题目
当 pH = 1.0 时,氢电极的电极电势是( )A. 0.000VB. 0.030VC. -0.030VD. -0.059V
当 pH = 1.0 时,氢电极的电极电势是( )
A. 0.000V
B. 0.030V
C. -0.030V
D. -0.059V
题目解答
答案
D. -0.059V
解析
本题考查氢电极电极电势的计算,核心在于能斯特方程的应用。关键点如下:
- 标准氢电极条件:当氢离子浓度为1 mol/L(pH=0)、氢气压为1 atm时,电极电势为0 V。
- 非标准条件下的电极电势:当氢离子浓度变化时,需通过能斯特方程修正电极电势。
- 公式选择:能斯特方程在25℃时简化为 $E = E^\circ - \frac{0.0592}{n} \log Q$,其中 $Q$ 为反应商,需根据氢电极反应式确定。
步骤1:确定氢电极反应式
氢电极的反应为还原反应:
$2\text{H}^+ + 2e^- \rightarrow \text{H}_2(g)$
标准电极电势 $E^\circ = 0 \, \text{V}$,电子转移数 $n = 2$。
步骤2:计算氢离子浓度
已知 $pH = 1.0$,则氢离子浓度:
$[\text{H}^+] = 10^{-\text{pH}} = 10^{-1} = 0.1 \, \text{mol/L}$
步骤3:应用能斯特方程
反应商 $Q = \frac{[\text{H}^+]^2}{P_{\text{H}_2}}$,假设氢气压 $P_{\text{H}_2} = 1 \, \text{atm}$,代入公式:
$E = 0 - \frac{0.0592}{2} \log \left( \frac{(0.1)^2}{1} \right) = -\frac{0.0592}{2} \log(0.01)$
计算对数:
$\log(0.01) = -2$
最终得:
$E = -\frac{0.0592}{2} \times (-2) = -0.0592 \, \text{V} \approx -0.059 \, \text{V}$