Οι ακόλουθες δύο μισές αντιδράσεις χρησιμοποιούνται για τον σχηματισμό ενός ηλεκτροχημικό κύτταρο:
Οξείδωση:
ΕΤΣΙ2(g) + 2Η20 (1) -> SO4-(υδ) + 4 Η+(υδ) + 2 e- E °βόδι = -0,20 V
Μείωση:
Cr2Ο72-(υδ) + 14 Η+(υδ) + 6 e- → 2 Cr3+(υδ) + 7Η2O (1) E °το κόκκινο = +1.33 V
Ποια είναι η σταθερά ισορροπίας της αντίδρασης των συνδυασμένων κυττάρων στους 25 ° C;
Η μισή αντίδραση οξείδωσης παράγει 2 ηλεκτρόνια και η μισή αντίδραση μείωσης χρειάζεται 6 ηλεκτρόνια. Για να ισορροπήσετε τη φόρτιση, την αντίδραση οξείδωσης πρέπει να πολλαπλασιαστεί επί 3.
3 SO2(g) + 6 Η20 (1) -> 3 SO4-(υδ) + 12 Η+(υδ) + 6 e-
+ Cr2Ο72-(υδ) + 14 Η+(υδ) + 6 e- → 2 Cr3+(υδ) + 7Η2O (1)
3 SO2(g) + Cr2Ο72-(υδ) + 2 Η+(aq) → 3 SO4-(υδατ.) + 2 Cr3+(υδ) + Η2O (1)
Με εξισορροπώντας την εξίσωση, γνωρίζουμε τώρα τον συνολικό αριθμό ηλεκτρονίων που ανταλλάσσονται στην αντίδραση. Αυτή η αντίδραση αντάλλαξε έξι ηλεκτρόνια.
Βήμα 2: Υπολογίστε το κυτταρικό δυναμικό.
Αυτό πρόβλημα ηλεκτροχημικού κυττάρου EMF δείχνει τον τρόπο υπολογισμού του κυτταρικού δυναμικού ενός κυττάρου από τις τυπικές δυνατότητες μείωσης. **
E °κύτταρο = E °βόδι + Ε °το κόκκινο
E °κύτταρο = -0,20 V + 1,33 V
E °κύτταρο = +1.13 V
Βήμα 3: Βρείτε τη σταθερά ισορροπίας, Κ.
Όταν η αντίδραση είναι σε ισορροπία, η αλλαγή στην ελεύθερη ενέργεια είναι ίση με μηδέν.
Η μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας ενός ηλεκτροχημικού στοιχείου σχετίζεται με το κυτταρικό δυναμικό της εξίσωσης:
ΔG = -nFEκύτταρο
που
ΔG είναι η ελεύθερη ενέργεια της αντίδρασης
n είναι ο αριθμός των κρεατοελιτών των ηλεκτρονίων που ανταλλάσσονται στην αντίδραση
Το F είναι η σταθερά του Faraday (96484.56 C / mol)
Το Ε είναι το κυτταρικό δυναμικό.
οδυναμικό κυττάρων και ελεύθερη ενέργεια δείχνει πώς να υπολογίσετε δωρεάν ενέργεια μιας οξειδοαναγωγικής αντίδρασης.
Αν ΔG = 0:, λύνουμε για Εκύτταρο
0 = -nFEκύτταρο
μικύτταρο = 0 V
Αυτό σημαίνει ότι, σε ισορροπία, το δυναμικό του κυττάρου είναι μηδέν. Η αντίδραση προχωρά προς τα εμπρός και προς τα πίσω με τον ίδιο ρυθμό, πράγμα που σημαίνει ότι δεν υπάρχει καθαρή ροή ηλεκτρονίων. Χωρίς ροή ηλεκτρονίων, δεν υπάρχει ρεύμα και το δυναμικό είναι ίσο με το μηδέν.
Τώρα υπάρχουν αρκετές πληροφορίες που είναι γνωστό ότι χρησιμοποιούν την εξίσωση Nernst για να βρουν τη σταθερά ισορροπίας.
Η εξίσωση Nernst είναι:
μικύτταρο = E °κύτταρο - (RT / nF) x log10Q
που
μικύτταρο είναι το κυτταρικό δυναμικό
E °κύτταρο αναφέρεται στο τυποποιημένο κυτταρικό δυναμικό
R είναι το σταθερά αερίου (8.3145 J / mol · Κ)
T είναι το απόλυτη θερμοκρασία
n είναι ο αριθμός των γραμμομορίων των ηλεκτρονίων που μεταφέρονται από την αντίδραση του κυττάρου
F είναι Η σταθερά του Faraday (96484,56 C / mol)
Το Q είναι το πηλίκο αντίδρασης
**Ο Παράδειγμα προβλήματος εξισώσεων Nernst δείχνει πώς να χρησιμοποιήσετε την εξίσωση Nernst για τον υπολογισμό του κυτταρικού δυναμικού ενός μη τυποποιημένου στοιχείου. **
Σε ισορροπία, το πηλίκο αντίδρασης Q είναι η σταθερά ισορροπίας, Κ. Αυτό κάνει την εξίσωση:
μικύτταρο = E °κύτταρο - (RT / nF) x log10κ
Από τα παραπάνω, γνωρίζουμε τα εξής:
μικύτταρο = 0 V
E °κύτταρο = +1.13 V
R = 8,3145 J / mol · Κ
Τ = 25 & degC = 298,15 Κ
F = 96484.56 C / mol
n = 6 (έξι ηλεκτρόνια μεταφέρονται στην αντίδραση)
Επίλυση για το K:
0 = 1,13 V - [(8,3145 J / mol · Κχ 298,15 Κ) / (6 χ 96484,56 Ο / mol)] log10κ
-1,13 V = - (0,004 V) log10κ
κούτσουρο10Κ = 282,5
Κ = 10282.5
Κ = 10282.5 = 100.5 x 10282
Κ = 3,16 χ 10282
Απάντηση:
Η σταθερά ισορροπίας της οξειδοαναγωγικής αντίδρασης του κυττάρου είναι 3,16 χ 10282.