【定义】电极电势又称电极电位或电极势。它主要是由电极和电解质溶液跟电极接触处存在双电层而产生的平衡电势。它跟电极电势和电极种类、溶液中相应离子的浓度，以及温度、压强等因素有关。 它的大小决定电极上可能发生的反应。电极电势代数值小的电极上起氧化反应,是原电池的负极；代数值大的电极上起还原反应， 是正极。

【说明】

1、 由于无法直接测定各单个电极的绝对电势的值，常用人为规定的标准来测定电极电势的相对值。1953年，国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)规定,在任意温度下标准氢电极的电极电势 ψ^φ(H₂)=0,并以这种电极作为发生氧化作用的负极,以待定电极作为发生还原作用的正极,组成电池(Pt)H2(P^φ丨H⁺(α=l)|丨待定电极。以该电池电动势的值和符号,作为待定电极的电极电势的值和符号。

2、实际使用时,规定以25℃、101kPa下溶液中有关离子的有效浓度为lmol/L (或活度为1)，且电极上参与电极反应的纯物质为最稳定的聚集态时,和标准氢电极之间的电势差就是该电极的标准电极电势。把各电极的标准电极电势排成一张表以便查阅。标准电极电位的数值越大(正值越大)，说明该电对中的氧化态的氧化性越强，标准电极电位的数值越小(负数的绝对值越大)，说明该电对中的还原态还原性越强。

3、 元素的标准电极电势通用两种表示方法。例如,半反应为 Cl₂+ 2e 2Cl^-的电对是C1₂/C1^-它的电极电势可表示为

。后面一种表示方法还可以连续地表示同一元素组成的各种电对,组成该元素的标准电极电势图。例如，

ψ^φ 值越大,表示电对中氧化型物质得电子的能力越强,还原型物质失电子能力越弱。标准电极电位有广泛的应用，例如可以判断氧化—还原反应的方向和程度，可以求算水溶液中发生的氧化还原反应的化学平衡常数，可以求算难溶盐的溶度积等。

4、电极电势跟浓度的关系可以用能斯特方程式定量表示。

【标准氢电极】把镀有铂黑的铂片放到氢离子浓度为1摩尔/升(严格地说应是氢离子活度为1)的酸溶液中，在25℃(298.15K)时以101325帕(1大气压)的干燥氢气不断冲击到铂电极上，使铂黑上吸附的氢气达到饱和，这样铂片就好像是用氢制成的电极一样。这就构成了标准氢电极。

由于单个电极的电势无法确定，规定在任何温度下标准氢电极的电极电位为零。标准氢电极是常用的参比电极，其它电极的电极电位是和标准氢电极相比较而得到的数值。 　实际测量时需用电势已知的参比电极替代标准氢电极，如甘汞电极、氯化银电极等。它们的电极势是通过与氢电极组成无液体接界的电池，通过精确测量用外推去求得的。

【定义】应用电解原理在金属制品或塑料制品表面镀上一层其它金属或合金的方法。电镀的目的主要是使金属增强抗腐蚀性、增加美观和制品表面硬度。镀层的金属或合金通常有：铬、锌、镍、银、铜锌合金等。电镀时，镀件为阴极，所镀的金属或合金为阳极，含有镀层金属离子的溶液为电解液。

【说明】
1. 电镀时,镀件作阴极,镀层金属作阳极,用含有镀层金属离子的溶液作电解液。在通直流电后,作阳极的金属发生氧化反应， 变成金属离子而进入溶液。由于阳极和阴极上通过的电量一定相等，所以阳极减少的金属和阴极表面覆盖上去的金属的量也必然相等，电镀液中的金属离子的量保持不变。
2. 镀层金属通常是一些在空气或溶液里不易起变化、硬度较大的金属（如Ni，Cr, Zn, Ag, Au等)或合金。电镀后,镀件表面 均匀地覆盖上一层光洁和致密的镀层，既增加美观和表面硬度，又提高金属的抗腐能力。
3. 一些塑料(如ABS)、半导体、陶瓷等非金属制品,经过适当处理形成表面导电层后,也可以电镀。

【盐桥】如果在一个电池中存在着两个电解质溶液的接界面，则在界面处也产生一个电位差，这叫液体接界电位。盐桥是消除液体接界电位的一种装置。两个半电池在构成电池时，电解质溶液不直接接触，而用盐桥沟通，盐桥是用浓KCl溶液和3％琼脂凝聚而成，由于K⁺和Cl^-的迁移数很相近，在盐桥两侧形成两个数值小又几乎相等且符号相反的液体接界电位，使净接界电位降低到只有1～2毫伏，可以忽略不计。如果电池中电解质溶液能与KCl反应（如含Ag⁺)，可采用KNO₃或NH₄NO₃代替KCl做盐桥。

 【可逆电池】 热力学意义上的可逆电池必须具备两个条件，即可逆电池在充电和放电时不仅物质的转变是可逆的，而且能量的转变也是可逆的。如果把放电时放出的电能全部储存起来并用它对电池充电，则能恰好使电池内化学反应体系及外界环境全部恢复原状。

       一般意义的可逆电池就是指由于放电而被消耗的物质，可以通过充电使之再生的电池，此电池的充电反应恰好是放电反应的逆过程，如常用的铅蓄电池。

【电极反应式】在电化学装置中，表示原子或离子在电极上得失电子，发生氧化或还原反应的式子。例如，Zn、Cu、稀H₂SO₄组成的原电池，电极反应式如下：

负极：Zn—2e^-=Zn²⁺ (氧化反应)

正极：2H⁺ +2e^-=H₂↑ (还原反应)

再如，用石墨做电极，电解硝酸银溶液的电极反应式如下：

阳极：4OH^-—4e^-=2H₂O+O₂↑ (氧化反应)

阴极：4Ag⁺+4e^-=4Ag (还原反应)注意：写电极反应式时，两个电极上得失电子总数必须相等。将两个电极反应式相加，可得到总反应式，例如，上述电解硝酸银溶液的总反应式如下：

【燃料电池】一种高能化学电源，是将燃料和氧气反应时的化学能直接转变成电能的装置。电池的正极和负极都是用微孔导电材料制成(镍、铁、氧化铁等)的。

以氢一氧燃料电池为例说明，电池表示式可写成：(Ni)H₂(气)｜KOH(20～40％)｜O₂(气)(Ni)电极反应和电池反应为：

负极　 H₂＋2OH^--2e^-→2H₂O

正极   1/2O₂+H₂O+2e^-→2OH^-

电池反应  H₂+1/2O₂→H₂O

【阴极保护】将被保护的金属变为阴极，以防止金属腐蚀的方法。阴极保护法有两种：

(l)外加电流的阴极保护法。把要保护的金属设备作为阴极与外电源的负极相连，另外用不溶性电极作为辅助阳极，与外电源的正极相连，两电极都与电解质溶液接触。通电后，大量电子被强制流向阴极，使金属制品表面产负电荷(电子)积累，只要维持足够的外加电压，由金属腐蚀而产生的原电池的电流就不能被输送，因而金属就可不被腐蚀。这种方法是经济、有效的防腐方法之一，目前在保护闸门、地下贮槽、输油管、电缆及受海水或淡水腐蚀的设备、结晶槽、蒸发罐等多采用这种方法防腐。

(2)牺牲阳极保护法。在要保护的金属设备上联结一种负电位更低的金属，作为更有效的阳极。这样，在发生电化学腐蚀时，被腐蚀的是作为阳极的金属，因此叫牺牲阳极保护法。这种方法可用来防止轮船船壳的腐蚀，通常在轮船的尾部和船壳水线以下部分装上一定数量的锌块作被牺牲的阳极。

【阳极保护】为防止金属腐蚀，将被保护的金属作为阳极，在一定条件下进行阳极氧化，使金属钝化(在金属表面形成金属氧化物组成的钝化膜)，这种方法叫阳极保护。

【定义】金属或合金跟周围接触到的气体或液体发生化学反应而腐蚀损耗,叫做金属腐蚀。
【说明】依据腐蚀介质和过程不同,金属腐蚀分化学腐蚀和电化学腐蚀两类。它们的实质都是活泼金属原子失去电子而被氧化,只是电化学腐蚀里伴有电流产生,而化学腐蚀里没有。这两种 
腐蚀通常同时发生。

【定义】不纯的金属或合金接触电解质溶液后发生原电池反应。其中比较活泼的金属原子失去电子而被氧化，由此引起的腐蚀,叫做电化腐蚀。电化腐蚀比化学腐蚀普遍得多，腐蚀的速度一般也快得多。例如，钢铁在潮湿的环境中生锈，发生的就是电化腐蚀。

【说明】

1.电化腐蚀是金属腐蚀中最普遍的形式,钢铁在潮湿空气中发生的腐蚀就是电化腐蚀。

2.电化腐蚀的本质是金属跟电解质溶液发生氧化还原反应， 这时常伴有电流产生。

3.根据电解质溶液的酸性强弱，电化腐蚀又分析氢腐蚀和吸氧腐蚀两类。

在酸性较强的条件下钢铁发生析氢腐蚀，电极反应为：

负极(铁)：Fe-2e^-=Fe²⁺

正极(碳)：2H⁺ +2e^-=H₂↑

在弱酸性、中性或弱碱性条件下钢铁发生吸氧腐蚀，电极反应为

负极(铁)：2Fe-4e^-=2Fe²⁺

正极(碳)：2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-

吸氧腐蚀比析氢腐蚀更为普遍。

【金属腐蚀的防护】主要方法有：

①改变金属的内部结构。例如，把铬、镍加入普通钢中制成不锈钢。

②在金属表面覆盖保护层。例如，在金属表面涂漆、电镀或用化学方法形成致密耐腐蚀的氧化膜等。

③电化学保护法。因为金属单质不能得电子，只要把被保护的金属做电化学装置发生还原反应的一极——阴极，就能使引起金属电化腐蚀的原电池反应消除。

具体方法有：

a.外加电流的阴极保护法。利用电解装置，使被保护的金属与电源负极相连，另外用惰性电极做阳极，只要外加电压足够强，就可使被保护的金属不被腐蚀。

b.牺牲阳极的阴极保护法。利用原电池装置，使被保护的金属与另一种更易失电子的金属组成新的原电池。发生原电池反应时，原金属做正极(即阴极)，被保护，被腐蚀的是外加活泼金属——负极(即阳极)。

此外，还有加缓蚀剂等方法，减缓或防止金属被腐蚀。

【定义】使直流电通过电解质溶液(或熔融状态的离子化合物)而在阳阴两极引起氧化还原反应的过程。把电能转变为化学能的装置称为电解池(或电解槽)。

电解池中，与电源正极相连的一极称为阳极，该极发生氧化反应；与电源负极相连的一极称为阴极，该极发生还原反应。

【定义】在酸性较强的溶液中发生电化腐蚀时放出氢气，这种腐蚀叫做析氢腐蚀。

【说明】

在钢铁制品中一般都含有碳。在潮湿空气中,钢铁表面会吸 附水汽而形成一层薄薄的水膜。水膜中溶有二氧化碳后就变成一种电解质溶液，使水里的H⁺增多。
H₂0+C0₂H₂CO₃H⁺ + HC0₃^- 

于是就构成无数个以铁为负极、碳为正极、酸性水膜为电解质溶液的微原电池。这些原电池里发生的氧化还原反应是
负极(铁)：铁被氧化Fe—2e=Fe²⁺
正极(碳)：溶液中的H+被还原2H⁺+2e=H₂ 

这样就形成无数的微小原电池。最后氢气在碳的表面放出,铁被腐蚀,所以叫析氢腐蚀。

【定义】在酸性很弱或中性溶液里，空气中的氧气溶解于水膜中而发生的电化腐蚀,叫做吸氧腐蚀。

【说明】
在潮湿空气中，钢铁制品表面会构成许多以铁为负极,碳为正极，水膜为电解质溶液的微小原电池。在这些原电池中，负极发生的是铁被氧化,而正极发生的反应有两种：当水膜酸性较强时发生析氢腐蚀，酸性较弱或中性时， 就由溶解在水膜里的氧气作为氧化剂,发生吸氧腐蚀。
正极(碳)：还原反应0₂ + 2H₂0+4e=40H^-
吸氧腐蚀是钢铁等金属制品发生电化腐蚀的主要形式。

【定义】运用原电池的电化学原理，消除引起金属发生电化学腐蚀的原电池反应,使金属得到防护,这种金属防护法叫做电化学防护。

【说明】

电化学防护分阳极防护和阴极防护两大类。

1. 阳极防护是把被保护的金属作阳极,在一定外加电压范围 内进行阳极钝化,使它的表面由化学状态转为钝化状态，从而阻滞金属在某些酸、碱或盐中被腐蚀。

2. 阴极防护是把被保护的金属作为阴极,方法有以下两种： 

⑴外加电流的阴极钫护法用一个不溶性电极作辅助阳极,跟阴极一道放到电解质溶液里。当接通外加直流电源后,大量电子强制流向被保护的金属阴极(例如钢铁设备)，并在阴极积累 起来。这样就避免或抑制钢铁发生失去电子的氧化作用,从而被保护。

(2)牺牲阳极的阴极保护法用比铁还原性更强的金属（如锌)或合金跟钢铁制品连接。当发生电化腐蚀时，这种活泼金属就作为微电池的负极而被腐蚀，钢铁设备得到保护。例如，在轮船尾部和船壳吃水线下部装上一定数量锌块，保护船壳不被腐蚀。

【定义】利用化学变化使化学能变成电能的装置叫做化学电源。
【说明】

1、化学电源的主要部分是电解质溶液和浸入溶液的两根电极。使用时,用导线连接两极和外电路就有电流通过,从而获得电能。有的电池放电到一定程度后可以充电,反复使用，这种电池叫蓄电池，如铅蓄电池、银锌电池等，有的不能充电复原，叫做原电池，如干电池、燃料电池等。
2、常见的几种蓄电池和原电池的正、负极材料、电解质溶液见下

【定义】任何氧化还原反应都涉及两个电对。一个是反应中氧化剂形成的氧化剂电对,另一个是还原剂形成的还原剂电对。根据这两个电对得失电子的情况分别写出的反应式,叫做电对的半反应式， 如Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu，其中Cu²⁺ /Cu是氧化剂电对， Cu²⁺ + 2e →Cu是还原半反应,Zn²⁺/Zn是还原剂电对，Zn-2e →Zn²⁺是氧化半反应。显然,氧化剂电对发生还原半反应,还原剂电对发生氧化半反应。

【说明】

1、半反应式主要用于分析发生在水溶液中的氧化还原反应。它用于能斯特方程式,判断离子浓度(或气体的压强)对电极电势的影响。
2、比较复杂的半反应，可按以下步骤书写。现以Mn0₄^-/Mn²⁺ 电对为例讨论。

(1)把电对的氧化型和还原型分别写在箭号两边：
MnO₄^- →Mn²⁺
⑵标明得失的电子数(即氧化数的降升数)：
MnO₄^- + 5e→Mn²⁺
⑶配平氢、氧的原子数。反应屮多出4个氧原子，因此配8个H⁺ ,产物中应加4H₂O。
MnO₄^- +8H⁺ + 5e→Mn²⁺ + 4H₂0

 ⑷检查箭号两边原子数和电荷数是否相等。如电荷数左边= —1 + 8+ (- 5) = + 2 =右边。

【定义】 它是表达电极电势跟浓度的关系式。氧化还原电对的电极电势是半反应式中各物质浓度(或气体的压强)的函数。设电对〔氧化型〕/〔还原型〕的半反应式是氧化型+ ne=还原型，则该电对的电极电势跟浓度的关系是
E_{氧化型/还原型}  ==E^φ_{氧化型/还原型}十 0.059/n ×lg([氧化型〕÷〔还原型〕
式中E是该电对在非标准态的电极电势，E^φ是标准电极电势,n 是半反应中得失电子数。这就是能斯特方程式。

【说明】

1、 在半反应中,如果还有其他物质参与，则其浓度也应写在方程 式中（固体和水除外)。如果该物质在半反应中处在氧化型一方, 就写在方程分式部分的分子中；如果处在还原型一方,就写在分母中。例如写成Mn0₄^- /Mn0₂电对。
在酸性溶液中,MnO₄^- + 4H⁺ + 3e  Mn0₂(S) +2H₂0 

在碱性溶液中,MnO₄^- + H₂0 + 3e  MnO₂(S) +40H^-

这里两个标准电极电势是不同的,在酸性溶液中E=1. 695V,而碱性溶液中E=0.588V。
对气态物质,用压强写入方程中。例如2H⁺ + 2e H2 ,

利用奈斯特方程,可以由改变物质的浓度(或气体压强)的方法来改变电对的电极电势,从而有可能改变氧化还原反应的方向。

 【定义】
1. 金属活动性顺序是在标准态下金属在酸溶液中活动性相对大小的顺序。它是按金属标准电极电势的值由小到大排列而成的顺序。
2. 金属活动性取决于金属原子失去电子的难易,但是这顺序跟金属的电离势递变顺序不完全相同。例如碱金属中,Li的电离势最大,而它的ψ^φ却是最小的。因为金属的除了跟它的电离势有关外，还跟金属的晶格能和金属在酸溶液中失去电子转化为水合离子时的水合能等因素有关。下面是金属变成金属离子的化学热力学图。
 

式中I是电离势,Q_水合是离子的水合能。显然,Q_总越小,对实现上述变化越有利。例如碱金属在M —e + xH₂O  M⁺(aq)中的各项能量(kJ/mol)如上表所示。根据数据分析;Li在酸溶液中有特别大的活动性,原因是Li⁺有特别大的水合能。
3.常见金属的活动性顺序是Li、K、Ca、Na、Mg、Al、Mn、 Zn、Fe、Ni、Sn、Pb、H、Cu、Hg、Ag、Pt、Au。其他金属根据查阅到ψ^φ的数据，可以在这个顺序中找到恰当的位置。根据这个顺序可以判断发生置换反应的可能性。一般说,排在前面的金属可以把排在后面的金属从它们的盐溶液中置换出来。但是,上述顺序只有在标准态（[Mⁿ⁺] =lmol/L)和酸溶液中才是正确的。在非标准态或无水条件下的置换反应中,根据上述顺序判断的结果可能有误。

【定义】在许多电化学反应中，电极上有电流通过时所表现的电极电势(ψi)跟可逆电极电势（ψr)之间偏差的大小(绝对值)， 叫做超电势(曾用名过电势)，记作η ,即
η = |ψr-ψi|
【说明】
1. 可逆电极电势（ψr)指在可逆地发生电极反应(如在充电和放电时)时电极具有的电势。但是电化学反应中(如电解操作)， 当电流通过电极时,发生的必然是不可逆电极反应。
2. 产生偏差的原因主要是由于电池内阻R引起的电势降 (IR)和不可逆条件下两个电极的极化。
3. 发生电极极化的主要原因有两种：
(1) 浓差极化当有电流通过电极时，因离子扩散迟缓而导致电极表面附近的离子浓度跟本体溶液中的不同，使ψi和ψr发生偏差。这部分偏差叫浓差超电势。将溶液强烈搅拌或升高温度，加快离子扩散，可以减小浓差超电势。
(2) 活化极化当有电流通过时，由于电化学反应进行的迟缓性造成电极带电程度跟可逆情况时不同,导致ψi偏离ψr的现象。这部分偏差叫活化超电势。一般金属离子在阴极上被还原时,活化超电势数值都比较小。但有气体析出时,例如阴极析出H₂,阳极析出0₂和C1₂时,数值就较大。
4. 超电势跟通过电极的电流密度（I)有关。
对电池来说,I越大,电池放电的不可逆程度越高，电池的端电压越小,所能获得电功也越少。对电解池来说,I越大，电解池放电的不可逆程度越髙,两极上所需外加电压越大,所消耗掉的电功也越大。

简介

锂离子电池是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池的正极通常是由含锂的化合物（比如锂过渡金属氧化物）涂在金属铝箔上制作而成，而负极通常由石墨涂在金属铜箔上制成。锂离子电池的能量密度比较高，可循环使用。

2019年10月9日，瑞典皇家科学院宣布，将2019年诺贝尔化学奖授予约翰·古迪纳夫、斯坦利·惠廷厄姆和吉野彰，以表彰他们在锂离子电池研发领域作出的贡献。

锂离子电池由日本索尼公司于1990年最先开发成功。它是把锂离子嵌入碳（石油焦炭和石墨）中形成负极（传统锂电池用锂或锂合金作负极）。正极材料常用Li_xCoO₂，也用Li_xNiO₂和Li_xMnO₄，电解液用LiPF₆+二乙烯碳酸酯（EC）+二甲基碳酸酯（DMC）。

石油焦炭和石墨作负极材料无毒，且资源充足，锂离子嵌入碳中，克服了锂的高活性，解决了传统锂电池存在的安全问题，正极Li_xCoO₂在充、放电性能和寿命上均能达到较高水平，使成本降低，总之锂离子电池的综合性能提高了。预计21世纪锂离子电池将会占有很大的市场。

锂离子二次电池充、放电时的反应式为：