电极电势计算公式
电极电势的计算公式主要有能斯特方程，以下是其相关内容及一些具体应用示例：
能斯特方程
一般表达式：对于电极反应\(aOx + ne^-=bRed\)，其电极电势\(\varphi\)的能斯特方程为\(\varphi=\varphi^{\ominus}+\frac{RT}{nF}\ln\frac{[Ox]^a}{[Red]^b}\)。
\(\varphi\)为电极电势，\(\varphi^{\ominus}\)为标准电极电势，\(R\)为摩尔气体常数，\(R = 8.314 J\cdot mol^{-1}\cdot K^{-1}\)。
\(T\)为热力学温度，单位为\(K\)。
\(n\)为电极反应中转移的电子数。
\(F\)为法拉第常数，\(F=96485 C\cdot mol^{-1}\)。
\([Ox]\)和\([Red]\)分别为氧化态和还原态物质的浓度，\(a\)和\(b\)分别为氧化态和还原态物质在电极反应式中的化学计量数。
参数含义
常用简化形式：在\(298.15K\)时，将\(R\)、\(T\)、\(F\)的值代入能斯特方程，可得到常用的简化形式\(\varphi=\varphi^{\ominus}+\frac{0.0592V}{n}\log\frac{[Ox]^a}{[Red]^b}\)。
应用示例
计算金属电极电势：以锌电极\(Zn^{2 + } + 2e^-\rightleftharpoons Zn\)为例，若\(Zn^{2 + }\)浓度为\(0.1mol/L\)，已知\(\varphi^{\ominus}(Zn^{2 + }/Zn)=-0.76V\)，根据能斯特方程\(\varphi(Zn^{2 + }/Zn)=\varphi^{\ominus}(Zn^{2 + }/Zn)+\frac{0.0592V}{2}\log[Zn^{2 + }]\)，可得\(\varphi(Zn^{2 + }/Zn)=-0.76V+\frac{0.0592V}{2}\log0.1=-0.79V\)。
计算非金属电极电势：对于氢电极\(2H^{+}+2e^-\rightleftharpoons H_2\)，若\(H^{+}\)浓度为\(0.01mol/L\)，\(H_2\)分压为\(100kPa\)，标准氢电极电势\(\varphi^{\ominus}(H^{+}/H_2)=0V\)，根据能斯特方程\(\varphi(H^{+}/H_2)=\varphi^{\ominus}(H^{+}/H_2)+\frac{0.0592V}{2}\log\frac{[H^{+}]^{2}}{p(H_2)/p^{\ominus}}\)，\(p^{\ominus}=100kPa\)，则\(\varphi(H^{+}/H_2)=0V+\frac{0.0592V}{2}\log\frac{(0.01)^{2}}{1}=-0.118V\)。
此外，对于由两个电极组成的原电池，其电池电动势\(E=\varphi_{正}-\varphi_{负}\)，即正极的电极电势减去负极的电极电势，通过能斯特方程分别计算出正、负极的电极电势，就可以计算原电池的电动势。
电极电势高低的判断方法
电极电势高低的判断方法有多种，以下从根据标准电极电势表、电极反应的性质、能斯特方程计算等方面进行介绍：
根据标准电极电势表
直接比较：标准电极电势表中列出了各种电极反应在标准状态下的电极电势值。电极电势值越高，该电极的氧化态物质得电子能力越强，氧化性越强；电极电势值越低，该电极的还原态物质失电子能力越强，还原性越强。例如，在酸性介质中，\(\varphi^{\ominus}(MnO_4^-/Mn^{2 + })= + 1.51V\)，\(\varphi^{\ominus}(Fe^{3 + }/Fe^{2 + })= + 0.77V\)，因为\(1.51V>0.77V\)，所以\(MnO_4^-\)的氧化性比\(Fe^{3 + }\)强，即\(MnO_4^-/Mn^{2 + }\)电极电势高于\(Fe^{3 + }/Fe^{2 + }\)电极电势。
注意条件：标准电极电势是在特定条件下测定的，当实际条件与标准状态不同时，需要结合能斯特方程进一步判断，但标准电极电势表仍是重要的基础和参考。
根据电极反应的性质
氧化还原能力：对于同一元素的不同氧化态，高价态通常具有较高的电极电势，因为高价态更易得到电子被还原。例如，\(Fe^{3 + }\)比\(Fe^{2 + }\)的氧化态高，\(Fe^{3 + } + e^-\rightleftharpoons Fe^{2 + }\)的电极电势相对较高，\(Fe^{3 + }\)具有更强的氧化性，更易得到电子变为\(Fe^{2 + }\)。
得失电子难易程度：电极反应中，越容易得到电子的氧化态物质，其对应的电极电势越高。比如\(F_2 + 2e^-\rightleftharpoons 2F^-\)，氟气具有很强的得电子能力，其电极电势很高，说明\(F_2\)是很强的氧化剂。
根据能斯特方程计算
考虑离子浓度：能斯特方程\(\varphi=\varphi^{\ominus}+\frac{0.0592V}{n}\log\frac{[Ox]^a}{[Red]^b}\)表明，离子浓度对电极电势有影响。对于\(Cu^{2 + } + 2e^-\rightleftharpoons Cu\)，当\([Cu^{2 + }]\)增大时，\(\log\frac{[Ox]^a}{[Red]^b}\)的值增大，电极电势\(\varphi\)升高；反之，\([Cu^{2 + }]\)减小，电极电势降低。
考虑气体分压：对于有气体参与的电极反应，如\(O_2 + 4H^{+}+4e^-\rightleftharpoons 2H_2O\)，根据能斯特方程\(\varphi=\varphi^{\ominus}+\frac{0.0592V}{4}\log\frac{p(O_2)[H^{+}]^{4}}{1}\)，\(O_2\)分压\(p(O_2)\)增大，电极电势升高；\(p(O_2)\)减小，电极电势降低。
根据原电池和电解池判断
原电池：在原电池中，正极发生还原反应，负极发生氧化反应，电子从负极流向正极。所以正极的电极电势高于负极，通过判断电极在原电池中的正负极，可确定电极电势的相对高低。如铜锌原电池中，铜为正极，锌为负极，说明铜电极的电极电势高于锌电极。
电解池：在电解池中，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。阳极材料或溶液中的阴离子失去电子，阴极材料或溶液中的阳离子得到电子。通常情况下，阴极的电极电势相对较高，阳极的电极电势相对较低。
根据反应进行的方向
自发反应：对于一个自发进行的氧化还原反应，氧化剂所在电对的电极电势高于还原剂所在电对的电极电势。例如反应\(Zn + Cu^{2 + } = Zn^{2 + } + Cu\)能自发进行，说明\(Cu^{2 + }/Cu\)电对的电极电势高于\(Zn^{2 + }/Zn\)电对的电极电势。
强制反应：若需要通过外界强制条件才能使反应发生，则与自发反应情况相反，即氧化剂所在电对的电极电势低于还原剂所在电对的电极电势，但在外界能量作用下反应得以进行。
