Question

在298K，101.3K7下，碱性溶液中，（H20/H2，OH-）的电极电势等于多少？

Answer 1

在298K，101.3 kPa下，水的自电离常数 Kw = 1.0 x 10^-14，pKw = 14。同时，对于酸性或碱性溶液，有以下的电化学反应：

2 H2O H3O+ + OH-

其中 H3O+ 代表酸性溶液中的氢离子，而 OH- 代表碱性溶液中的氢氧根离子。

根据 Nernst 方程，水溶液中的电极电势 E 可以用 pH 值表示为：

E = E° - (RT / nF) ln[H+]

其中 E° 为标准电极电势，R 为气体常数，T 为温度，n 为电子数，F 为法拉第常数，[H+] 为氢离子浓度。

在碱性溶液中，[H+] 很小，可以忽略不计，因此可以将 [H+] 视为 Kw / [OH-]。由于在溶液中，[H2O] 的浓度近似为常数，因此，[OH-] 的浓度也可以表示为 pOH 值。根据定义，pOH = -log[OH-]，因此 [OH-] = 10^(-pOH)。

将这些值带入 Nernst 方程中，可以得到：

E = E° - (RT / nF) ln( Kw / [OH-] )
= E° - (RT / nF) ln( Kw / 10^(-pOH) )
= E° - (RT / nF) (lnKw + pOH)

在298K，101.3 kPa下，标准电极电势 E°(H2O/O2) 约为 +1.23 V。同时，由于在碱性溶液中，pH 和 pOH 值相加等于 14，因此，pOH = 14 - pH。

将这些值带入上式，可以得到：

E = +1.23 V - (8.314 J/mol/K) / (2 * 96485 C/mol) * (ln(1.0 x 10^-14) + (14 - pH))
≈ +0.059 V * pH - 0.83 V

因此，在298K，101.3 kPa下，碱性溶液中，(H2O/H2, OH-) 的电极电势可以表示为 +0.059 V * pH - 0.83 V。