Nernst Vergelijking Voorbeeld Probleem

Celpotentieel berekenen in niet-standaard omstandigheden

Roland Magnusson / EyeEm / Getty Images

Standaard celpotentialen worden berekend in standaard voorwaarden . De temperatuur en druk zijn op standaard temperatuur en druk en de concentraties zijn allemaal 1 M waterige oplossingen . In niet-standaard omstandigheden wordt de Nernst-vergelijking gebruikt om celpotentialen te berekenen. Het wijzigt het standaard celpotentieel om rekening te houden met temperatuur en concentraties van de reactiedeelnemers. Dit voorbeeldprobleem laat zien hoe de Nernst-vergelijking om een ​​celpotentiaal te berekenen.

Probleem

Vind de celpotentiaal van a galvanische cel gebaseerd op de volgende reductiehalfreacties bij 25 °C
CD²⁺+ 2 en^-→ CdE⁰= -0.403 V
Pb²⁺+ 2 en^-→ Pb E⁰= -0,126 V
waar [Cd²⁺] = 0,020 M en [Pb²⁺] = 0,200 M.

Oplossing

De eerste stap is het bepalen van de celreactie en het totale celpotentieel.
Om de cel galvanisch te maken, E⁰_cel> 0.
(Opmerking: recensie Galvanische cel Voorbeeld Probleem voor de methode om celpotentiaal van een galvanische cel te vinden.)
Om deze reactie galvanisch te laten zijn, moet de cadmiumreactie de oxidatie reactie: .Cd → Cd²⁺+ 2 en^-EN⁰= +0,403 V
Pb²⁺+ 2 en^-→ Pb E⁰= -0,126 V
De totale celreactie is:
Pb²⁺(aq) + Cd(s) → Cd²⁺(aq) + Pb(s)
en E⁰_cel= 0,403 V + -0,126 V = 0,277 V
De Nernst-vergelijking is:
EN_cel= E⁰_cel- (RT/nF) x lnQ
waar
EN_celis de celpotentiaal
EN⁰_celverwijst naar standaard celpotentiaal
R is de gasconstante (8,3145 J/mol·K)
T is de absolute temperatuur
n is het aantal van mollen van elektronen overgedragen door de reactie van de cel
F is Constante van Faraday 96485.337 C/mol )
Q is dereactiequotiënt, waar
Q = [C]^c·[D]^d/ [EEN]^a·[B]^b
waarbij A, B, C en D chemische soorten zijn; en a, b, c en d zijn coëfficiënten in de gebalanceerde vergelijking:
a A + b B → c C + d D
In dit voorbeeld is de temperatuur 25 ° C of 300 K en werden 2 mol elektronen in de reactie overgedragen.
RT/nF = (8,3145 J/mol·K)(300 K)/(2)(96485,337 C/mol)
RT/nF = 0,013 J/C = 0,013 V
Het enige dat overblijft is het vinden van het reactiequotiënt, Q.
Q = [producten]/[reactanten]
(Opmerking: voor berekeningen van het reactiequotiënt worden zuivere vloeibare en zuivere vaste reactanten of producten weggelaten.)
Q = [Cd²⁺]/[Pb²⁺]
Q = 0,020 M / 0,200 M
Q = 0.100
Combineer in de Nernst-vergelijking:
EN_cel= E⁰_cel- (RT/nF) x lnQ
EN_cel= 0,277 V - 0,013 V x ln (0,100)
EN_cel= 0,277 V - 0,013 V x -2,303
EN_cel= 0,277 V + 0,023 V
EN_cel= 0,300 V

Antwoorden

De celpotentiaal voor de twee reacties bij 25 °C en [Cd²⁺] = 0,020 M en [Pb²⁺] = 0,200 M is 0,300 volt.