再判断溶液中的离子放电顺序。若阳极为惰性电极，对阴阳离子分别判断其放电顺序（即阴离子的失电子能力、阳离子的得电子能力），按优先放电离子先反应，书写电极反应。 3、最后阴阳相加得总反应。①若阴阳极参与反应的离子均来自溶质是，两极方程式直接相加得到总方程式，②若阴、阳极有水电离的H+或OH-参加反应，则应把H+或OH-还原成水的形式后在相加（即“各回各家，各找各妈”）③若阳极为电极本身参加反应，则应用电极材料与参加阴极反应的阳离子或水相加做反应物，再根据两个电极书写产物。 二、电池中电极方程式的书写 1、简单原电池及普通化学电源 ①先看总方程式：简单原电池的的总反应多为负极材料与电解质溶液间的反应，可直接书写。但也有负极不能与电解质溶液反应的原电池，如Fe-C氯化钠溶液构成的原电池，相当于金属的吸氧腐蚀。化学电源的总反应比较复杂，题中都会有相关信息，可以直接应用。 ②再写负极反应：基本上都是负极金属失电子的反应，但要注意溶液环境对负极氧化所得阳离子的影响，若有阴离子能与其结合生成沉淀或络合物如Al(OH)4-，电极反应物中应该有相应的阴离子参与。 ③最后写正极反应：总反应－负极反应。（简单原电池或者金属吸氧腐蚀可以直接写出） 2、燃料电池 ①先写总反应。应参考燃烧产物书写总反应。但要注意溶液酸碱性对（燃烧）产物的影响，如碱性溶液中若燃烧产物有CO2生成，则写电池反应式应将燃烧式和反应式CO2+2OH－＝CO32－+H2O相加（相加是注意要赔平两个反应使得CO2的系数相等）做为总电池反应。 ②再写正极反应，一定是O2被还原，要注意溶液环境对其还原产物的影响；另应配平使O2的系数与总方程式中的系数相等。 ③最后写负极反应：总反应－正极反应。注意负极反应式中一定没有氧气参与。 实战演练 一、电解池电极方程式的书写

3电化学三电极体系

.3电化学三电极体系 电化学传感器中用得最多的是三电极体系，对应的三个电极分别是工作电极、参比电极和辅助电极。三个电极组成两个回路，工作电极和辅助电极(对电极)组成的回路，用来测电流;工作电极和参比电极组成的回路，用来测电极的电位。图1.2是电化学传感器中常用的三电极体系示意图， 辅助电极又叫对电极(counter electrode )，它在整个体系中的作用是与工作电极形成回路，保持电流的畅通稳定，就好比电路里需同时具备火线和零线一样，由此可见，对电极在电化学测试体系中不可或缺。对电极保证电化学反应发生在工作电极上但又不会影响工作电极上的反应。对电极的表面积比工作电极的表面积要大，这样就能降低加在对电极上的电流密度，使它在检测过程中不容易被极化。常用的对电极材料有Ag, Pt, Ni等。

参比电极(reference electrode)是指具有己知恒定电位，且接近理想不极化的电极，基本上没有电流通过它。在电化学检测的三电极体系中，参比电极一方面在热力学上提供参比，另一方方面则是将工作电极隔离起来。为了满足电化学检测体系的需要，参比电极必须是良好的可逆电极，且电极电势要符合能斯特方程，在很小的电流流经过后，电极的电势能快速回到原状，当然电势的稳定和重现性必须很好。常用的参比电极主要有三种:标准氢电极(normal hydrogenelectrode , NHE );甘汞电极(calomel electrode ) }}0 g' 20};银/氯化银电极(Ag/AgCI协”，’‘]。其中的甘汞电极和银/氯化银电极在实验室最为常用。甘汞电极的电极反应是:Hg2Cl2 + 2e二2Hg十2C1"，而银/氯化银电极的电极反应则是AgCI + e一Ag +Cl"，从反应式中可看出，二者的电位皆与氯离子的浓度有关。在本课题中所使用的三电极系统中，参比电极均为银/氯化银电极。

三电极体系

三电极体系 在介绍三电极体系之前，我们要先了解下电化学工作站的基础原理。 在恒电位模式下，工作站将精确控制对电极（CE）相对于工作电极（WE）的电位，从而准确定义工作电极（WE）与参比电极（RE）之间的电位差，并与用户指定值相对应。 在恒电流模式下，工作站将严格控制WE和CE之间的电流，监测RE和WE之间的电位差。 通过使用工作站，在测量期间的任何时候都可以使用负反馈机制来精确控制用户指定的值（即施加的电位或电流），如原理图所示。 从原理图中可以看出，CE连接到电子模块的输出端，该电子模块称为控制放大器（CA）。控制放大器迫使电流经过电解池。使用电流跟随器(LowCF) 或分流器(HighCR)分别测量低电流和高电流的电流值。始终使用差分放大器

(Diffamp) 测量RE和S之间的电位差。根据当前所选择的模式（恒电位或恒电流），PSTAT / GSTAT开关会自动切换。 随后信号将进入加和点（Σ），并与数模转换器（Ein）设置的波形一起输入到控制放大器中。 三电极体系 三电极体系是电化学中最常用的设置。在这种情况下，电流在CE和WE之间流动，WE和CE之间控制电位差，并在RE和S之间测量电位差。由于WE 与S相连，在WE虚地模式下，通过控制CE的极化过程，可始终控制RE和WE之间的电位差。WE和CE之间的电位无需测量，通过调整控制放大器以使WE和RE之间的电位达到用户的要求。这种配置可以控制WE电化学界面与RE 的电位。 为了减少由于RE和WE之间残留溶液而导致的欧姆降，可使用鲁金毛细管

将RE的末端尽可能地靠近WE表面，如上图。由于几乎没有电流流入参比电极，因此毛细管上的电压降很小或没有，从而确保毛细管的末端电位非常接近于RE 电位。

电化学电极方程式书写基本思路

原电池电极方程式的书写 对原电池而言，书写电极方程式时对电极的分析很重要。一般情况下，电极会有以下几种情况： （1）两电极均为活泼金属，电解质溶液为两种活泼金属中的一种或两种与之可以反应的物质： a.例如：两电极分别为Mg、Al，电解质溶液为硫酸溶液（也可以是CuSO4溶液等），针对这一种情形，判断电极的正负一般就依靠金属活动顺序，这个例子中，Al的活泼性要比Mg差，因此Mg为负极，失去电子，发生氧化反应，Al为正极，由溶液中可以得到电子的物质得到电子，发生还原反应。 故： 负极反应为：Mg－2e=Mg2＋ 正极反应为：2H＋＋2e=H2↑ 总反应为：Mg＋2H＋=Mg2＋＋H2↑ 说明：刚才说溶液中可以得到电子的物质得到电子，有时溶液中可能存在多种可以得到电子的离子，这是就需要分析哪一种先得到电子，例如这个例子中，如果硫酸溶液中还含有Cu2＋的话，则Cu2＋先得到电子，变成Cu单质。金属活动性越弱，对应的金属离子得到电子的能力就越强其顺序可以这么记忆：Hg2＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>Al3＋>Mg2＋。 b.同a的电极一样，还是为Mg、Al，但是电解质为NaOH溶液，这时，因为电解质溶液的特殊性，所以电极的正负得重新分析。由于Mg不可以和NaoH溶液反应，而Al可以，这样一来，Al则成为了负极失去电子发生氧化反应，而Mg则成了正极，溶液中的阳离子得到电子而发生还原反应。 故： 负极反应为：Al－3e=Al3＋ 正极反应为：2H＋＋2e=H2↑ 总反应为：2Al＋6H＋=Al3＋＋3H2↑ 上述的这电极反应和总反应是理想话的反应，是没有考虑到电解质溶液而写出来的。在NaOH 溶液中，负极生成的Al3＋是不可能以Al3＋存在，因为Al3＋会与溶液中大量的OH－反应生成AlO2－，所以负极反应应该为： Al－3e=Al3＋ Al3＋+4OH－=AlO2－＋2H2O 总的负极反应应为：Al－3e＋4OH－=AlO2－＋2H2O（实际反应） 正极的氢离子实则是水电离出来的氢离子，故正极极的反应为： H2O=H＋＋OH－ 2H＋＋2e=H2↑ 总正极反应为：2H2O＋2e=H2↑＋2OH－ 总反应２Ａｌ＋2OH－＋2H2O=２ＡｌＯ２－＋３Ｈ２↑ （2）其中一电极为活泼金属电极，另一电极为可导电的非金属（即碳棒）。这种情况下，就主要看活泼金属电极能否与电解质溶液发生氧化还原反应，如果可以，那活泼金属电极为负极，活泼金属失去电子发生氧化反应，碳棒为正极，溶液中的阳离子得到电子发生还原反应。那这一类电极的方程式书写就与第一类是一样的思路和方法。 （3）两电极均为碳棒或惰性金属电极（出现的基本上是金属铂Pt），那这一类的一般来说是用于燃料电池的应用。现在以H2、CH4与O2构成的燃料电池来描述，其中电极均为碳棒或铂，以硫酸和NaOH溶液为电解质分别讨论介绍方法。 首先我们知道2H2＋O2=2H2O、CH4＋2O2=CO2＋2H2O这两个反应，氧气都是得到电子，氢气

电化学三电极工作体系

电化学测量三电极系统：工作电极，辅助电极(对电极)，参比电极。参比电极的作用是在测量过程中提供一个稳定的电极电位，对于一个三电极的测试系统，之所以要有一个参比电极，是因为有些时候工作电极和辅助电极(对电极)的电极电位在测试过程中都会发生变化的，为了确切的知道其中某一个电极的电位(通常我们关心的是工作电极的电极电位)，我们就必须有一个在测试过程中电极电位恒定的电极作为参比来进行测量。如果可以确定辅助电极的电极电位在测试过程中是不发生变化或者变化可以忽略不计时，我们就不必使用参比电极。这就是所谓的双电极测试系统。辅助电极的作用是在整个测试中形成一个可以让电流通过的回路，只有一个电极外电路上是不可能有稳定的电流通过的。这就好比电路里面必须要有火线和零线一样。因此辅助电极对于电化学测试是必须的，而参比电极则可以根据具体情况进行选择，并不是一定要有的。 参比电极（Reference electrode）： 参比电极具有已知恒定的电位，为研究对象提供一个电位标准。测量时，参比电极上通过的电流极小，不致引起参比电极的极化。经常使用的参比电极主要有以下三种： A.标准氢电极（NHE）：常以在标准状态下，氢离子和氢气的活度为1时的电位即E?为电极电位的基准，其值为0. B.甘汞电极（Calomel electrode）：甘汞电极是实验室最常用的参比电极之一，它的电极反应是：Hg2Cl2 + 2e = 2Hg + 2Cl-，可见其电位与氯离子的浓度有关。当溶液中的KCl达到饱和时，叫做饱和甘汞电极（SCE），标准电极电位为0.2412 V；KCl浓度为1 时的电极电位为0.2801 V；KCl浓度为0.1 M时的电极电位为0.3337 V. C.银氯化银电极(Ag/AgCl)：银氯化银电极也是实验室最常用的参比电极之一，其电极反应为：AgCl + e = Ag + Cl-，其电位也受Cl-浓度的影响。KCl饱和时的电极电位为0.199 V. 银—氯化银电极：银—氯化银电极具有非常良好的电极电位重演性、稳定性，由于它是固体电极，故使用方便，应用很广。甚至有取代甘汞电极的趋势，这是由于汞有毒性，此外，甘汞电极的温度变化所引起的电极电位变化的滞后现象较大，而氯化银电极的高温稳定性较好。它是一种常用的参比电极。AgCl在水中的溶解度约为10-5（25 ℃），是很小的。但是如果在KCl溶液中，由于AgCl和Cl-能生成络合离子，使其AgCl的溶解度显著增加。在1 M KCl 溶液中，AgCl的溶解度为1.4×10-2 g/L，而在饱和KCl溶液中则高达10 g/L。因此为保持电极电位的稳定，所用KCl溶液需要预先用AgCl饱和。特别是在饱和KCl溶液中更应注意。此外，如果把饱和KCl溶液的Ag/AgCl电极插在稀溶液中，在液接界处KCl溶液被稀释，这是部分原先溶解的Ag离子将会分解，而析出Ag沉淀。这些Ag沉淀容易堵塞参比电极管的多孔性封口。由于上述缺点，通常不采用饱和KCl溶液作为Ag/AgCl电极的电解液。

电化学中电极反应式的书写技巧

电化学中电极反应式的书写技巧 电化学中电极反应式的书写不仅是电化学教学的重点和难点，更是高考的热点题型之一，其中，燃料电池电极反应式以及可充电电池电极反应式的书写又是电极反应式书写中的难点。下面笔者就如何正确书写电极反应式进行了较为详尽的归纳，旨在“抛砖引玉”。 一、原电池中电极反应式的书写 1、先确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。 2、注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且O2生成OH-，若电解质溶液为酸性，则H+必须写入正极反应式中，O2生成水。 3、正负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的书写电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的书写电极反应式，即得到较难写出的书写电极反应式。 例1、有人设计以Pt和Zn为电极材料，埋入人体内作为作为某种心脏病人的心脏起搏器的能源。它依靠跟人体内体液中含有一定浓度的溶解氧、H+和Zn2+进行工作，试写出该电池的两极反应式。 解析：金属铂是相对惰性的，金属锌是相对活泼的，所以锌是负极，Zn失电子成为Zn2+，而不是ZnO或Zn(OH)2，因为题目已告诉H+参与作用。正极上O2得电子成为负二价氧，在H+作用下肯定不是O2-、OH-等形式，而只能是产物水，体液内的H+得电子生成H2似乎不可能。故发生以下电极反应： 负极：2Zn－4e-= 2Zn2+，正极：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O 。 例2、用金属铂片插入KOH溶液中作电极，在两极上分别通入甲烷和氧气，形成甲烷—氧气燃料电池，该电池反应的离子方程式为：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O，试写出该电池的两极反应式。解析：从总反应式看，O2得电子参与正极反应，在碱性性溶液中，O2得电子生成OH-，故正极反应式为：2O2+4H2O+8e- =8OH-。负极上的反应式则可用总反应式减去正极反应式（电子守恒）得CH4+10OH-－8e-= CO32-+7H2O。 二、电解池中电极反应式的书写 1、首先看阳极材料，如果阳极是活泼电极（金属活动顺序表Ag以前），则应是阳极失电子，阳极不断溶解，溶液中的阴离子不能失电子。

电化学工作站使用说明

电化学工作站使用说明 频段：在电化学阻抗谱中，以对数方式描述频率变化可使阻抗谱显得紧凑而不失特征。在对数坐标系中，人们更习惯于以10为底。鉴于此，在RST电化学工作站中，将频率变化10倍的频率范围称为一个频段。例如：将1Hz～10Hz的频率范围称为频段6;将10Hz～100Hz的频率范围称为频段7，等等。在每个频段中，可包含1~24个频点，依操作者设置而定。一般地，需要着重关注的频段可多设置一些频点;运行时间太长的频段可少设置一些频点。 频点：电化学阻抗是频率的函数(例如：在幅频特性和相频特性中频率是自变量;在阻抗复平面和导纳复平面中频率是参变量）。为了较全面地表述电化学体系的阻抗特征，我们需要在较宽的频率范围内对其进行测量，一般需要几十个频率。在RST电化学工作站中，将这种离散的测量频率称为频点。经过测量，每一个频点将获得一组测量值。 周波：在RST电化学工作站中，将正弦波持续一个完整周期(相位变化量=2p）所形成的波形成为周波。在交流信号的稳态测量中，测量时间越长，信噪比越高。因此，将某个频点的周波数设得多一些，该频点的测量数据就会更精确一些，当然，相应的测量时间将变得长一些。 起始频率、终止频率：在电化学阻抗谱测量过程中，我们将第一个测量频率称为起始频率;将最后一个测量频率称为终止频率。小技巧：由于频率较高的频点所需的测量时间较短，因此，如将起始频率设成高频，将终止频率设成低频，则在测量过程中可较早地看到阻抗谱的全貌。 运行时间：运行时间与起始频率、终止频率、频点数量、每个频点的周波数等参数的设置息息相关。在RST5000F系列电化学工作站的软件中，当改变上述参数时，运行时间将立即计算得到，便于操作者权衡。 偏置电位 在RST电化学工作站中，对电解池中的工作电极所加的直流电位(相对于参比电极）称为偏置电位。 在电子学中，为了便于信号分析，常把交直流混合信号看成是由一个交流信号和一个直流信号叠加组成的。从时间波形上看，直流信号可使交流波形向上或向下偏移，从而称其为偏置信号。如以电位(电压）形式表述，则称为偏置电位(电压）。 大多数电化学阻抗的测量是在开路电位条件下进行的。此时，外电路电流为零，工作电极上没有超电势。当给工作电极加的交流信号足够小时，如2mV～10mV，通常认为这种平衡状态不会遭到破坏。请注意，此时加到工作电极上的偏置电位应是其开路电位。由于电化学系统的开路电位很难用理论公式精确计算，需要实测得到。因此，在进行电化学阻抗谱测量之前，我们要先测得电极系统处于稳态时的开路电位，并将该值填入偏置电位输入框中。 如果需要在极化条件下测量电化学阻抗谱，则：偏置电位 = 开路电位＋超电势。

电化学电极方程式书写专题训练

电化学电极方程式书写专题训练 |登封实验高中高一化学11假期作业(2014/9/28)班级名称 电化学电极方程写作专题训练(△标记改善问题) 方法指导 1，电解槽电极方程写作 1，先看电极|如果阳极是活性电极，阳极本身参与电极反应，失去电子并被氧化，阴极依次放电 2，再次判断溶液中的离子放电顺序如果阳极是惰性电极，则分别判断阴离子和阳离子的放电顺序(即阴离子的电子损失能力和阳离子的电子获得能力)，根据优先放电离子进行第一次反应，并写入电极反应。 3，最终阴阳总反应(1)如果参与反应的阴极和阳极的离子都来自溶质，则直接将两极方程相加，得到总的 方程；(2)如果阴极和阳极有氢+或氢氧化物从水中分离出来参与反应，氢+或氢氧化物应还原成水的形式，然后再加入(即“返回每间房子，分别找到每一个母亲”)；(3)如果阳极是参与反应的电极本身，则加入电极材料和参与阴极反应的阳离子或水相作为反应物，并根据两个电极写入产物2.在电池1中写入电极方程。简单一次电池和普通化学电源 ①先看一般方程:简单一次电池的一般反应主要是负极材料和电解液之间的反应，可以直接写出然而，也有负电极不能与电解质溶液反应的原电池，例如由铁-碳氯化钠溶液组成的原电池，这相当于金属

的氧吸收腐蚀。化学电源的总反应比较复杂，问题中会有相关信息，可以直接应用。 ②重写负极反应:基本上是负极金属失去电子的反应，但应注意溶液环境对负极氧化得到的阳离子 -离子的影响。如果阴离子可以与它们结合形成沉淀或络合物，如氢氧化铝，相应的阴离子应该包含在电极反应物中。 ③最后写出阳性反应:总反应-阴性反应(简单原电池或金属氧吸收腐蚀可直接写入)2。燃料电池 ①先写总反应总反应应参照燃烧产物来写然而，应注意溶液的酸性和碱性对(燃烧)产物的影响。例如，如果CO2是从 -2- 碱性溶液中的燃烧产物产生的，则在写入电池反应类型时，燃烧类型和反应类型CO2+2OH = CO3+H2O应被添加为总电池反应(添加是为了补偿两个反应，使得CO2的系数相等) ②再次写阳性反应时，必须降低O2。应注意溶液环境对其还原产物的影响。此外，O2的系数应平衡至等于总方程中的系数。 ③最后写阴性反应:总反应-阳性反应注意，在负反应式中必须没有氧实战练习 1，写电解池电极方程式 电极材料惰性电极惰性电极铜电极铜电极铜电极铝电极电解质氯化钠溶液硫酸铜溶液阳极反应阴极反应一般反应方程式熔化氯化镁熔化氧化铝H2O硫酸溶液氢氧化钠溶液H2SO4溶液氢氧化钠溶液登封

三电极体系资料讲解

工作电极参比电极对电极 研究对象工作电极 参比电极:确定工作电极电位 辅助电极有时也称对电极:传导电流 三电极体系含两个回路，一个回路由工作电极和参比电极组成，用来测试工作电极的电化学反应过程，另一个回路由工作电极和辅助电极组成，起传输电子形成回路的作用。 电化学需要两个电极同时发生氧化还原反应，那么需要两个电极 但是针对您要研究的工作电极，需要参比电极精确地控制工作电极的电极电位， 那么就需要额外的参比电极， 以三者成为三电极体系。 参比电极和工作电极构成测试回路，体系可当成断路。 工作电极和对电极构成另外的回路，是构成电解槽的回路，满足电化学反应平衡的。 研究的是工作电极，只有精确地测定工作电极的电位，才能够考察电位同电化学反应，吸附等界面反应的规律。 至于辅助电极和工作电极之间的联系，主要是在于构建电化学反应平衡，另外要保证辅助电极不要影响到工作电极。 而确定辅助电极和工作电极之间的电位，用电压表就ok了，不需要双参比电极分别确定两电极电位。 当然，是否以后的电化学工作站，可以确定双参比，分别控制辅助电极和参比电极，可能也算是个新思路吧 三电极是指工作电极；电导电极；甘汞电极。用上电化学工作站的时候需要用上250ml电解池再放上三电极做自己想要做的式样。 同时，三个电极不要接触上，但要尽可能的近 工作电极与对电极构成电流的回路，它们之间的电压叫槽牙，可用普通的伏特计测量。工作电极与参比电极之间通过高输入阻抗的电位差计测量，类似于电位法的装置，是用来监控工作电极电位的线路。上面有位说是断路，不确切，应该有微小电流流过。

楼上的说得都差不多了，本人补充点：参比电极要尽可能地靠近研究电极，一般用甘汞电极；辅助电极也就是对电极一般用铂电极或者其他，面积一般比研究电极的大5倍或以上。 对于电化学三电极体系的工作原理，用一句话概括就是三电极两回路： 三电极指的是工作电极、参比电极和对电极，工作电极又称为研究电极，顾名思义就是我们所要考察的电极；参比电极是用来测量工作电极电势的；对电极又称为辅助电极，只是用来通过电流的 两回路指的是极化回路和测量回路 电化学研究最常用的测试手段是电极极化曲线的测量，在三电极体系中，通过对工作电极施以不同的极化，测试电流密度与电势的对应关系曲线，了解工作电极的电化学性能。 借贵宝地问一下，参比电极中Ag/AgCl和甘汞电极的区别，仅仅是参考电位不同吗，还是有其他不一样的地方？ Ag/AgCl与SCE相比，具有较小的温度系数，可制作的更加紧凑。要根据实验体系来选择参比电极 你也说过了，电化学需要两个电极同时发生氧化还原反应，但是一般情况下对电极不发生氧化或还原反应，只起着导电的作用，而真正氧化或者还原的电极是工作电极，那整个电路之发生了单一的反应啊？ 您提到的对电极不发生氧化或还原反应的，这句话是不对的 在循环伏安测试中，如果工作电极处于某一电位下的氧化或者还原反应，那么与之对应的对电极一定会发生还原或者氧化反应。 这是一定的。 因此，在电解槽中阳极和阴极的反应是成对出现的，而三电极体系是同一道理。 因为维持电化学反应平衡是要由阳极氧化反应的失电子用于阴极反应的得电子上。电子不是槽电流产生的，而是电极反应产生的，发生一侧的还原，必然有一侧的氧化，这才是真实的电化学反应平衡，是存在耦合关系的。 前面说得很有道理，但是有一点我觉得不妥，你说阳极氧化反应的失电子用于阴极反应的得电子上，我觉得在电解的时候阴极的电子是有电源负极提供的，虽然阳极氧化失去电子，但是他的电子也是回到电源正极。你说呢？ 我觉得我们应该探讨下就是阳极氧化失去的电子回到正极上的情况，这么说回到正极的话难道会增大电源的电压，或者是这部分回到正极的电子作用到了阴极还原所需要的电子

镍参比电极原子氢电化学传感器

沈阳工业大学学报990526 沈阳工业大学学报 JOURNAL OF SHENYANG POLYTECHNIC UNIVERSITY 1999年　第21卷　第5期　Vol.21　No.5　1999 镍参比电极原子氢电化学传感器 余刚　王兵　于海燕　靳惠明　娄桂艳　李运超 摘要:加氢反应器是石油化工行业的关键设备，由于长期工作在高温、高压环境中，要求附着在其器壁上用于测定原子氢的传感器具有较好的高温工作特性。研制一种用镍电极作为参比电极的三电极系统化学传感器，试验了该传感器的基本性能，确定了氢渗透时原子氢氧化的最佳氧化电位为0.4V（vs Ni）。 关键词：电化学传感器；镍参比电极：原子氢；氢渗透 中图分类号：TG172.82;O652.2 文献标识码：A Electrochemical sensor for atomic hydrogen by using nickel reference electrode YU Gang　WANG Bing　YU Hai-yian　JIN Hui-ming　LOU Gui-yan　LI Yun-Chao （College of Science Shenyang Polytechnic University,Shenyang,110023,China）Abstract:Hydrogenation reactor is key equipment in the petroleum refinery industry.The sensor atta-ched to the wall of the reactor for measuring atomic hydrogen in metals must have good working characteristics since the reactor operates in the circumstance of elevated temperature and high pressure.A electrochemical sensor with three-electrode system is developed by using nickel as reference electrode.The proterties of the sensor are tested.The optimum oxidizing potemtial is determined as 0.4 V vs nick-elelectrode. Keywords:electrochemical sensor;nickel reference electrode;atomic hydrogen;hydrogen permeation 加氢反应器是石油化工行业的关键设备，由于其长期工作在高温、高压（T=350～450℃，p H =16～27MPa）[1]的氢气环境中，氢在反应器壁上的渗入，使钢壁中氢的含 2 量增加，在远低于其设计应力和许用应力情况下发生低应力氢脆性断裂. M.A.V.Devanathan和Z.Stachurski提出了一种测定氢渗透速率的电化学方法[2],这种方法距工程应用还有一定的距离。由于加氢反应器长期工作在约425℃的高温环境中，这就要求附着在加氢反应器器壁上的三电极体系的传感器具有较好的高温工作特性。显然常用的甘汞、氧化汞、AgCl等参比电极都需要使用含有溶液的盐桥，电极材料本身在高温下容易分解，故不便使用。而在高温下使用的参比电极大多是金属参比电极，如Pt2+/Pt,Al3+/Al,Ni2+/Ni等,该参比电极可在熔盐体系中应用[3]. file:///E|/qk/sygydxxb/sygy99/sygy9905/990526.htm（第 1／6 页）2010-3-23 8:15:28

电化学中电极反应式的书写技巧

电化学中电极反应式的书写不仅是电化学教学的重点和难点，更是高考的热点题型之一，下面就如何正确书写电极反应式进行了较为详尽的归纳总结，旨在“抛砖引玉”。 一、原电池中电极反应式的书写 1、先确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。 2、注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式,如Al－Cu－NaHCO3溶液构成的原电池中，因Al失去电子生成的Al3+能与HCO3－反应： Al3+ +3HCO3－=Al(OH)3↓+3CO2↑，故铝件（负极）上发生的反应为： Al－3e－+3HCO3－=Al(OH)3↓+3CO2↑，而不是仅仅写为： Al－3e－=Al3+。 3、若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，电极反应式中不能出现H+，且水必须写入正极反应式中，与O2结合生成OH-，若电解质溶液为酸性，电极反应式中不能出现OH－，且H+必须写入正极反应式中，与O2结合生成水。如例 1、例2。 4、正负极反应式相加（电子守恒）得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的电极反应式，即得到较难写出的电极反应式。如例2。 例1、有人设计以Pt和Zn为电极材料，埋入人体内作为某种心脏病人的心脏起搏器的能源。它依靠跟人体内体液中含有一定浓度的溶解氧、H+和Zn2+进行工作，试写出该电池的两极反应式。 解析：

金属铂是相对惰性的，金属锌是相对活泼的，所以锌是负极，Zn失电子成为Zn2+，而不是ZnO或Zn(OH)2，因为题目已告诉H+参与作用。正极上O2得电子成为负二价氧，在H+作用下肯定不是O2-、OH-等形式，而只能是产物水。故发生以下电极反应： 负极：2Zn－4e-= 2Zn2+，正极： O2 + 4H++ 4e-= 2H2O。 例2、用金属铂片插入KOH溶液中作电极，在两极上分别通入甲烷和氧气，形成甲烷—氧气燃料电池，该电池反应的离子方程式为： CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O，试写出该电池的两极反应式。 解析： 从总反应式看，O2得电子参与正极反应，在强碱性溶液中，O2得电子与H2O结合生成OH-，故正极反应式为：2O2+4H2O+8e-=8OH-。负极上的反应式则可用总反应式减去正极反应式（电子守恒）得CH4+10OH-－8e-=CO32-+7H2O。 二、电解池中电极反应式的书写 1、首先看阳极材料，如果阳极是活泼电极（金属活动顺序表Ag以前），则应是阳极失电子，阳极不断溶解，溶液中的阴离子不能失电子。 2、如果阳极是惰性电极（Pt、Au、石墨），则应是电解质溶液中的离子放电，应根据离子的放电顺序进行书写电极反应式。阳极（惰性电极）发生氧化反应，阴离子失去电子被氧化的顺序为： S2-＞SO32-＞I-＞Br -＞Cl-＞OH-＞水电离的OH-＞含氧酸根离子＞F-。阴极发生还原反应，阳离子得到电子被还原的顺序为： Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞（酸电离出的H+）＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞（水电离出的H+）＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+。（注：

电化学体系三电极介绍

电化学体系三电极介绍 所有电化学体系至少含有浸在电解质溶液中或紧密附于电解质上的两个电极，而且在许多情况下有必要采用隔膜将两电极分隔开。我们将分别介绍电极、隔膜、电解质溶液及电解池的设计与安装。 电极(electrode)是与电解质溶液或电解质接触的电子导体或半导体，为多相体系。电化学体系借助于电极实现电能的输入或输出，电极是实施电极反应的场所。一般电化学体系分为二电极体系和三电极体系，用的较多的是三电极体系。相应的三个电极为工作电极、参比电极和辅助电极。 工作电极: 又称研究电极，是指所研究的反应在该电极上发生。一般来讲，对工作电极的基本要求是:工作电极可以是固体，也可以是液体，各式各样的能导电的固体材料均能用作电极。(1) 所研究的电化学反应不会因电极自身所发生的反应而受到影响，并且能够在较大的电位区域中进行测定; (2) 电极必须不与溶剂或电解液组分发生反应; (3) 电极面积不宜太大，电极表面最好应是均一平滑的，且能够通过简单的方法进行表面净化等等。 工作电极的选择：通常根据研究的性质来预先确定电极材料，但最普通的“惰性”固体电极材料是玻碳(铂、金、银、铅和导电玻璃）等。采用固体电极时，为了保证实验的重现性，必须注意建立合适的电极预处理步骤，以保证氧化还原、表面形貌和不存在吸附杂质的可重现状态。在液体电极中，汞和汞齐是最常用的工作电极，它们都是液体，都有可重现的均相表面，制备和保持清洁都较容易，同时电极上高的氢析出超电势提高了在负电位下的工作窗口记被广泛用于电化学分析中。 辅助电极:又称对电极，辅助电极和工作电极组成回路，使工作电极上电流畅通，以保证所研究的反应在工作电极上发生，但必须无任何方式限制电池观测的响应。由于工作电极发生氧化或还原反应时，辅助电极上可以安排为气体的析出反应或工作电极反应的逆反应，以使电解液组分不变，即辅助电极的性能一般不显著影响研究电极上的反应。但减少辅助电极上的反应对工作电极干扰的最好办法可能是用烧结玻璃、多孔陶瓷或离子交换膜等来隔离两电极区的溶液。

电化学专题——电极反应方程式的书写

电化学专题—电极反应方程式的书写 一、原电池与电解池的判断 指出下列装置哪些为原电池哪些为电解池 ⑴ ⑵ ⑶ ⑷ ⑸ ⑹ ⑺ ⑻ ⑼ ⑽ ⑾ 原电池 电解池 定 义 将化学能转变成电能的装置 将电能转变成化学能的装置 形成条件 ①活动性不同的两电极（连接） ②电解质溶液（电极插入其中并与电极自发反应） ③形成闭合回路 ①两电极接直流电源 ②两电极插入电解质溶液 ③形成闭合回路 电极名称 负极 较活泼金属（电子流出的极） 正极 较不活泼金属或能导电的非金属（电子流入的极） 阴极 与电源泉负极相连的极 阳极 与电源正极相连的极 电极反应 负极 氧化反应；金属或还原性气体失电子 正极 还原反应；溶液中的阳离子得电子或者氧化性气体得电子（吸氧腐蚀） 阳极 氧化反应；溶液中的阴离子失电子，或电极金属失电子 阴极 还原反应；溶液中的阳离子得电子 电子流向 能量转变 化学能转变为电能 电能转化为化学能 装置特点 无外接直流电源 有外接直流电源 相似之处 均能发生氧化还原反应，且同一装置中两个电极在反应过程中转移电子总数相等。 举 例 ⑴铜锌原电池；⑵氢氧燃烧电池 ⑴氯碱工业装置；⑵电解精炼铜

三、原电池的电极反应和总反应式书写方法 1、仅有一电极材料参与反应方法： 规律：参与反应的金属电极本身为负极，另一电极往往为正极，负极是参与反应的金属失电子，正极是介质溶液中的微粒得电子（反应一般为析氢、吸氧、析Cu、Ag等） （1）酸性较强介质：正极一般是析氢反应。 例：图1电极反应：负极：Zn-2e=Zn2+正极：2H++2e=H2↑ （2）接近中性介质：正极一般是吸氧反应。 例：图2电极反应：负极：2Fe-4e=2Fe2+正极：O2+4e+2H2O=4OH- 练习1.我国首创的以铝—空气—海水电池为能源的新型海水标志灯，它以海水为电解质溶液，利用空气中的氧使铝不断氧化产生电流，写出这种电池的电极材料、电极反应式及总反应式。答：负极（Al）：4Al-12e-=4Al3+ 正极（C）：3O2+12e-+6H2O=12OH- 总反应式：4Al+6H2O+3O2=4Al（OH）3 分析：负极本身参加反应被氧化，正极必须能导电而本身不参加反应。电源负极材料为：铝； 电源正极材料为：石墨等能导电的惰性材料。负极反应为：4Al－12e－=4Al3+；正极反应为：3O2+6H2O+12e－＝12OH－ （3）碱性介质：正极一般也是吸氧反应。 例：图3电极反应：负极：2Fe-4e=2Fe2+正极：O2+4e+2H2O=4OH- （4）含不活泼金属的盐溶液为介质：正极析出不活泼金属（Cu、Ag等）。 例：图4电极反应：负极：Fe-2e=Fe2+正极：Cu2++2e=Cu 2、两电极材料均参与反应（常见于蓄电池式或纽扣式电池） 规律：两电极材料通常由金属和金属化合物构成，金属作负极。电子得失均由两电极本身发生。在书写电极反应式时，应考虑电解质对电极的影响（如生成难溶物、弱电解质等）。介质为酸性溶液时，反应式两边不能出现OH-离子；碱性溶液为介质时，反应式两边不能出现H+离子。 （1）酸性介质例：实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制氯气，已知铅蓄电池工作时

三电极体系

2. 2电化学性能测试 2. 2. 1电化学性能表征 ①活化性能:MH电极一般需经过若干次充放电循环后，才能达到最大放电容量，这个过程称作MH电极的活化。一般来说，MH电极的活化是下列几种作用的结果:合金粒子在充放电循环中粉化，因而增加了合金与电解液接触的表面积;具有电催化活性的金属元素在合金表面分凝;由于一些合金元素或其氧化物从合金中溶出，增大了电极的孔率。活化性能好是指储氢合金能在较短的充放电次数达到最好的初始容量。 ②电化学容量:从电极反应可知，充电时储氢合金M吸收一个氢原子相当于得到一个电子，因此氢化物电极的电化学容量取决于金属氢化物MH、中的含氢量x.金属氢电极的理论容量计算见式(1-19). MH电极的实际容量与储氢合金本身的可逆储氢特性，热力学稳定性以及电池的工作条件如温度、压力及放电速率有关，在适宜的放电条件下，对于可逆性优异的电极材料〔如LaNi5 )，其实际容量可接近于理论容量。储氢合金的电化学容量越高越好。 ③循环寿命:MH电极经过若干次活化循环，容量逐渐增大到最大容量，此后，随着循环次数的增加，容量逐渐衰退。通过电极容量降低到一定值时的循环次数可以量度电极的循环寿命，这时决定其实用化的关键特性。合金的抗氧化腐蚀能力是决定氢化物电极容量衰退的一个重要因素。Willems等[65]对LaNis及LaNi4Cu电极的研究表明，电极的容量随循环次数的增加而按指数衰减，可表示如下: 式中，C。为第n次循环容量 C。为理论放电容量 n为循环次数 n*为经验参数 2. 2. 2测试仪器 实验用MH电极的电化学性能采用如图2-2所示的开口式三电极电解池测试。 其中辅助电极(正极)采用Ni(OH)2电极，以HgO/Hg电极作为参比电极，6mo1/L的KOH 溶液为电解液。图中B为极化电源，为研究电极提供极化电流。E为测量电位的仪器。电极

电化学必备方程式

高中常见的原电池电极反应式的书写 书写过程归纳：列物质，标得失 （列出电极上的物质变化，根据价态变化标明电子得失）。 选离子，配电荷 （根据介质选择合适的离子，配平电荷，使符合电荷守）。 巧用水，配个数 （通常介质为水溶液，可选用水配平质量守恒） 一次电池 1、伏打电池：（负极—Zn 、正极—Cu 、电解液—H 2SO 4） 负极： Zn –2e -==Zn 2+ (氧化反应) 正极： 2H ++2e -==H 2↑ (还原反应) 离子方程式 Zn + 2H + == H 2↑+ Zn 2+ 2、铁碳电池：（负极—Fe 、正极—C 、电解液H 2CO 3 弱酸性) 负极： Fe –2e -==Fe 2+ (氧化反应) 正极：2H ++2e -==H 2↑ (还原反应) 离子方程式 Fe+2H +==H 2↑+Fe 2+ (析氢腐蚀) 3、铁碳电池：（负极—Fe 、正极—C 、电解液 中性或碱性) 负极： 2Fe –4e -==2Fe 2+ (氧化反应) 正极：O 2+2H 2O+4e -==4 (还原反应) 化学方程式 2Fe+O 2+2H 2O==2Fe(OH)2 (吸氧腐 蚀) 4Fe(OH)2+O 2+2H 2O==4Fe(OH)3 2Fe(OH)3==Fe 2O 3 +3 H 2O (铁锈的生成过程) 4.铝镍电池：（负极—Al 、正极—Ni 电解液 NaCl 溶液、O 2) 负极： 4Al –12e -==4Al 3+ (氧化反应) 正极：3O 2+6H 2O+12e -==12(还原反应) 化学方程式 4Al+3O 2+6H 2O==4Al(OH)3 (海洋灯标电池) 5、普通锌锰干电池：(负极—Zn 、正极—C 、电解液NH 4Cl 、MnO 2的糊状物) 负极：Zn –2e -==Zn 2+ (氧化反应) 正极：2MnO 2+2H ++2e -==Mn 2O 3+H 2O (还原反应) 化学方程式 Zn+2NH 4Cl+2MnO 2=ZnCl 2+Mn 2O 3+2NH 3↑ 6、碱性锌锰干电池：（负极—Zn 、正极—C 、 电解液KOH 、MnO 2的糊状物） 负极： Zn + 2OH – 2e - == Zn(OH)2 (氧化反应) 正极：2MnO 2 + 2H 2O + 2e -==2MnOOH +2 OH － （还原反应) 化学方程式 Zn +2MnO 2 +2H 2O == Zn(OH)2 + MnOOH 7、银锌电池：(负极—Zn 、正极--Ag 2O 、电解液NaOH ) 负极 ：Zn+2OH ––2e -== Zn(OH)2 (氧化反应) 正极 ：Ag 2O + H 2O + 2e -== 2Ag + 2 OH － (还原反应) 化学方程式 Zn + Ag 2O + H 2O == Zn(OH)2 + 2Ag 8、铝–空气–海水（负极--铝、正极--石墨、铂网等能导电的惰性材料、电解液--海水） 负极 ：4Al －12e －==4Al 3+ (氧化反应) 正极 ：3O 2+6H 2O+12e － ==12OH － （还原反应) 总反应式为： 4Al+3O 2+6H 2O===4Al(OH)3 （铂网增大与氧气的接触面） 9、镁---铝电池 （负极--Al 、正极--Mg 电解液KOH ） 负极(Al)： 2Al + 8 OH – - 6e- ＝ 2AlO 2– +4H 2O (氧化反应) 正极(Mg ）： 6H 2O + 6e- ＝ 3H 2↑+6OH – （还原反应) 化学方程式： 2Al + 2OH – + 2H 2O ＝ 2AlO 2– + 3H 2 10、锂电池一型：（负极--金属锂、正极--石墨、电解液LiAlCl 4 -SOCl 2） 负极 ：8Li －8e － ＝8 Li + (氧化反应) 正极 ：3SOCl 2＋8e －＝SO 32－＋2S ＋6Cl － （还原反应)