Der erste Schritt besteht darin, das Zellpotential bei seinem Standardzustand zu bestimmen – Konzentrationen von 1 mol / l und Drücke von 1 atm bei 25 ° C.
Das Verfahren ist:
-
Schreiben Sie die Oxidations- und Reduktionshalbreaktionen für die Zelle.
-
Suchen Sie das Reduktionspotential # E⁰_ „rot“ # für die Reduktionshalbreaktion in einer Tabelle der Reduktionspotentiale.
-
Suchen Sie das Reduktionspotential für die Umkehrung der Oxidation Halbreaktion und Vorzeichen umkehren, um das Oxidationspotential zu erhalten. Für die Oxidationshalbreaktion ist # E⁰_text (ox) = „-“ E⁰_text (rot) #.
-
Addiere die beiden Halbzellenpotentiale, um das gesamte Standardzellpotential zu erhalten .
# E⁰_text (Zelle) = E⁰_text (rot) + E⁰_text (ox) #
Im Standardzustand
Verwenden Sie diese Schritte, um das Standardzellpotential für eine elektrochemische Zelle mit der folgenden Zellreaktion zu ermitteln.
# Zn (s) + Cu ^ 2 + (aq) → Zn ^ 2 + (aq) + Cu (s) #
1. Schreiben Sie die Halbreaktionen für jeden Prozess auf.
# „Zn (s)“ → „Zn“ ^ „2 +“ „(aq)“ + „2e“ ^ „-“ #
# Cu ^ 2 + (aq) + 2e ^ – → Cu (s) #
2. Suchen Sie das Standardpotential für die Reduktionshalbreaktion.
# „Cu“ ^ „2 +“ „(aq)“ + „2e“ ^ „-“ → „Cu (s)“; E⁰_ „rot“ = +0,339 V #
3. Suchen Sie das Standardreduktionspotential für die Umkehrung der Oxidationsreaktion und ändern Sie das Vorzeichen.
# „Zn“ ^ „2 +“ „(aq)“ + „2e“ ^ „-“ → „Zn (s) „; E⁰_text (rot) = „-0,762 V“ #
# „Zn (s)“ → „Zn“ ^ 2 + „(aq)“ + „2e“ ^ „-„; E⁰_ „ox“ = „+ 0,762 V“ #
4. Addiere die Zellpotentiale, um das gesamte Standardzellpotential zu erhalten.
# „Cu“ ^ „2 +“ „(aq)“ + „2e“ ^ „-“ → „Cu (s)“; Farbe (weiß) (mmmmmmm) E⁰_ „rot“ = „+0,339 V“ #
# „Zn (s) →“ Zn „^“ 2 + „(aq)“ + „2e“ ^ – -; Farbe (weiß) (mmmmmmml) E⁰_ox = Farbe (weiß) (l) +0,762 V #
# Cu ^ 2 + (aq) + Zn (s) → Cu (s) + Zn ^ 2 + (aq); E⁰_ „cell“ = „+1.101 V“ #
Nicht-Standardzustandsbedingungen
Wenn die Bedingungen nicht dem Standardzustand entsprechen (Konzentrationen nicht 1 mol / l, Drücke nicht 1 atm, Temperatur nicht 25 ° C), müssen wir einige zusätzliche Schritte unternehmen.
1. Bestimmen Sie das Standardzellpotential.
2. Bestimmen Sie das neue Zellpotential, das sich aus den geänderten Bedingungen ergibt.
Die Nernst-Gleichung lautet
#Farbe (blau) (Balken (ul (| Farbe (weiß) (a / a) E_ „Zelle“ = E⁰_ „Zelle“ – (RT) / (nF) lnQFarbe (weiß) (a / a) | ))) „“ #
wobei
Hinweis: Die Einheiten von # R # sind # „J · K“ ^ „- 1“ „mol“ ^ „- 1“ # oder # „V · C · K“ – 1 „mol“ ^ „- 1“ #.
Die Mol beziehen sich auf die „Mol der Reaktion“.
Da wir immer Wenn Sie 1 Mol Reaktion haben, können Sie die Einheiten von # R # als # „J · K“ ^ „- 1“ # oder # „V · C · K“ ^ „- 1“ # schreiben und das „#“ Mol ignorieren „^“ – 1 „# Teil der Einheit.
Beispiel
Berechnen Sie das Zellpotential für die folgende Reaktion, wenn der Druck des Sauerstoffgases 2,50 atm beträgt, die Wasserstoffionenkonzentration 0,10 mol / l beträgt und die Bromidionenkonzentration 0,25 mol / l beträgt.
# “ O _2 (g) + 4H ^ + + (aq) + 4B r ^ – (aq) → 2H _2 O (l) + 2Br _2 (l) #
1. Schreiben Sie die Halbreaktionen für jeden Prozess auf.
# „O“ _2 „(g) +“ 4H „^“ + „(aq)“ + „4e“ ^ „-“ → „2H _2 O (l) #
#Farbe (weiß) (mmmmmmml) 2Br ^ – (aq) → Br _2 (l) + 2e ^ – #
2. Suchen Sie das Standardpotential für die Reduktionshalbreaktion
# „O“ _2 „(g)“ + „4H“ ^ „+“ „(aq)“ + „4e“ ^ „-“ → 2H_2 O (l); E⁰_ „red“ = „+1.229 V“ #
3. Suchen Sie das Standardreduktionspotential für die Umkehrung der Oxidationsreaktion und ändern Sie das Vorzeichen.
# „2Br“ ^ „-“ „(aq)“ → „Br“ _2 „(l)“ + “ 2e ^ – -; E⁰_text (ox) = „-1.077 V“ #
4. Addieren Sie die Zellpotentiale, um das gesamte Standardzellpotential zu erhalten.
#Farbe (weiß) (mmll) O _2 (g) + 4H ^ + + (aq) + 4e ^ – → 2H _2 O (l); Farbe (weiß) (mmmmm) E⁰_text (rot) = „+1,229 V“ #
# Farbe (weiß) (mmmmmmml) 2 ×; Farbe (weiß) (mmm) E⁰_text (ox) = -1,077 V #
# O _2 (g) + 4Br ^ – (aq) + 4H ^ + (aq) → 2Br _2 (l) + 2H _2 O (l); E⁰_text (cell) = „+0.152 V“ #
5. Bestimmen Sie das neue Zellpotential unter nicht standardmäßigen Bedingungen.