חדש

שיווי משקל קבוע בתגובה אלקטרוכימית

שיווי משקל קבוע בתגובה אלקטרוכימית

ניתן לחשב את קבוע שיווי המשקל של תגובת redox של תא אלקטרוכימי באמצעות משוואת נרנסט והקשר בין פוטנציאל תאים סטנדרטי ואנרגיה חופשית. בעיה דוגמא זו מראה כיצד ניתן למצוא את קבוע שיווי המשקל של תגובת redox של התא.

בעיה

שתי התגובות המחצובות הבאות משמשות ליצירת תא אלקטרוכימי:
חמצון:
לכן2(ז) + 2 ח20 (ℓ) → SO4-(aq) + 4 שעות+(aq) + 2 e- E °שור = -0.20 V
הפחתה:
Cr2O72-(aq) + 14 ח+(aq) + 6 ה- → 2 Cr3+(aq) + 7 ח2O (ℓ) E °אדום = +1.33 V
מהו קבוע שיווי המשקל של תגובת התא המשולבת ב 25 צלזיוס?

פיתרון

שלב 1: שלב בין שתי המחצית התגובות ואיזן אותה.

חצי תגובת החמצון מייצרת 2 אלקטרונים וחצי התגובה להפחתה צריכה 6 אלקטרונים. כדי לאזן את המטען, יש להכפיל את תגובת החמצון בגורם של 3.
3 אז2(ז) + 6 ח20 (ℓ) → 3 SO4-(aq) + 12 ח+(aq) + 6 ה-
+ Cr2O72-(aq) + 14 ח+(aq) + 6 ה- → 2 Cr3+(aq) + 7 ח2O (ℓ)
3 אז2(ז) + Cr2O72-(aq) + 2 ח+(aq) → 3 SO4-(aq) + 2 Cr3+(aq) + ח2O (ℓ)
על ידי איזון המשוואה, אנו יודעים כעת את המספר הכולל של האלקטרונים שהוחלפו בתגובה. תגובה זו החליפה שישה אלקטרונים.

שלב 2: חשב את פוטנציאל התא.
בעיה דוגמת EMF בתא אלקטרוכימי זו מראה כיצד לחשב פוטנציאל תאים של תא מפוטנציאל הפחתה רגיל. **
E °תא = E °שור + E °אדום
E °תא = -0.20 V + 1.33 V
E °תא = +1.13 V
שלב 3: מצא את קבוע שיווי המשקל, ק.
כאשר התגובה נמצאת בשיווי משקל, השינוי באנרגיה החופשית שווה לאפס.

השינוי באנרגיה החופשית של תא אלקטרוכימי קשור לפוטנציאל התא של המשוואה:
ΔG = -nFEתא
איפה
ΔG הוא האנרגיה החופשית של התגובה
n הוא מספר השומות של אלקטרונים שהוחלפו בתגובה
F הוא הקבוע של פאראדיי (96484.56 C / mol)
E הוא פוטנציאל התא.

פוטנציאל התא ודוגמת האנרגיה החופשית מראה כיצד לחשב אנרגיה חופשית של תגובת redox.
אם ΔG = 0 :, לפתור עבור Eתא
0 = -nFEתא
התא = 0 V
פירוש הדבר, בשיווי משקל, פוטנציאל התא הוא אפס. התגובה מתקדמת קדימה ואחורה באותו קצב, כלומר אין זרימת אלקטרונים נטו. ללא זרימת אלקטרונים, אין זרם והפוטנציאל שווה לאפס.
כעת ידוע על מספיק מידע שמשתמש במשוואת נרנסט כדי למצוא את קבוע שיווי המשקל.
משוואת נרנסט היא:
התא = E °תא - (RT / nF) x יומן10ש
איפה
התא הוא פוטנציאל התא
E °תא מתייחס לפוטנציאל התא הסטנדרטי
R הוא קבוע הגז (8.3145 J / mol · K)
T הוא הטמפרטורה המוחלטת
n הוא מספר השומות של אלקטרונים המועברים על ידי תגובת התא
F הוא הקבוע של פאראדיי (96484.56 C / mol)
ש 'הוא כמות התגובה
** בעיית הדוגמא של משוואת נרנסט מראה כיצד להשתמש במשוואת נרנסט לחישוב פוטנציאל התא של תא לא סטנדרטי. **
בשיווי משקל, מכוון התגובה Q הוא קבוע שיווי המשקל, K. זה הופך את המשוואה:
התא = E °תא - (RT / nF) x יומן10ק
מלמעלה אנו יודעים את הדברים הבאים:
התא = 0 V
E °תא = +1.13 V
R = 8.3145 J / mol · K
T = 25 & מעלות צלזיוס = 298.15 K
F = 96484.56 C / mol
n = 6 (שישה אלקטרונים מועברים בתגובה)
לפתור עבור K:
0 = 1.13 V - (8.3145 J / mol · K x 298.15 K) / (6 x 96484.56 C / mol) יומן10ק
-1.13 V = - (0.004 V) יומן10ק
יומן10K = 282.5
K = 10282.5
K = 10282.5 = 100.5 x 10282
K = 3.16 x 10282
תשובה:
קבוע שיווי המשקל של תגובת ה- Redox של התא הוא 3.16 x 10282.


Video, Sitemap-Video, Sitemap-Videos