Nernst Denklemi Örnek Problemi

Nernst Denklemi Örnek Problemi

Standart hücre potansiyelleri standart koşullarda hesaplanır. Sıcaklık ve basınç standart sıcaklıkta ve basınçtadır ve konsantrasyonların hepsi 1 M sulu çözeltilerdir. Standart olmayan koşullarda, Nernst denklemi hücre potansiyelini hesaplamak için kullanılır. Reaksiyon katılımcılarının sıcaklıklarını ve konsantrasyonlarını hesaba katacak standart hücre potansiyelini değiştirir. Bu örnek problem, bir hücre potansiyelini hesaplamak için Nernst denkleminin nasıl kullanılacağını gösterir.

Sorun

Bir galvanik hücrenin hücre potansiyelini, 25 ° C'de aşağıdaki indirgeme yarı-reaksiyonlarına dayanarak bulun.
CD2+ + 2 e- → Cd E0 = -0.403 V
Pb2+ + 2 e- → Pb E0 = -0.126 V
nerede Cd2+ = 0,020 M ve Pb2+ = 0.200 M.

Çözüm

İlk adım, hücre reaksiyonunu ve toplam hücre potansiyelini belirlemektir.
Hücrenin galvanik olması için, E0hücre > 0.
(Not: Bir galvanik hücrenin hücre potansiyelini bulma yöntemi için Galvanik Hücre Örneği Problemini Gözden Geçirin.)
Bu reaksiyonun galvanik olması için, kadmiyum reaksiyonunun oksidasyon reaksiyonu olması gerekir. Cd → Cd2+ + 2 e- E0 = +0,403 V
Pb2+ + 2 e- → Pb E0 = -0.126 V
Toplam hücre reaksiyonu:
Pb2+(aq) + Cd (ler) → Cd2+(aq) + Pb (ler)
ve E0hücre = 0.403 V + -0.126 V = 0.277 V
Nernst denklemi:
Ehücre = E0hücre - (RT / nF) x İNQ
nerede
Ehücre hücre potansiyeli
E0hücre standart hücre potansiyelini ifade eder
R, gaz sabitidir (8.3145 J / mol · K)
T mutlak sıcaklıktır
n, hücrenin tepkimesiyle transfer edilen elektron mol sayısıdır.
F, Faraday’ın sabiti 96485.337 C / mol'dür)
Q, reaksiyon bölümüdür, nerede
Q = Cc· Dd / Abir· Bb
buradaki A, B, C ve D kimyasal türlerdir; ve a, b, c ve d dengeli denklemdeki katsayılardır:
a + b B → c C + d D
Bu örnekte, sıcaklık 25 ° C veya 300 K'dir ve reaksiyona 2 mol elektron aktarılmıştır.
RT / nF = (8.3145 J / mol · K) (300 K) / (2) (96485.337 C / mol)
RT / nF = 0.013 J / C = 0,013 V
Kalan tek şey, reaksiyon bölümünü bulmak, S.
Q = ürünler / reaktanlar
(Not: Reaksiyon katsayısı hesaplamaları için, saf sıvı ve saf katı reaktifler veya ürünler ihmal edilir.)
Q = Cd2+/ Pb2+
Q = 0,020 M / 0,200 M
Q = 0,100
Nernst denkleminde birleştirin:
Ehücre = E0hücre - (RT / nF) x İNQ
Ehücre = 0,277 V - 0,013 V x ln (0,100)
Ehücre = 0.277 V - 0.013 V x -2.303
Ehücre = 0.277 V + 0.023 V
Ehücre = 0.300 V

Cevap

25 ° C ve Cd'de iki reaksiyon için hücre potansiyeli2+ = 0,020 M ve Pb2+ = 0.200 M, 0.300 volttur.