Elektroķīmisko šūnu reakcijas līdzsvara konstante

Lai izveidotu formu, tiek izmantotas šādas divas pusreakcijas elektroķīmiskā šūna:
Oksidācija:
SO₂(g) + 2 H₂0 (ℓ) → SO₄^-(aq) + 4 H⁺(aq) + 2 e^- E °_vērsis = -0,20 V
Samazināšana:
Kr₂O₇^2-(aq) + 14 H⁺(aq) + 6 e^- → 2 Kr³⁺(aq) + 7 H₂O (ℓ) E °_sarkans = +1,33 V
Kāda ir kombinētās šūnas reakcijas līdzsvara konstante 25 C temperatūrā?

Oksidācijas pusreakcija rada 2 elektroni un reducēšanas pusreakcija nepieciešami 6 elektroni. Lai līdzsvarotu maksu, oksidācijas reakcija jāreizina ar koeficientu 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) + 2 H⁺(aq) → 3 SO₄^-(aq) + 2 Cr³⁺(aq) + H₂O (ℓ)
Autors līdzsvarojot vienādojumu, tagad mēs zinām kopējo reakcijā apmainīto elektronu skaitu. Šī reakcija apmainījās ar sešiem elektroniem.

2. solis: aprēķiniet šūnas potenciālu.
Šis elektroķīmisko šūnu EML piemēra problēma parāda, kā no standarta samazināšanas potenciāliem aprēķināt šūnas potenciālu. **
E °_šūna = E °_vērsis + E °_sarkans
E °

Elektroķīmiskās šūnas brīvās enerģijas izmaiņas ir saistītas ar vienādojuma šūnas potenciālu:
ΔG = -nFE_šūna
kur
ΔG ir reakcijas brīvā enerģija
n ir dzimumzīmju skaits elektronu apmaiņa reakcijā
F ir Faraday konstante (96484,56 C / mol)
E ir šūnas potenciāls.

šūnu potenciāls un brīvās enerģijas piemērs parāda, kā aprēķināt bezmaksas enerģija par redoksreakciju.
Ja ΔG = 0:, tad risiniet E_šūna
0 = -nFE_šūna
E_šūna = 0 V
Tas nozīmē, ka līdzsvara stāvoklī šūnas potenciāls ir nulle. Reakcija progresē uz priekšu un atpakaļ ar tādu pašu ātrumu, kas nozīmē, ka nav neto elektronu plūsmas. Bez elektronu plūsmas nav strāvas, un potenciāls ir vienāds ar nulli.
Tagad ir pietiekami daudz informācijas, lai Nernsta vienādojumu izmantotu līdzsvara konstantes atrašanai.
Nernsta vienādojums ir:
E_šūna = E °_šūna - (RT / nF) x žurnāls₁₀Q
kur
E_šūna ir šūnas potenciāls
E °_šūna attiecas uz standarta šūnu potenciālu
R ir gāzes konstante (8,3145 J / mol · K)
T ir absolūtā temperatūra
n ir elektronu molu skaits, ko nodod šūnas reakcijā
F ir Faraday konstante (96484,56 C / mol)
Q ir reakcijas koeficients
** Nernsta vienādojuma piemēra problēma parāda, kā izmantot Nernsta vienādojumu nestandarta šūnas potenciāla aprēķināšanai. **
Līdzsvara stāvoklī reakcijas koeficients Q ir līdzsvara konstante K. Tas veido vienādojumu:
E_šūna = E °_šūna - (RT / nF) x žurnāls₁₀K
No augšas mēs zinām sekojošo:
E_šūna = 0 V
E °_šūna = +1,13 V
R = 8,3145 J / mol · K
T = 25 & ° C = 298,15 K
F = 96484,56 C / mol
n = 6 (reakcijā tiek nodoti seši elektroni)
Atrisiniet K:
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) žurnāls₁₀K
žurnāls₁₀K = 282,5
K = 10^282.5
K = 10^282.5 = 10^0.5 x 10²⁸²
K = 3,16 x 10²⁸²
Atbilde:
Šūnas redoksreakcijas līdzsvara konstante ir 3,16 x 10²⁸².