热力学电位和电动电位的产生原因,数值大小,影响因素

影响电极电位的因素主要有二种，一种是电极的内在因素，即：电极的热力学过程（物质的本性）是影响电极电位数值的决定因素；另外一种是外在因素，即溶液的浓度及溶液的pH值对电极电位的数值有影响。

一、问题的提出电化学理论知识是学生在高二化学学习中遇到的难点之一,也是高考重要的考点。在实际教学过程中,演示实验里“粗锌(含少量铅、铜等不活泼杂质)和稀硫酸反应比纯锌和稀硫酸反应制氢气速率要快很多”,这时教师就会给学生一个结论:“粗锌中由于有杂质,杂质和锌形成了原电池,所以加快了化学反应速率。”“为什么”此时学生都往往会追问老师。“实验现象说明。”教师回答。“理论解释呢”学生仍感好奇。此时若不回答或敷衍着说一句“高考不考理论解释,只需记住结论就行了”,都会严重挫败学生的学习积极性。也正因为没有解释清楚它的来龙去脉,在高三复习中学生也会对这个教师重复过多遍的“重要结论”想不起来使用。二、双电层理论如果把金属放入其盐溶液中,则金属和其盐溶液之间产生了电势差,此即称为金属的电极电位,它可用于衡量溶液中金属失去电子能力的大小或金属的阳离子获得电子能力的大小。1889年,德国化学家能斯特(HWNernst)提出了双电层理论,用以说明金属及其盐溶液之间电势差的形成和原电池产生电流的机理。

双电层结构：

任何两个不同的物相接触都会在两相间产生电势，这是因电荷分离引起的。两相各有过剩的电荷，电量相等，正负号相反，相互吸引。

电极反应的核心步骤是迁越骤，即活化步骤，都需在紧密层中进行，影响电极反应的 吸附过程也发生在双电层中，故双电层结构的研究对电化学的理论和生产有重要意义。

双电层结构的主要模型：

1、平板双电层模型：仅适用于描述金属和高溶解度的盐类电解质溶液系统；

2、扩散双电层模型：认为点电荷的浓度，自固体表面向溶液内部随距离增加而递减；

3、斯特恩模型：较为实际地反映了双电层的真实结构，在浮选理论上得到广泛的应用。

你的问题真够乱的啊。我帮你梳理一下：

首先，双电层理论是用来解释电极电势的基础。金属置于溶液中，即使不受溶液腐蚀也通常倾向于在溶液/金属界面上失去电子（不一定是1个电子，可以是小数或一种电子云的偏向，这里姑且简单认为是失去电子），从而形成一些水合态离子。这种电离通常非常微弱（否则金属很快就溶到溶液中去了），形成的离子也很难真正离开金属表面到溶液中去，因此在界面上形成带正电的离子与没有失去电子的内层金属原子紧密相连的情况（电子被溶剂分子夺去了，分散在溶液中）。我们可以用M+/M来表示这种状况。好了，可以看出来这时在界面上有电荷的分离，因此界面上电势就产生了。只要有电荷分离必然有电势差，对吧，这是高中物理就学过的东西。

再说标准电极。刚才这个界面的电势差，用普通方法是测量不了的。其实，它的绝对值是根本没法知道的。为什么呢？通常我们物理上说的“电势”是相对于大地的电势。如果我把金属一头放在溶液里，一头接地，那么金属自身和大地就等势了。接下来只要测M+/M中M+一侧相对大地的电位就能知道这个电势差。但是即使不考虑其他测量难度，只考虑要测量这个电势差必须有一个金属材料靠近M+就很困难了。因为这另一个金属材料在溶液里同样也会形成M1+/M1这样的界面，别说测第一个M+/M的电势差，现在又多出一个未知的界面电势差来。但是，话说回来，测这两个界面电势差的差值还是容易的。我们把M和M1两种金属用一个高档伏特表连起来，实际测量的是M/M+---M1+/M1间的电位，而且，因为M+和M1+都在溶液里，两者等势，我们伏特表上的读数就是两个电极的电极电势差。这时候标准电极就有必要了。如果我们能找到一个电极，它在溶液里的M+/M界面电势不变，我们把它当作标准，其他电极电势都相对这个标准电极来测量，这样就能测出其他所有电极相对这个标准电极的电极电位，那也不错啊，至少我们知道其他电极相对于这个电极的电位是多少。标准氢电极就是这么一种电极电位固定的电极，这也不是测出来的，是大家用这个电极测别的电极，总能测出比较一致的电位，其他电极反应也总在一定的电位下发生，只能说明这个标准氢电极的电位是稳定的。后来，因为标准氢电极要通氢气，用起来不方便，才有发展出Ag/AgCl电极，饱和甘汞电极等参比电极，方便平时的实验。

你的认识，任何一个氧化还原反应 都可以转换成一个原电池是对的，这也是我们经常说的。不过你举的例子可以再简单点就更好理解了。什么意思呢？我们直接看Cu+NO3---》Cu2+ +NO的反应。把它分解为两个反应即Cu-2e-->Cu2+，NO3- + e-->NO（我们只说概念，就不配平了），那么这两个反应相对参比电极各自在什么电位下反应呢（先不把两个电极搞成电池那么复杂）？这些反应相对参比电极的电位就是他们的电极电位。假如Cu氧化成Cu2+要在02V，而NO3-还原为NO只要03V就还原了，也就是说硝酸根的氧化能力足以把Cu氧化成Cu2+。这两个半反应虽然可以想象组成一个原电池但没有必要真的去组成一个原电池。而且，对铜这个半反应，你可以用Cu泡在Cu2+里的方法，也可以用铂电极在Cu2+中将其还原为Cu单质的方法观察到它的电极电位。两者是相同的。同理，NO3-不需要真的用饱和吸附了NO的Pt电极，可以用pt电极在含有NO3-的溶液里去扫描电位，直接观察在哪个电位下NO3-被还原，产生电流。这时，我们说的双电层理论也就有这么点用：对于Cu-->Cu2+这个例子，双电层说明这个界面会有一个双电层引起的电势。而即使不用Cu做电极，只要是发生这个反应（比如说铜离子沉积在铂电极上）你必然在电极上要产生Cu2+/Cu这个界面。或者说只要有一个Cu原子沉积到铂上，你就有Cu2+/Cu这个界面。那么这个Cu2+/Cu界面的电势就存在。 知道铜可以在Pt电极上测，也就知道了非金属为什么也可以测了。不是真的要用非金属做个电极，那是不可能的。只要在电极表面产生反应前后的两种物质如NO和NO3-，那么这两种物质间的转化就会产生一个电极电势。（或者这么理解，NO和NO3-间的转化伴随着能量的变化，这个能量就是一种电极电势，因为电势能就是一种能量）只要这两者的电极电势一个比另一个高，必然自发进行一个电极上高电极电势的反应向还原方向进行，而低电极电势的反应向氧化方向进行的自发过程。

不知道这个解释你是否满意。能在教师节给高中小朋友讲解电化学，感觉还挺有意义的。

泥浆中黏土颗粒和分解介质水的界面上,自动浓集介质中分子或离子的现象称为黏土的吸附。由于黏土颗粒表面通常带有负电荷,因而能吸附介质中的各种水化阳离子,使黏土颗粒表面形成一层具有一定厚度的水化膜,这种现象叫作黏土的水化作用。黏土的吸附和水化作用是使泥浆分散体系稳定的重要因素。用不同的化学处理方法调节,控制其吸附与水化作用,可以获得不同性能的各种类型的泥浆。

(一)黏土的吸附性能

泥浆中黏土的吸附,和其他许多物体的吸附一样,可以分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附三种。

物理吸附是分子间相互作用力所产生的吸附,是由于表面分子具有表面能所引起的。其吸附力弱并易解吸,且吸附速度快。泥浆中黏土颗粒与处理剂分子或离子之间广泛存在着物理吸附现象。

化学吸附是吸附物质间存在化学键力的吸附,其吸附力强。不易解吸,吸附速度较慢。化学吸附也广泛存在于泥浆中。

离子交换吸附是物理-化学吸附,泥浆中广泛存在。是黏土在泥浆中的主要吸附作用,是进行泥浆化学处理和性能调整的依据。由于黏土颗粒表面带负电荷,能吸附阳离子,并且所吸附的阳离子是可以交换的,即和泥浆中存在的其他阳离子进行交换,且这种交换是可逆的。黏土颗粒吸附阳离子的属性,数量(交换容量)等对黏土颗粒在泥浆中的分散和稳定有很重要的影响。

(二)黏土的水化作用

黏土的水化作用是指泥浆中黏土颗粒表面吸附分子的状态和能力。黏土颗粒表面可以直接吸附极性水分子——吸附水。更主要的是黏土颗粒表面带负电荷、能吸附分散在泥浆中的大量阳离子来实现水化,使黏土颗粒表面形成一层水化膜,从而产生水化作用。

黏土的水化作用是影响水基泥浆性能的重要因素,泥浆中黏土颗粒的分散稳定与凝聚沉淀,在很大程度上取决于黏土颗粒的水化作用的强弱。

(三)泥浆中黏土颗粒表面的双电层

黏土颗粒在水中,其表面所带的负电荷能产生电场,通过静电作用可把交换性阳离子吸引在它的周围形成双电层。黏土颗粒周围所吸附的阳离子只有一部分同黏土颗粒一起运动,这部分同黏土吸引得比较牢固的阳离子层,称为吸附层;另一部分阳离子距离黏土颗粒稍远,不随着一起运动,这部分阳离子所在的层位叫作扩散层。

泥浆中黏土颗粒表面的双电层理论是用电解质进行泥浆化学处理的理论基础。

锌在硫酸锌溶液中为负极，失电子变成锌离子，电子通过导线到达铜正极，硫酸铜里的铜离子得电子析出。盐桥起平衡两边电性的作用。锌失电子后硫酸锌溶液正电荷增多，而硫酸铜溶液中铜离子得电子后溶液负电增多，所以盐桥中的k+流向铜极，cl-流向锌极，使两边呈电中性，反应得以继续进行。

负极：zn－2e-＝zn2＋

正极：cu2+＋2e-＝cu

总反应：zn＋cu2＋＝cu＋zn2+

至于锌为什么与硫酸锌溶液反应：请参阅“电极电势”及“双电层理论”

双电层理论

德国化学家能斯特（h．w．nernst）提出了双电层理论（electron

double

layer

theory）解释电极电势的产生的原因。当金属放入溶液中时，一方面金属晶体中处于热运动的金属离子在极性水分子的作用下，离开金属表面进入溶液。金属性质愈活泼，这种趋势就愈大；另一方面溶液中的金属离子，由于受到金属表面电子的吸引，而在金属表面沉积，溶液中金属离子的浓度愈大，这种趋势也愈大。在一定浓度的溶液中达到平衡后，在金属和溶液两相界面上形成了一个带相反电荷的双电层(electron

double

layer)，双电层的厚度虽然很小(约为10-8厘米数量级),

但却在金属和溶液之间产生了电势差。通常人们就把产生在金属和盐溶液之间的双电层间的电势差称为金属的电极电势（electrode

potential），并以此描述电极得失电子能力的相对强弱。电极电势以符号e

mn+/

m表示,

单位为v(伏)。

如锌的电极电势以ezn2+/

zn

表示,

铜的电极电势以ecu2+/cu

表示。

等你看完电极电势(“百度一下”或者弄本大学《无机化学》看看)

后就会明白，由于zn与cu之间存在电势差，所以zn会失电子而铜不会了

储能电容也称电化学电容或者超级电容，与传统静电电容器不同，主要表现在储存能量的多少上。作为能量的储存或输出装置，其储能的多少表现为电容量的大小。根据储能电容器储能的机理，其原理有两种，都是很多科学家前赴后继的研究得出来的。下面就来说说：

1在电极P溶液界面通过电子和离子或偶极子的定向排列所产生的双电层电容器。

此原理的指导思想就是19世纪末Helmhotz等提出的双电层理论。关于双电层的代表理论和模型有好几种，其中以Helmhotz模型最为简单且能够充分说明双电层电容器的工作原理。该模型认为金属表面上的静电荷将从溶液中吸收部分不规则的分配离子，使它们在电极P溶液界面的溶液一侧，离电极一定距离排成一排，形成一个电荷数量与电极表面剩余电荷数量相等而符号相反的界面层。于是，在电极上和溶液中就形成了两个电荷层，这就是我们通常所讲的双电层。双电层有储存电能量的作用，储能电容器的容量可以利用公式来计算，最后我们可以得到结论，就是双电层电容器的容量与电极电势和材料本身的属性有关。通常为了形成稳定的双电层，一般采用导电性能良好的极化电极。

还有第二种原理就是在电极表面或体相中的二维与准二维空间，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附、脱附或氧化还原反应，产生与电极充电电位有关的法拉第准电容器。

在电活性物质中，随着存在于法拉第电荷传递化学变化的电化学过程的进行，极化电极上发生欠电位沉积或发生氧化还原反应，充放电行为类似于电容器，而不同于二次电池，不同之处为：

（1）极化电极上的电压与电量几乎呈线性关系；

（2）当电压与时间成线性关系dV/dt=K时，电容器的充放电电流为一恒定值I=CdV/dt=CK此过程为动力学可逆过程，与二次电池不同但与静电类似。法拉第电容和双电层电容的区别在于：双电层电容在充电过程中需要消耗电解液，而法拉第电容在整个充放电过程中电解液的浓度保持相对稳定。

法拉第准电容不仅在电极表面产生，而且还可以在电极内部产生，其最大充放电能力由电活性物质表面的离子取向和电荷转移速度控制，因此可以在短时间内进行电荷转移，即可以获得更高的比功率（比功率大于500W/kg）。

说到这里，想必大家已经都了解储能电容的工作原理了吧。南京绿索储能电容南京江宁开发区秣周路88号祖堂工业园

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