电势-pH图 意思解释

在等温等浓度的条件下， 以电对的电极电势(E)为纵坐标，溶液的pH值为横坐标， 表示电对电极电势与溶液酸度的关系图，叫电势-pH图或E-pH图，也称作甫尔拜(Pourbaix)图。它能更直观、形象地表示pH对E的影响， 特别是对涉及多种氧化还原平衡的复杂体系， 电势-pH图可帮助我们纵观问题的全貌。

水本身也具有氧化还原性质， 而且其氧化还原性与酸度有关。下面是水和某些电对的E-pH图 (如图1)。

图1 水和某些电对的电势pH图图中b线表示水作还原剂时的电对：

Eo₂/H₂o=1.23—0.0591pH

图中a线表示水作氧化剂时的电对：

E_H+/H₂＝—0.0591pH

由于动力学原因(超电压)，上下两线各需向外伸展出0.5V，得到实际的b线和a线(即图中两条虚线)。

下面是卤素与水体系的E-pH图 (如图2)。

图中曲线位置高低反映了各电对电极电势的相对高低; 曲线斜率的大小反映了各电对电极电势受pH影响的大小;上面的曲线

图2 卤素与水体系统电势-pH图

电势pH图重要的应用主要有：

利用水的稳定区和不稳定区判断电对的稳定性。若某一电对的电极电势值高于氧电对EO₂/H₂O的电势值，则该电对的氧化态物质可将水(O^-2)氧化为氧气而逸出(水作为还原剂);若某电对的电极电势值低于氢电对EH+/H₂的电势值，则该电对的还原态物质可将水(H⁺)还原为氢气而逸出(水作为氧化剂)。因此，电势在b虚线以上的强氧化剂，如F₂等，在水中不能稳定地存在，F₂易和水强烈地作用放出氧气。而电势在a虚线以下的强还原剂，如Na，K等活泼金属，在水中亦不能稳定地存在，会强烈地与水作用放出氢气。在a，b两条虚线之间，水既不能被氧化，又不能被还原，该区域为水的稳定区。

判断氧化还原反应的方向。由卤素与水体系的E-pH图可清楚地看出：F₂与水猛烈地作用，放出氧气;Cl₂与水缓慢地作用，也放出氧气;Br₂与水作用更加缓慢，若pH<3时，反应则逆向进行。I₂与水几乎不能作用，相反氧气却能将I^-离子氧化为I₂。

由于电势-pH图能直观地表明物质在水溶液中稳定存在的pH范围，人们就可以控制适当的pH值，实现所需要的氧化还原反应以获得某种产物。因此，电势-pH图在化工生产、湿法冶金以及化学分析等方面都获得了广泛的应用。