Sähkökemiallisen solureaktion tasapainotila

Seuraavia kahta puolireaktiota käytetään muodostamaan sähkökemiallinen kenno:
hapettuminen:
NIIN₂(g) + 2H₂0 (ℓ) → SO₄^-(aq) + 4 H⁺(aq) + 2 e^- E °_härkä = -0,20 V
vähentäminen:
op₂O₇^2-(aq) + 14 H⁺(aq) + 6 e^- → 2 Kr³⁺(aq) + 7 H₂O (ℓ) E °_punainen = +1,33 V
Mikä on yhdistetyn solureaktion tasapainovakio 25 ° C: ssa?

Hapettumispuolireaktio tuottaa 2 elektronit ja pelkistyspuolireaktio tarvitsee 6 elektronia. Maksun tasapainottamiseksi hapetusreaktio on kerrottava kertoimella 3.
3 SO₂(g) + 6 H₂0 (ℓ) → 3 SO₄^-(aq) + 12 H⁺(aq) + 6 e^-
+ Kr₂O₇^2-(aq) + 14 H⁺(aq) + 6 e^- → 2 Kr³⁺(aq) + 7 H₂O (ℓ)
3 SO₂(g) + Cr₂O₇^2-(aq) + 2H⁺(aq) → 3 SO₄^-(aq) + 2 Kr³⁺(aq) + H₂O (ℓ)
mennessä tasapainottaa yhtälöä, tiedämme nyt reaktiossa vaihdettujen elektronien kokonaismäärän. Tämä reaktio vaihtoi kuusi elektronia.

Vaihe 2: Laske solupotentiaali.
Tämä sähkökemiallisen kennon EMF-esimerkki-ongelma näyttää kuinka laskea solun solupotentiaali vakiovähennyspotentiaalien perusteella. **
E °_solu = E °_härkä + E °_punainen
E °_solu = -0,20 V + 1,33 V

Sähkökemiallisen kennon vapaan energian muutos liittyy yhtälön solupotentiaaliin:
AG = -nFE_solu
missä
ΔG on reaktion vapaa energia
n on moolien lukumäärä elektroneja, jotka ovat vaihtuneet reaktiossa
F on Faradayn vakio (96484,56 C / mol)
E on solupotentiaali.

solupotentiaali ja vapaa energia-esimerkki näyttää kuinka laskea ilmaista energiaa redox-reaktiosta.
Jos ΔG = 0:, ratkaise E: lle_solu
0 = -nFE_solu
E_solu = 0 V
Tämä tarkoittaa tasapainossa solun potentiaalia nolla. Reaktio etenee eteen- ja taaksepäin samalla nopeudella, eli elektronien nettovirtausta ei ole. Ilman elektronivirtausta ei ole virtaa ja potentiaali on yhtä suuri kuin nolla.
Nyt on olemassa tarpeeksi tietoa Nernst-yhtälön käyttämiseksi tasapainotilan löytämiseksi.
Nernst-yhtälö on:
E_solu = E °_solu - (RT / nF) x -loki₁₀Q
missä
E_solu on solupotentiaali
E °_solu viittaa standardisolupotentiaaliin
R on kaasuvakio (8,3145 J / mol · K)
T on absoluuttinen lämpötila
n on solun reaktiolla siirrettyjen elektronien lukumäärä
F on Faradayn vakio (96484,56 C / mol)
Q on reaktio-osamäärä
** mennessä Nernst-yhtälön esimerkki-ongelma näyttää kuinka käyttää Nernst-yhtälöä epästandardin solun solupotentiaalin laskemiseen. **
Tasapainossa reaktiomäärä Q on tasapainotila, K. Tämä tekee yhtälöstä:
E_solu = E °_solu - (RT / nF) x -loki₁₀K
Ylhäältä tiedämme seuraavat:
E_solu = 0 V
E °_solu = +1,13 V
R = 8,3145 J / mol · K
T = 25 & ° C = 298,15 K
F = 96484,56 C / mol
n = 6 (reaktiossa siirretään kuusi elektronia)
Ratkaise K: lle:
0 = 1,13 V - [(8,3145 J / mol · K x 298,15 K) / (6 x 96484,56 C / mol)] loki₁₀K
-1,13 V = - (0,004 V) log₁₀K
Hirsi₁₀K = 282,5
K = 10^282.5
K = 10^282.5 = 10^0.5 x 10²⁸²
K = 3,16 x 10²⁸²
Vastaus:
Solun redox-reaktion tasapainovakio on 3,16 x 10²⁸².