Жаңа

Жасушаның электрохимиялық реакциясының тепе-теңдік константасы

Жасушаның электрохимиялық реакциясының тепе-теңдік константасы

Электрохимиялық жасушаның тотығу реакциясының тепе-теңдік константасын Нернст теңдеуі мен стандартты жасуша потенциалы мен бос энергия арасындағы қатынасты есептеп шығаруға болады. Бұл мысал есеп жасушаның тотығу реакциясының тепе-теңдік тұрақтысын қалай табуға болатындығын көрсетеді.

Мәселе

Электрохимиялық жасушаны қалыптастыру үшін келесі екі жартылай реакция қолданылады:
Тотығу:
SO2(г) + 2 Н20 (ℓ) → SO4-(aq) + 4 H+(aq) + 2 e- E °өгіз = -0.20 В
Азайту:
Кр2О72-(aq) + 14 H+(aq) + 6 e- → 2 Кр3+(aq) + 7 H2O (ℓ) E °қызыл = +1,33 В
25 С температурадағы аралас жасуша реакциясының тепе-теңдік константасы қандай?

Шешімі

1-қадам: Екі жарты реакцияны біріктіріп, теңдеңіз.

Тотығу жартылай реакциясы 2 электрон шығарады, ал тотықсыздану реакциясы үшін 6 электрон қажет. Зарядты теңестіру үшін тотығу реакциясын 3 коэффициентіне көбейту керек.
3 SO2(г) + 6 сағ20 (ℓ) → 3 SO4-(aq) + 12 H+(aq) + 6 e-
+ Cr2О72-(aq) + 14 H+(aq) + 6 e- → 2 Кр3+(aq) + 7 H2O (ℓ)
3 SO2(г) + Кр2О72-(aq) + 2 H+(aq) → 3 SO4-(aq) + 2 Кр3+(aq) + H2O (ℓ)
Теңдеуді теңдестіру арқылы біз қазір реакцияда алмасқан электрондардың жалпы санын білеміз. Бұл реакция алты электронды алмастырды.

2-қадам: жасуша потенциалын есептеңіз.
Бұл электрохимиялық жасушаның EMF мысалында жасушаның жасушалық потенциалын стандартты төмендету потенциалынан қалай есептеу керектігі көрсетілген.
E °ұяшық = E °өгіз + E °қызыл
E °ұяшық = -0.20 В + 1,33 В
E °ұяшық = +1.13 В
3-қадам: тепе-теңдік константасын табыңыз, Қ.
Реакция тепе-теңдік жағдайында бос энергияның өзгеруі нөлге тең болады.

Электрохимиялық жасушаның бос энергиясының өзгеруі теңдеудің жасушалық потенциалына байланысты:
ΔG = -nFEұяшық
қайда
ΔG - реакцияның бос энергиясы
n - реакцияда алмасқан электрондардың моль саны
F - Фарадей тұрақтысы (96484,56 C / моль)
E - жасушаның потенциалы.

Жасушаның потенциалы және бос энергия мысалында тотығу реакциясының бос энергиясын есептеу әдісі көрсетілген.
Егер ΔG = 0: болса, Е үшін шешіңізұяшық
0 = -FFұяшық
Eұяшық = 0 V
Бұл тепе-теңдік кезінде жасушаның потенциалы нөлге тең болады. Реакция бірдей жылдамдықпен алға-артқа өтеді, яғни таза электрон ағыны жоқ. Электрондық ағынсыз ток болмайды және потенциал нөлге тең болады.
Енді тепе-теңдік тұрақтысын табу үшін Нернст теңдеуін қолдану үшін белгілі мәліметтер жеткілікті.
Нернстің теңдеуі:
Eұяшық = E °ұяшық - (RT / nF) х журнал10Q
қайда
Eұяшық жасушаның потенциалы
E °ұяшық стандартты жасушалық потенциалға жатады
R - газ тұрақтысы (8,3145 Дж / моль · К)
T - абсолютті температура
n - жасушаның реакциясы арқылы берілетін электрондардың моль саны
F - Фарадей тұрақтысы (96484,56 C / моль)
Q - реакцияның бөлінуі
** Нернст теңдеуінің мысалында стандартты емес ұяшықтың жасушалық потенциалын есептеу үшін Нернст теңдеуін қолдану әдісі көрсетілген. **
Тепе-теңдік кезінде Q реакциясы - тепе-теңдік константасы, К. теңдеуді құрайды:
Eұяшық = E °ұяшық - (RT / nF) х журнал10Қ
Жоғарыдан біз мынаны білеміз:
Eұяшық = 0 V
E °ұяшық = +1.13 В
R = 8.3145 Дж / моль · К
T = 25 & degC = 298.15 K
F = 96484,56 C / моль
n = 6 (реакцияда алты электрон беріледі)
K үшін шешіңіз:
0 = 1,13 V - (8.3145 Дж / моль · K x 298.15 K) / (6 x 96484,56 C / моль) журналы10Қ
-1.13 V = - (0,004 V) журнал10Қ
журнал10К = 282,5
К = 10282.5
К = 10282.5 = 100.5 х 10282
К = 3,16 х 10282
Жауап:
Жасушаның тотығу реакциясының тепе-теңдік константасы 3,16 х 10 құрайды282.