《无机化学基础：电解质特性》课件综述.ppt

*************************************电极电位电极电位概念电极电位是衡量电极得失电子倾向的量度，反映了电极和其周围电解质溶液间的电位差。单个电极的电位无法直接测量，必须相对于参比电极测定。标准氢电极(SHE)被规定为零电位点，所有其他电极电位都相对于它测量。标准电极电位标准电极电位是在标准状态下（25°C，1atm，1mol/L）测量的电极电位。它是判断氧化还原反应方向和程度的重要参数。按照规定，还原反应方向的电位为标准，故也称为标准还原电位。电位越高，物质越容易被还原；电位越低，物质越容易被氧化。能斯特方程能斯特方程描述了非标准条件下电极电位与离子活度的关系：E=E°-(RT/nF)ln([Red]/[Ox])，其中E°是标准电极电位，R是气体常数，T是绝对温度，n是转移电子数，F是法拉第常数，[Red]和[Ox]分别是还原态和氧化态物质的活度。应用意义电极电位在电化学研究和应用中具有重要意义。通过测量电位可以确定氧化还原反应的方向和程度；设计和优化电池、电解池等电化学装置；分析溶液中离子的活度和浓度；研究腐蚀机理和防护方法等。电化学序元素半反应标准电极电位(Vvs.SHE)锂(Li)Li?+e?→Li-3.05钾(K)K?+e?→K-2.93钙(Ca)Ca2?+2e?→Ca-2.87钠(Na)Na?+e?→Na-2.71镁(Mg)Mg2?+2e?→Mg-2.37铝(Al)Al3?+3e?→Al-1.66锌(Zn)Zn2?+2e?→Zn-0.76铁(Fe)Fe2?+2e?→Fe-0.44氢(H)2H?+2e?→H?0.00铜(Cu)Cu2?+2e?→Cu+0.34银(Ag)Ag?+e?→Ag+0.80金(Au)Au3?+3e?→Au+1.50电化学序是根据金属标准电极电位排列的顺序表，反映了金属的相对活泼性。电位越低（越负），金属越活泼，越容易失去电子被氧化；电位越高（越正），金属越稳定，越不易被氧化。电化学序在预测金属反应性、理解置换反应、分析腐蚀过程等方面有重要应用。例如，电位低的金属可以置换出电位高的金属离子溶液中的金属；在原电池中，电位低的金属作为阳极（负极），电位高的金属作为阴极（正极）；在腐蚀过程中，电位低的金属更容易发生腐蚀。需要注意的是，实际应用中金属表面常形成氧化膜等保护层，改变其表观活性。例如，铝虽然电极电位很低，但因表面致密的氧化膜保护，表现出很强的耐腐蚀性。电解质在生物体内的作用体液平衡电解质如钠、钾、钙、镁、氯等离子在维持体液的渗透压、酸碱平衡和水分布方面起关键作用。钠是细胞外液的主要阳离子，维持血容量；钾是细胞内液的主要阳离子；二者的跨膜浓度梯度对细胞功能至关重要。电解质平衡失调可导致水肿、脱水等严重问题。神经传导神经细胞的电信号传导基于钠、钾离子的跨膜运动。静息状态下，胞内钾浓度高而钠浓度低；当刺激超过阈值，钠通道开放，钠离子内流引起膜电位反转（去极化）；随后钾通道开放，钾离子外流使膜电位恢复（复极化）。这一过程产生动作电位，是神经信号传导的基础。肌肉收缩钙离子对肌肉收缩起着触发作用。当神经冲动到达肌肉，钙离子从肌浆网释放到肌浆中，与肌球蛋白结合，促进肌动蛋白与肌球蛋白之间的相互作用，导致肌纤维收缩。此外，镁离子是许多与能量代谢相关酶的辅助因子，对肌肉功能也很重要。酶活性调节多种电解质离子作为辅助因子参与酶催化反应。例如，镁离子是ATP酶、激酶等能量代谢相关酶的必需辅因子；锌离子是碳酸酐酶、DNA聚合酶等酶的组成部分；钙离子既是许多酶的辅助因子，也是重要的细胞内信使，参与细胞信号转导。电解质与环境科学1水质分析与监测电解质离子的测定是水质分析的重要组成部分。总溶解固体(TDS)、电导率、碱度等参数直接反映水中电解质含量。常见的监测离子包括钠、钾、钙、镁、氯、硫酸根、碳酸氢根等，这些离子的平衡对自然水体的生态功能和人类用水安全至关重要。2土壤盐碱化土壤盐碱化是全球性环境问题，尤其在干旱、半干旱地区更为严重。过量的钠、氯、硫酸根等离子累积导致土壤结构恶化、渗透压升高，抑制植物生长。了解电解质在土壤-植物系统中的迁移转化规律，对防治盐碱化、改良盐碱地具有重要意义。3海洋酸化海洋吸收大气CO?后形成碳酸，导致pH值下降，称为海洋酸化。这一过程改变了海水中碳酸盐体系平衡，降低了碳酸根离子浓度，影响依赖碳酸钙构建骨骼的海洋生物，如珊瑚、贝类等。研究电解