标准电极电势计算公式

电池的电压与正负极材料的选取密切相关。在研究电池时，虽然常单独探讨正极或负极的性能，但电压实际上是两端电势的差异。仅考虑单独的正极或负极是无法确定电池电压的。为了更准确地讨论电池电压，需要先确立一个基准电势值——标准氢电极。

由于单个电极的电势难以界定，故规定在任何温度下，标准状态的氢电极电势为零。而任何电极的电势实际上就是该电极与标准氢电极组成的电池的电势，这样便得到了以“氢标”为基准的电极势。这里所说的标准状态指的是氢电极中电解液中的氢离子活度为1，氢气压强为0.1兆帕（约等于1大气压）的状态，此时温度为298.15K。

电化序（Electrochemical Series）

一些常见电池的电极半反应可以用电化序来表示。电化序，也称为电化学序，是按照金属（以及氢）的标准电极电势从低到高排列的序列。这个序列反映了金属的化学活泼性次序。排在顶部的金属最活泼，而活泼性较低的“贵金属”则排在下面。标准电极电位的正负反映了电极在发生电极反应时相对于标准氢电极的得失电子的能力。

当电极电位越负时，该金属越容易失电子；反之，电位越正时，越容易得电子。实质上，电极反应和电池反应都是氧化还原反应，因此电化序也反映了某一电极相对于另一电极的氧化还原能力的大小。具体来说，电位负的金属是较强的还原剂，而电位正的金属则是较强的氧化剂。当负电极和正电极的电位差越大时，电池电压也会相应增大。

表1展示了金属的标准电化学序。

如果设想构建一个包含顶部和底部反应的电池，其电压将是2.87 V减去（-3.04V），结果为5.91V。但到目前为止，锂弗电池尚无法制造，因为尚未有已知的电解质能够承受如此高的电压而不发生分解。

表2列举了常见的负电极反应。

元素周期表

在定量分析中，电化序是一个重要的参考工具。而对于定性分析，可以考虑使用元素周期表。周期表中的元素按其还原和氧化能力的相对强弱用箭头在表下表示。每个元素在周期表中的方框内都有其特定的位置，其中包括原子序数、原子量和电子轨道或壳层的排列等信息。

元素周期表中的元素用颜色进行编码，以便突出显示其性质的相似性。强还原元素通常分组在左边，而强氧化元素则分组在右边。同一族的元素通常具有相同数量的价电子或在它们的外价壳层中有相同数量的电子，这决定了它们如何与其他原子发生化学反应。同一族中的元素往往具有相似的化学性质。

周期表中的每一个周期代表了一组具有相同数量电子壳层或轨道的元素，这对应于原子中电子可能的能级数。而周期数则对应于电子壳层的数目。具有一两个价电子的原子由于其外层电子很容易失去或共享，因此具有高度的反应性。这些原子在氧化还原反应中提供电子位，作为还原剂。

原子的电子层最外层若缺失一两个电子，则该原子具有高度活性，倾向于获得缺失的电子形成负离子或共享电子形成共价键。相反，氧化剂在氧化还原反应中接受电子并被还原。例如，卤族元素的外部电子壳层只缺失一个价电子，因此它们是高度反应性的。当外部电子壳层充满时，如第18组中的惰性气体那样，原子在化学上往往是稳定的或惰性的。

通过理解并运用电化序和元素周期表等化学工具，我们可以更深入地了解电池的工作原理以及元素的化学性质。