Problema cu ecuația Nernst

Potențialele celulare standard sunt calculate în condiții standard. Temperatura și presiunea sunt la temperatură și presiune standard, iar concentrațiile sunt soluții apoase de 1 M. În condiții non-standard, ecuația Nernst este utilizată pentru a calcula potențialele celulare. Modifică potențialul standard al celulelor pentru a ține cont de temperatura și concentrațiile participanților la reacție. Acest exemplu de exemplu arată cum să utilizăm ecuația Nernst pentru a calcula un potențial celular.

Problemă

Găsiți potențialul celulei unei celule galvanice pe baza următoarei jumătăți de reacție la 25 ° C
CD²⁺ + 2 e^- → Cd E⁰ = -0,403 V
Pb²⁺ + 2 e^- → Pb E⁰ = -0.126 V
unde [Cd²⁺] = 0,020 M și [Pb²⁺] = 0,200 M.

Soluţie

Primul pas este determinarea reacției celulare și a potențialului total al celulelor.
Pentru ca celula să fie galvanică, E⁰_celulă > 0.
(Notă: Examinați exemplul celulelor galvanice Problemă pentru metoda de a găsi potențialul celular al unei celule galvanice.)
Pentru ca această reacție să fie galvanică, reacția de cadmiu trebuie să fie reacția de oxidare. Cd → Cd²⁺ + 2 e^- E⁰ = +0.403 V
Pb²⁺ + 2 e^- → Pb E⁰ = -0.126 V
Reacția totală a celulelor este:
Pb²⁺(aq) + Cd (s) → Cd²⁺(aq) + Pb (s)
și E⁰_celulă = 0,403 V + -0,126 V = 0,277 V
Ecuația Nernst este:
E_celulă = E⁰_celulă - (RT / nF) x lnQ
Unde
E_celulă este potențialul celular
E⁰_celulă se referă la potențialul celular standard
R este constanta gazului (8,3145 J / mol · K)
T este temperatura absolută
n este numărul de moli de electroni transferați prin reacția celulei
F este constantă a lui Faraday 96485.337 C / mol)
Q este coeficientul de reacție, unde
Q = [C]^c· [D]^d / [A]^A· [B]^b
unde A, B, C și D sunt specii chimice; și a, b, c și d sunt coeficienți în ecuația echilibrată:
a A + b B → c C + d D
În acest exemplu, temperatura este de 25 ° C sau 300 K și 2 moli de electroni au fost transferați în reacție.
RT / nF = (8.3145 J / mol · K) (300 K) / (2) (96485.337 C / mol)
RT / nF = 0,013 J / C = 0,013 V
Singurul lucru rămas este găsirea coeficientului de reacție, Q.
Q = [produse] / [reactanți]
(Notă: Pentru calculele coeficientului de reacție, sunt ignorate lichide pure și reactanți sau produse solide pure.)
Q = [Cd²⁺] / [Pb²⁺]
Q = 0,020 M / 0,200 M
Q = 0,100
Combinați în ecuația Nernst:
E_celulă = E⁰_celulă - (RT / nF) x lnQ
E_celulă = 0,277 V - 0,013 V x ln (0,100)
E_celulă = 0,277 V - 0,013 V x -2,303
E_celulă = 0,277 V + 0,023 V
E_celulă = 0,300 V

Răspuns

Potențialul celular pentru cele două reacții la 25 ° C și [Cd²⁺] = 0,020 M și [Pb²⁺] = 0,200 M este 0,300 volți.