什么是能斯特方程
化學(xué)反應(yīng)實際上經(jīng)常在非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下進(jìn)行，而且反應(yīng)過程中離子濃度也會改變。例如，實驗室氯氣的制備方法之一，是用二氧化錳與濃鹽酸反應(yīng)；在加熱的情況下，氯氣可以不斷發(fā)生。但是利用標(biāo)準(zhǔn)電極電勢來判斷上述反應(yīng)的方向，卻會得出相反的結(jié)論。
能斯特方程中的參數(shù)
MnO2+4HCl=MnCl2+Cl2+2H2O
還原劑的電極反應(yīng)：
Cl2+2e-=2Cl- φ（標(biāo)準(zhǔn)）=1.3583V
氧化劑的電極反應(yīng)：
MnO2+4H++2e-=Mn2++2H2O φ（標(biāo)準(zhǔn)）=1.228V
E（標(biāo)準(zhǔn)）=1.228-1.3583=-0.1523<0
所以反應(yīng)不能自發(fā)地向右進(jìn)行。
用φ（標(biāo)準(zhǔn)）判斷結(jié)果與實際反應(yīng)方向發(fā)生矛盾的原因在于：鹽酸不是1mol/L，Cl2分壓也不一定是101.3kpa，加熱也會改變電極電勢的數(shù)值。由于化學(xué)反應(yīng)經(jīng)常在非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下進(jìn)行，這就要求研究離子濃度、溫度等因素對電極電勢的影響。
但是由于反應(yīng)通常皆在室溫下進(jìn)行，而溫度對電極電勢的影響又比較小，因此應(yīng)著重討論的將是溫度固定為室溫（298K），在電極固定的情況下，濃度對電極電勢的影響。
離子濃度改變對電極電勢的影響可以通過Cu-Zn原電池的實例來討論。
假若電池反應(yīng)開始時，Zn2+和Cu2+的濃度為1mol/L，測定電池的電動勢應(yīng)該是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的電動勢1.10V。
Zn(s)+Cu2+(1mol/L)=Zn2+(1mol/L)+Cu(s） E=（標(biāo)準(zhǔn)）1.10V
當(dāng)電池開始放電后，反應(yīng)不斷向右進(jìn)行，Zn2+濃度增大而Cu2+濃度減少。隨著反應(yīng)物和產(chǎn)物離子濃度比的變化，[Zn2+]/[Cu2+]逐漸增大，反應(yīng)向右進(jìn)行的趨勢會逐漸減小，電池電動勢的測定值也會隨之降低。如圖
圖1
⑴所示，橫坐標(biāo)為[Zn2+]和[Cu2+]之比的對數(shù)值，縱坐標(biāo)為電池的電動勢E。Zn2+濃度增大，Cu2+濃度減小時，電池電動勢由1.10直線下降，直到反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。
反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時，電池停止放電，電池電動勢降低到零；[Zn2+]和[Cu2+]的比值就等于平衡常數(shù)K=[Zn2+]/[Cu2+]=10∧37，lg K=37。電池電動勢為零時，直線與橫坐標(biāo)相交，相交點橫坐標(biāo)的值約為37。
除上述通過反應(yīng)的進(jìn)行可使[Zn2+]/[Cu2+]改變以外，還可有多種改變離子濃度比的方法。如往鋅半電池中加可溶性鋅鹽，用水稀釋或加S2-使Cu2+沉淀濃度降低等等。無論怎樣操作總會發(fā)現(xiàn)，只要[Zn2+]/[Cu2+]增加，電池電動勢就會下降；相反，離子濃度比減小，電池電動勢升高。
方程內(nèi)容
通過熱力學(xué)理論的推導(dǎo)，可以找到上述實驗結(jié)果所呈現(xiàn)出的離子濃度比與電極電勢的定量關(guān)系。對下列氧化還原反應(yīng)：
Zn+Cu2++=Zn2++Cu
E=E（標(biāo)準(zhǔn)）-(RT)/(nF)ln([Zn2+]/[Cu2+])
對于任一電池反應(yīng)：
aA+bB=cC+dD
E=E（標(biāo)準(zhǔn)）-(RT)/(nF)ln(([C]∧c*[D]∧d)/([A]∧a*[B]∧b））……………………⑴
?、胚@個方程就叫做能斯特(Nernst,W.H.1864~1941）方程[1]。它指出了電池的電動勢與電池本性（E）和電解質(zhì)濃度之間的定量關(guān)系。
當(dāng)溫度為298K時，能斯特方程為：
E=E（標(biāo)準(zhǔn)）-(0.0592/n)lg(([C]∧c*[D]∧d)/([A]∧a*[B]∧b））……………………⑵
當(dāng)溫度為298K時，Cu-Zn原電池反應(yīng)的能斯特方程為：
E=E（標(biāo)準(zhǔn)）-(0.0592/n)lg([Zn2+]/[Cu2+]）……………………⑶
該方程的圖形應(yīng)為一直線，其截距為E=1.10V，斜率為-0.0592/2=-0.03，與前述實驗結(jié)果一致。將⑶式展開，可以求到某電極的能斯特方程：
E=φ（+)-φ（-)=[φ（標(biāo)準(zhǔn),+)-φ（標(biāo)準(zhǔn)，-)]-(0.0592/2)lg([Zn2+]/[Cu2+])
={φ（標(biāo)準(zhǔn)，+)+(0.0592/2)lg[Cu2+]}-{φ（標(biāo)準(zhǔn)，-)+(0.0592/2)lg[Zn2+]}
所以φ（+)=φ（標(biāo)準(zhǔn)，+)+(0.0592/2)lg[Cu2+]
φ（-)=φ（標(biāo)準(zhǔn)，-)+(0.0592/2)lg[Zn2+]
歸納成一般的通式：
φ=φ（標(biāo)準(zhǔn)）+(0.0592/n)lg([氧化型]/[還原型]）……………………⑷
式中n——電極反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移數(shù)。
[氧化型]/[還原型]——表示參與電極反應(yīng)所有物質(zhì)濃度的乘積與反應(yīng)產(chǎn)物濃度乘積之比。而且濃度的方次應(yīng)等于他們在電極反應(yīng)中的系數(shù)。
純固體、純液體的濃度為常數(shù)，作1處理。離子濃度單位用mol/L（嚴(yán)格地應(yīng)該用活度）。氣體用分壓表示。
方程寫法
下面舉例來說明能斯特方程的具體寫法：
?、乓阎狥e3++e-=Fe2+，φ（標(biāo)準(zhǔn)）=0.770V
Φ=φ（標(biāo)準(zhǔn)）+(0.0592/1)lg([Fe3+]/[Fe2+])
=0.770+(0.0592/1)lg([Fe3+]/[Fe2+])
?、埔阎狟r2(l)+2e-=2Br-，φ（標(biāo)準(zhǔn)）=1.065V
Φ=1.065+(0.0592/2)lg(1/[Br-]∧2)
?、且阎狹nO2+4H++2e-=Mn2++2H2O，φ（標(biāo)準(zhǔn)）=1.228V
Φ=1.228+(0.0592/2)lg([H+]∧4/[Mn2+])
?、纫阎狾2+4H++4e-=2H2O，φ（標(biāo)準(zhǔn)）=1.229V
Φ=1.229+(0.0592/4)lg((p(O2)*[H+]∧4)/1)
方程應(yīng)用
一、離子濃度改變時電極電勢的變化
根據(jù)能斯特方程可以求出離子濃度改變時電極電勢變化的數(shù)值
二、離子濃度改變對氧化還原反應(yīng)方向的影響
非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下對于兩個電勢比較接近的電對，僅用標(biāo)準(zhǔn)電勢來判斷反應(yīng)方向是不夠的，應(yīng)該考慮離子濃度改變對反應(yīng)方向的影響。
三、介質(zhì)酸度對氧化還原反應(yīng)的影響及pH電勢圖 夠具體了吧
