Водородный электрод

Водородный электрод (рис. 2.4) представляет собой электрод из платинированной платины (1), помещенный в раствор кислоты (2). Он омывается потоком газообразного водорода при давлении 101,3 кПа (» 1 атм). Водород в этой системе находится в трех состояниях: в молекулярной форме (Н₂, газ), в атомарной (Н_Pt на поверхности платины) и окисленной форме (ионы Н⁺ в растворе электролита). Молекулы водорода адсорбируются на поверхности электрода, диссоциируют на атомы, и непосредственно в электродном процессе участвуют адсорбированные на платине атомы водорода:

Н⁺(раствор) + e-==H_Pt,

2H_Pt == H₂ (газ).

Суммарная электродная реакция

2Н⁺(раствор) + 2e- == H₂ (газ)

протекает на поверхности платины с участием ее электронов. где E_o  -  стандартный потенциал водородного электрода; P - давление газообразного водорода;  С_Н⁺  - концентрация Н⁺ в растворе.

Рис. 2.4. Схема водородного электрода.

Количественно электродный потенциал такого электрода описывается уравнением Нернста, в котором концентрация восстановленной формы водорода выражена, в соответствии с законом Генри, через растворимость водорода в электролите(CH2= kPH2) : , 2.4

Если концентрация ионов водорода в растворе 1моль× л^-1, а давление газообразного водорода 1 атм, такой водородный электрод называется стандартным (нормальным). Стандартные электродные потенциалы металлических электродов, определенные по отношению к нормальному водородному электроду при 25^оС, составляют ряд напряжений металлов.

Измерение электродных потенциалов

Потенциал стандартного водородного электрода при всех температурах принят равным нулю, тогда электродный потенциал любого другого электрода можно определить как ЭДС гальванического элемента, составленного из исследуемого электрода и стандартного водородного. В схеме цепи слева записывают водородный электрод. Так, для определения электродного потенциала медного электрода составляют элемент:

Pt, H₂│H⁺ ║Cu²⁺│Cu

Из опыта известно, что в такой системе медный электрод является положительным (на нем самопроизвольно протекает реакция восстановления меди Cu⁺² +2e^- = Cu), а водородный электрод – отрицательным. ЭДС этого элемента, представленная в виде алгебраической суммы электродных потенциалов, равна:

2.5

При = 1 моль× л^-1 и = 1 атм (т.е. при использовании стандартного водородного электрода) . Принимая во внимание, что = 0, получаем E = E_Cu. Таким образом ЭДС этого гальванического элемента (а значит и электродный потенциал меди) положительны (E = E_Cu > 0) .

Для нахождения знака электродного потенциала цинкового электрода составляют элемент:

Pt, H₂│H⁺ ║ Zn^2+│Zn.

Из опыта известно, что цинковый электрод является отрицательным (на нем протекает реакция окисления цинка , Е_Zn < 0), тогда водородный электрод будет положительным относительно цинкового(протекает реакция восстановления). ЭДС элемента E, представленная в виде алгебраической суммы электродных потенциалов, равна:

.

, учитывая, что получаем E = - Е_Zn.

Значит, ЭДС этого элемента (т.е. электродный потенциал цинка) отрицательна. Таким образом, электродный потенциал металла численно равен ЭДС (со знаком ²+² или ²-²) гальванического элемента, составленного из стандартного водородного электрода (слева) и исследуемого электрода (справа).