Stała równowagi reakcji ogniwa elektrochemicznego

Następujące dwie pół-reakcje są używane do utworzenia ogniwo elektrochemiczne:
Utlenianie:
WIĘC₂(g) + 2H₂0 (ℓ) → SO₄^-(aq) + 4 godz⁺(aq) + 2 e^- E °_wół = -0,20 V.
Zmniejszenie:
Cr₂O₇^2-(aq) + 14 godz⁺(aq) + 6 e^- → 2 Kr³⁺(aq) + 7 godz₂O (ℓ) E °_czerwony = +1,33 V.
Jaka jest stała równowagi połączonej reakcji komórkowej w 25 ° C?

Połowa reakcji utleniania daje 2 elektrony i pół-reakcja redukcji potrzebuje 6 elektronów. Aby zrównoważyć ładunek, reakcja utleniania należy pomnożyć przez współczynnik 3.
3 SO₂(g) + 6 godz₂0 (ℓ) → 3 SO₄^-(aq) + 12 godz⁺(aq) + 6 e^-
+ Cr₂O₇^2-(aq) + 14 godz⁺(aq) + 6 e^- → 2 Kr³⁺(aq) + 7 godz₂O (ℓ)
3 SO₂(g) + Cr₂O₇^2-(aq) + 2 H.⁺(aq) → 3 SO₄^-(aq) + 2 Kr³⁺(aq) + H₂O (ℓ)
Przez równoważenie równania, znamy teraz całkowitą liczbę elektronów wymienianych w reakcji. W tej reakcji wymieniono sześć elektronów.

Krok 2: Oblicz potencjał komórkowy.
To przykładowy problem EMF ogniwa elektrochemicznego pokazuje, jak obliczyć potencjał komórkowy komórki na podstawie standardowych potencjałów redukcyjnych. **

Zmiana energii swobodnej ogniwa elektrochemicznego jest związana z potencjałem ogniwa równania:
GG = -nFE_komórka
gdzie
GG jest swobodną energią reakcji
n jest liczba moli elektronów wymienianych w reakcji
F jest stałą Faradaya (96484,56 C / mol)
E jest potencjałem komórki.

Thepotencjał komórki i przykład darmowej energii pokazuje, jak obliczyć Darmowa energia reakcji redoks.
Jeśli ΔG = 0:, rozwiąż dla E_komórka
0 = -nFE_komórka
mi_komórka = 0 V.
Oznacza to, że w równowadze potencjał komórki wynosi zero. Reakcja przebiega do przodu i do tyłu z tą samą prędkością, co oznacza, że ​​nie ma netto przepływu elektronów. Bez przepływu elektronów nie ma prądu, a potencjał jest równy zero.
Teraz jest wystarczająco dużo informacji, aby użyć równania Nernsta, aby znaleźć stałą równowagi.
Równanie Nernsta jest następujące:
mi_komórka = E °_komórka - (RT / nF) x log₁₀Q
gdzie
mi_komórka to potencjał komórkowy
E °_komórka odnosi się do standardowego potencjału komórki
R oznacza stała gazu (8,3145 J / mol · K)
T jest temperatura absolutna
n to liczba moli elektronów przeniesionych przez reakcję komórki
F jest Stała Faradaya (96484,56 C / mol)
Q to iloraz reakcji
** The Przykładowy przykład równania Nernsta pokazuje, jak wykorzystać równanie Nernsta do obliczenia potencjału komórki niestandardowej komórki. **
W równowadze iloraz reakcji Q jest stałą równowagi, K. To sprawia, że ​​równanie:
mi_komórka = E °_komórka - (RT / nF) x log₁₀K.
Z góry wiemy, co następuje:
mi_komórka = 0 V.
E °_komórka = +1,13 V.
R = 8,3145 J / mol · K
T = 25 i degC = 298,15 K
F = 96484,56 C / mol
n = 6 (sześć elektronów jest przenoszonych w reakcji)
Rozwiąż dla K:
0 = 1,13 V - [(8,3145 J / mol · K x 298,15 K) / (6 x 96484,56 C / mol)] log₁₀K.
-1,13 V = - (0,004 V) log₁₀K.
log₁₀K = 282,5
K = 10^282.5
K = 10^282.5 = 10^0.5 x 10²⁸²
K = 3,16 x 10²⁸²
Odpowiedź:
Stała równowagi reakcji redoks komórki wynosi 3,16 x 10²⁸².