Primer težave z Nernstovo enačbo

Izračun celičnega potenciala v nestandardnih pogojih

Roland Magnusson / EyeEm / Getty Images

Standardni celični potenciali so izračunani v standardni pogoji . Temperatura in tlak sta pri standardna temperatura in tlak in vse koncentracije so 1 M vodne raztopine . V nestandardnih pogojih se za izračun celičnih potencialov uporablja Nernstova enačba. Spreminja standardni celični potencial, da upošteva temperaturo in koncentracije udeležencev reakcije. Ta primer težave prikazuje, kako uporabiti Nernstova enačba za izračun celičnega potenciala.

Težava

Poiščite celični potencial a galvanski člen na podlagi naslednjih redukcijskih polovičnih reakcij pri 25 °C
Cd²⁺+ 2 in^-→ CdE⁰= -0,403 V
Pb²⁺+ 2 in^-→ Pb E⁰= -0,126 V
kjer [Cd²⁺] = 0,020 M in [Pb²⁺] = 0,200 M.

rešitev

Prvi korak je določitev celične reakcije in celotnega celičnega potenciala.
Da bi bila celica galvanska, E⁰_celica> 0.
(Opomba: pregled Galvanski člen Primer problema za metodo iskanja celičnega potenciala galvanskega člena.)
Da bi bila ta reakcija galvanska, mora biti reakcija kadmija oksidacijska reakcija .Cd → Cd²⁺+ 2 in^-IN⁰= +0,403 V
Pb²⁺+ 2 in^-→ Pb E⁰= -0,126 V
Celotna celična reakcija je:
Pb²⁺(aq) + Cd(s) → Cd²⁺(aq) + Pb(s)
in E⁰_celica= 0,403 V + -0,126 V = 0,277 V
Nernstova enačba je:
IN_celica= E⁰_celica- (RT/nF) x lnQ
kje
IN_celicaje celični potencial
IN⁰_celicase nanaša na standardni celični potencial
R je plinska konstanta (8,3145 J/mol·K)
T je absolutna temperatura
n je število madeži elektronov, prenesenih z reakcijo celice
F je Faradayeva konstanta 96485,337 C/mol )
Q jereakcijski količnik, kje
Q = [C]^c·[D]^d/ [A]^a·[B]^b
kjer so A, B, C in D kemične vrste; in a, b, c in d so koeficienti v uravnoteženi enačbi:
a A + b B → c C + d D
V tem primeru je temperatura 25 °C ali 300 K in v reakciji sta bila prenesena 2 mola elektronov.
RT/nF = (8,3145 J/mol·K)(300 K)/(2)(96485,337 C/mol)
RT/nF = 0,013 J/C = 0,013 V
Edina stvar, ki ostane, je najti reakcijski količnik, Q.
Q = [produkti]/[reaktanti]
(Opomba: Za izračune reakcijskega količnika so čisti tekoči in čisti trdni reaktanti ali produkti izpuščeni.)
Q = [Cd²⁺]/[Pb²⁺]
Q = 0,020 M / 0,200 M
Q = 0,100
Združite v Nernstovo enačbo:
IN_celica= E⁰_celica- (RT/nF) x lnQ
IN_celica= 0,277 V - 0,013 V x ln(0,100)
IN_celica= 0,277 V - 0,013 V x -2,303
IN_celica= 0,277 V + 0,023 V
IN_celica= 0,300 V

Odgovori

Celični potencial za obe reakciji pri 25 °C in [Cd²⁺] = 0,020 M in [Pb²⁺] = 0,200 M je 0,300 voltov.