Wissenschaft

Nernst-Gleichung: Zellpotential berechnen

Standardzellpotentiale werden unter Standardbedingungen berechnet . Die Temperatur und der Druck sind bei Standardtemperatur und -druck und die Konzentrationen sind alle 1 M wässrige Lösungen. Unter nicht standardmäßigen Bedingungen wird die Nernst-Gleichung verwendet, um Zellpotentiale zu berechnen. Es modifiziert das Standardzellpotential, um die Temperatur und die Konzentrationen der Reaktionsteilnehmer zu berücksichtigen. Dieses Beispielproblem zeigt, wie die Nernst-Gleichung zur Berechnung eines Zellpotentials verwendet wird.

 

Problem

Bestimmen Sie das Zellpotential einer galvanischen Zelle anhand der folgenden Reduktionshalbreaktionen bei 25 ° C
Cd 2+ + 2 e → Cd E 0=-0,403 V
Pb 2+ + 2 e → Pb E 0=-0,126 V.
wobei [Cd 2+ ]=0,020 M und [Pb 2+ ]=0,200 M ist.

 

Lösung

Der erste Schritt besteht darin, die Zellreaktion und das Gesamtzellpotential zu bestimmen.
Damit die galvanische, E sein 0 – Zelle > 0
(Hinweis: Review galvanische Zelle. Beispiel Probleme für das Verfahren Zellpotential einer galvanischen Zelle zu finden)
Für diese Reaktion galvanische zu sein, muss das Cadmium Reaktion die seine Oxidation Reaktion. Cd → Cd 2+ + 2 e E 0=0,403 V
Pb 2+ + 2 e → Pb E 0=-0,126 V
Die Gesamtzellenreaktion ist:
Pb 2+ (aq) + Cd (n) → Cd 2 + (aq) + Pb (n)
und E 0 – Zelle=0,403 V + -0,126 V=0,277 V
die Nernst – Gleichung lautet:
E – Zelle=E 0 – Zelle – (RT / nF) x LNQ
wo
E Zelle das Zellpotential
E 0 Zelle bezieht sich auf das Standardzellpotential
R ist die Gaskonstante (8,3145 J / mol · K)
T ist die absolute Temperatur
n ist die Anzahl der durch die Reaktion der Zelle übertragenen Mol Elektronen
F ist die Faradaysche Konstante 96485,337 C / mol)
Q ist die Reaktionsquotient. wobei
Q=[C] c · [D] d / [A] a · [B] b,
wobei A, B, C und D chemische Spezies sind; und a, b, c und d sind Koeffizienten in der ausgeglichenen Gleichung:
a A + b B → c C + d D
In diesem Beispiel beträgt die Temperatur 25 ° C oder 300 K und 2 Mol Elektronen wurden in die Reaktion übertragen . < br /> RT / nF=(8,3145 J / mol · K) (300 K) / (2) (96485,337 C / mol)
RT / nF=0,013 J / C=0,013 V
Das einzige, was übrig bleibt, ist, den Reaktionsquotienten zu finden Q.
Q=[Produkte] / [Reaktanten]
(Hinweis: Für Reaktionsquotientenberechnungen werden reine flüssige und reine feste Reaktanten oder Produkte weggelassen.)
Q=[Cd 2+ ] / [Pb 2+ ]
Q=0,020 M / 0,200 M
Q=0.100
Kombinieren in die Nernst – Gleichung:
E Zelle=E 0 – Zelle – (RT / nF) x LNQ
E Zelle=0,277 V – 0,013 V x ln (0,100)
E – Zelle=0,277 V – 0,013 V x -2,303
E Zelle=0,277 V + 0,023 V
E Zelle=0,300 V.

 

Antworten

Das Zellpotential für die beiden Reaktionen bei 25 ° C und [Cd 2+ ]=0,020 M und [Pb 2+ ]=0,200 M beträgt 0,300 Volt.

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