Elektrokeemilise raku reaktsiooni tasakaalukonstant

Ühendi moodustamiseks kasutatakse kahte järgmist poolreaktsiooni elektrokeemiline rakk:
Oksüdeerimine:
Nii₂(g) + 2H₂0 (ℓ) → SO₄^-(aq) + 4H⁺(aq) + 2 e^- E °_härg = -0,20 V
Vähendamine:
Kr₂O₇^2-(aq) + 14 H⁺(aq) + 6 e^- → 2 kr³⁺(aq) + 7 H₂O (ℓ) E °_punane = +1,33 V
Milline on kombineeritud raku reaktsiooni tasakaalukonstant 25 ° C juures?

Oksüdatsiooni poolreaktsioon annab 2 elektronid ja redutseerimise poolreaktsioon vajab 6 elektronit. Tasu tasakaalustamiseks oksüdatsioonireaktsioon tuleb korrutada teguriga 3.
3 SO₂(g) + 6 H₂0 (ℓ) → 3 SO₄^-(aq) + 12 H⁺(aq) + 6 e^-
+ Cr₂O₇^2-(aq) + 14 H⁺(aq) + 6 e^- → 2 kr³⁺(aq) + 7 H₂O (ℓ)
3 SO₂(g) + Cr₂O₇^2-(aq) + 2H⁺(aq) → 3 SO₄^-(aq) + 2 Cr³⁺(aq) + H₂O (ℓ)
Kõrval võrrandi tasakaalustamine, teame nüüd reaktsioonis vahetatud elektronide koguarvu. See reaktsioon vahetas kuus elektroni.

2. samm: arvutage lahtri potentsiaal.
See elektrokeemiliste rakkude EMF-i näiteprobleem näitab, kuidas arvutada raku potentsiaal standardsete reduktsioonipotentsiaalide järgi. **
E °_kamber = E °_härg

Elektrokeemilise raku vaba energia muutus on seotud võrrandi raku potentsiaaliga:
A = G = -nFE_kamber
kus
ΔG on reaktsiooni vaba energia
n on moolide arv reaktsioonis vahetatud elektronide arv
F on Faraday konstant (96484,56 C / mol)
E on raku potentsiaal.

rakupotentsiaal ja vaba energia näide näitab, kuidas arvutada vaba energia redoksreaktsiooni kohta.
Kui ΔG = 0:, lahendage E jaoks_kamber
0 = -nFE_kamber
E_kamber = 0 V
See tähendab, et tasakaalus on raku potentsiaal null. Reaktsioon kulgeb sama kiirusega edasi ja tagasi, mis tähendab, et elektronide netovoolu pole. Ilma elektronide vooluta pole voolu ja potentsiaal on võrdne nulliga.
Nüüd on teada piisavalt teavet, et kasutada Nernsti võrrandit tasakaalukonstandi leidmiseks.
Nernsti võrrand on järgmine:
E_kamber = E °_kamber - (RT / nF) x log₁₀Q
kus
E_kamber on raku potentsiaal
E °_kamber "normaalne rakupotentsiaal"
R on gaasi konstant (8,3145 J / mol · K)
T on absoluutne temperatuur
n on raku reaktsiooni käigus üle kantud elektronide moolide arv
F on Faraday konstant (96484,56 C / mol)
Q on reaktsiooni jagatis
** Nernsti võrrandi näiteprobleem näitab, kuidas kasutada Nernsti võrrandit mittestandardse lahtri rakupotentsiaali arvutamiseks. **
Tasakaalul on reaktsiooni jaotus Q tasakaalukonstant, K. See teeb võrrandi:
E_kamber = E °_kamber - (RT / nF) x log₁₀K
Ülaltpoolt teame järgmist:
E_kamber = 0 V
E °_kamber = +1,13 V
R = 8,3145 J / mol · K
T = 25 & ° C = 298,15 K
F = 96484,56 C / mol
n = 6 (reaktsioonis kantakse üle kuus elektroni)
Lahenda K jaoks:
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
logi₁₀K = 282,5
K = 10^282.5
K = 10^282.5 = 10^0.5 x 10²⁸²
K = 3,16 x 10²⁸²
Vastus:
Raku redoksreaktsiooni tasakaalukonstant on 3,16 x 10²⁸².