Jämviktskonstant för en elektrokemisk cellreaktion

Jämviktskonstanten för en elektrokemisk cells redoxreaktion kan beräknas med hjälp av Nernst-ekvationen och förhållandet mellan standardcellpotential och fri energi. Detta exempelproblem visar hur man hitta jämviktskonstanten för en cells redoxreaktion

Nyckelalternativ: Nernst ekvation för att hitta jämviktskonstant

    Nernst-ekvationen beräknar elektrokemisk cellpotential från standardcellpotential , gaskonstanten, absolut temperatur, antal mol elektroner, Faradays konstant och reaktionskvoten. Vid jämvikt är reaktionskvoten jämviktskonstanten.

  • Så, om du känner till cellens halvreaktioner och temperaturen kan du lösa för cellpotentialen och därmed för jämviktskonstanten t.
  • Problem


    Följande två halvreaktioner används för att bilda en elektrokemisk cell:
    Oxidation:

    SO
    2
    (g) + 2 H20(ℓ) → SO
    4–(aq) + 4 H

    +(aq) + 2 e


    oxe = -0,20 V
    Reduktion:

    Cr2O72-

    (aq) + 14 H+(aq) + 6 e → 2 Cr3+

    (aq) + 7 H2O(ℓ) E°röd = +1,33 V

    Vad är jämviktskonstanten för den kombinerade cellreaktionen vid 25 C?

    Lösning

    Steg 1: Kombinera och balansera de två halvreaktionerna.

    Oxidationshalvreaktionen producerar 2 elektroner och reduktionshalvreaktionen behöver 6 elektroner. För att balansera laddningen måste oxidationsreaktionen multipliceras med en faktor 3.

    3 SO
    2(g) + 6 H20(ℓ) → 3 SO4–(aq) + 12 H

    +(aq) + 6 e–

    + Cr2O72-(aq) + 14 H+

    (aq) + 6 e → 2 Cr3+(aq) + 7 H2O(ℓ)

    3 SÅ2(g) + Cr2O72-(aq) + 2 H+

    (aq) → 3 SO4–(aq) + 2 Cr3+(aq) + H2O(ℓ)
    Genom att balansera ekvationen vet vi nu det totala antalet av elektroner utbytta i reaktionen. Denna reaktion utbytte sex elektroner.

    Steg 2: Beräkna cellpotentialen.


    Det här elektrokemiska EMF-problemet visar hur man beräknar cellpotential för en cell från standardreduktionspotentialer.

    E°cell = E° oxe + E°röd

    E° cell = -0,20 V + 1,33 V
    cell = +1,13 V

    Steg 3: Hitta jämviktskonstanten, K.



    När en reaktion är i jämvikt, ändras i fr ee energi är lika med noll.

    Förändringen i fri energi hos en elektrokemikalie cell är relaterad till cellpotentialen i ekvationen:
    ΔG = -nFEcell
    var

    ΔG är reaktionens fria energi

    n är antalet mol elektroner som utbyts i reaktionen
    F är Faradays konstant (96484,56 C/mol)
    E är cellpotentialen.

    Den exempel på cellpotential och fri energi visar hur man beräknar fri energi för en redoxreaktion.

    Om ΔG = 0:, lös för E cell

    0 = -nFEcell

    Ecell = 0 V

    Detta betyder, vid jämvikt, cellens potential är noll. Reaktionen fortskrider framåt och bakåt i samma hastighet, vilket betyder att det inte finns något nettoelektronflöde. Utan elektronflöde finns det ingen ström och potentialen är lika med noll.

    Nu finns det tillräckligt med information för att använda Nernst-ekvationen för att hitta jämviktskonstanten.

    Nernsts ekvation är:

    Ecell = E°cell – ( RT/nF) x log
    10Q

    där

    E cell är cellpotentialen

    cell hänvisar till standardcellpotential

    R är gaskonstanten (8,3145 J/mol·K)
    T är den absoluta temperaturen
    n är antalet mol elektroner som överförs av cellens reaktion
    F är Faradays konstant (96484,56 C/mol)
    Q är reaktionskvoten

    Exempelproblemet med Nernst-ekvationen visar hur man använder Nernst-ekvationen för att beräkna cellpotentialen för en icke-standardcell.

    Vid jämvikt är reaktionskvoten Q jämviktskonstanten, K. Detta gör ekvationen:

    Ecell = E°cell – (RT/nF ) x log10K

    Från ovan vet vi följande:

    Ecell = 0 V

    E°cell = +1,13 V

    R = 8,3145 J/mol·K
    T = 25 °C = 298,15 K

    F = 96484,56 C/ mol

    n = 6 ( sex elektroner överförs i reaktionen)

    Lös för K:

    0 = 1,13 V – [(8.3145 J/mol·K x 298.15 K)/(6 x 96484.56 C/mol)]log
    10K
    -1,13 V = – (0,004 V)log
    10K
    logg
    10K = 282,5
    K = 10282,5

    K = 10282,5

    = 10

    0,5 x 10282

    K = 3,16 x 10282

    Svar :


    Jämviktskonstanten för cellens redoxreaktion är 3,16 x 10282.

    Lämna ett svar

    Relaterade Inlägg