水的pH电势图.doc

水的pH电势图在水溶液中进行的氧化还原反应,由于水的电极电势也受酸度的影响,水既可能被氧化,又可能被还原,所以讨论氧化剂在水中的稳定性问题,除了考虑它们本身的性质外,还要考虑与水可能发生反应的问题.水的氧化还原性用以下两个电极反应分别表示：
水被氧化放出氧气

水被还原放出氢气

以pH为横坐标,电极电势为纵坐标作图,就得到了水的pH电势图(见图9-5).图中下方的斜线称为氢线,表示水被还原放出氢气时电极电势随pH的变化.在氢线上部,与氢线平行的一条直线称为氧线,表示水被氧化放出氧气时电极电势随pH的变化.图9-5水的pH电势图实验测定,水析出氢气和氧气的实际析出电势通常比理论计算值平均更大0.5V时气体才能明显地析出.主要原因是实际放电速度缓慢,所以,考虑动力学原因,氢线和氧线都各自推出去约0.5V(见图9-5中的两条红色平行线).从这幅水的pH电势图可以推测出氧化剂和还原剂在水溶液中的稳定性区域.任何氧化剂,电极电势在氧线以上,则可以从水溶液中析出氧气;任何还原剂,电极电势在氢线以下,则可以从水溶液中析出氢气;而两条线之间则是氧化剂和还原剂能够在水溶液中稳定存在的区域.高锰酸钾的酸性水溶液不稳定,会有氧气析出.因为Φø(MnO4-/MnO2)=1.679V,在氧线上方,但是又在虚线下方,故高锰酸钾仍可作为分析化学中的定量氧化剂,只是不宜长期放置.金属铁在酸中的电极电势Φø(Fe2+/Fe)=-0.409V.因此,可以取代氢离子释放出氢气.而在碱性溶液中pH=14,Φø(Fe(OH)2/Fe)=-0.877V,比碱性水溶液析出氢气的电极电势Φø(H2O/H2+OH-)=-0.828V只小0.049V,很接近氢线.所以金属铁在碱性水溶液中比在酸性水溶液中稳定.铁表面涂以碱水,是短期内防止铁生锈的简易方法之一.