Przykład równania Nernsta Problem

Obliczanie potencjału komórki w niestandardowych warunkach

Roland Magnusson / EyeEm / Getty Images

Standardowe potencjały komórek są obliczane w standardowe warunki . Temperatura i ciśnienie są na standardowa temperatura i ciśnienie a wszystkie stężenia wynoszą 1 M roztwory wodne . W niestandardowych warunkach równanie Nernsta służy do obliczania potencjałów komórek. Modyfikuje standardowy potencjał komórki w celu uwzględnienia temperatury i stężeń uczestników reakcji. Ten przykładowy problem pokazuje, jak używać Równanie Nernsta do obliczenia potencjału komórki.

Problem

Znajdź potencjał komórki a ogniwo galwaniczne na podstawie następujących połówkowych reakcji redukcji w 25 °C
Płyta CD²⁺+ 2 i^-→ CdE⁰= -0,403 V
Pb²⁺+ 2 i^-→ Pb E⁰= -0,126 V
gdzie [Cd²⁺] = 0,020 M i [Pb²⁺] = 0,200 mln.

Rozwiązanie

Pierwszym krokiem jest określenie reakcji komórki i całkowitego potencjału komórki.
Aby ogniwo było galwaniczne, E⁰_komórka> 0.
(Uwaga: przegląd Ogniwo galwaniczne Przykład Problem dotyczący metody wyznaczania potencjału ogniwa galwanicznego.)
Aby ta reakcja była galwaniczna, reakcja kadmu musi być reakcja utleniania .Cd → Cd²⁺+ 2 i^-ORAZ⁰= +0,403 V
Pb²⁺+ 2 i^-→ Pb E⁰= -0,126 V
Całkowita reakcja komórki to:
Pb²⁺(aq) + Cd(s) → Cd²⁺(aq) + Pb(s)
i E⁰_komórka= 0,403 V + -0,126 V = 0,277 V
Równanie Nernsta to:
ORAZ_komórka= E⁰_komórka- (RT/nF) x lnQ
gdzie
ORAZ_komórkajest potencjał komórki
ORAZ⁰_komórkaodnosi się do standardowego potencjału komórki
R jest stała gazowa (8,3145 J/mol·K)
T jest temperatura absolutna
n to liczba krety elektronów przenoszonych przez reakcję komórki
F to stała Faradaya 96485,337 C/mol)
Q jestiloraz reakcji, gdzie
Q = [C]^c·[D]^d/ [A]^a·[B]^b
gdzie A, B, C i D są indywiduami chemicznymi; a, b, c i d są współczynnikami w zbilansowanym równaniu:
a A + b B → c C + d D
W tym przykładzie temperatura wynosi 25°C lub 300 K iw reakcji przeniesiono 2 mole elektronów.
RT/nF = (8,3145 J/mol·K)(300 K)/(2)(96485,337 C/mol)
RT/nF = 0,013 J/C = 0,013 V
Pozostaje tylko znaleźć iloraz reakcji Q.
Q = [produkty]/[odczynniki]
(Uwaga: w przypadku obliczeń ilorazu reakcji pominięto reagenty lub produkty w postaci czystej cieczy i czystej substancji stałej).
Q = [Cd²⁺]/[Pb²⁺]
Q = 0,020 M / 0,200 M
Q = 0,100
Połącz w równanie Nernsta:
ORAZ_komórka= E⁰_komórka- (RT/nF) x lnQ
ORAZ_komórka= 0,277 V - 0,013 V x ln (0,100)
ORAZ_komórka= 0,277 V - 0,013 V x -2,303
ORAZ_komórka= 0,277 V + 0,023 V
ORAZ_komórka= 0,300 V

Odpowiadać

Potencjał komórki dla dwóch reakcji w 25°C i [Cd²⁺] = 0,020 M i [Pb²⁺] = 0,200 M to 0,300 woltów.