Ստանդարտ էլեկտրոդային պոտենցիալի վերաբերյալ քննարկման հարցի օրինակ

Օրինակելի հարցեր և քննարկում ստանդարտ էլեկտրոդի պոտենցիալի վերաբերյալ

Պենդահուլուան

Ստանդարտ էլեկտրոդային պոտենցիալը էլեկտրաքիմիայի կարևոր հասկացություն է, որը նկարագրում է էլեկտրոդի էլեկտրոններ ներգրավելու ունակությունը: Այս հասկացությունն օգտագործվում է էլեկտրաքիմիական բջիջների հաշվարկներում և օքսիդա-վերականգնման ռեակցիաների հակվածությունը որոշելու համար: Ստանդարտ էլեկտրոդային պոտենցիալը (E°) չափվում է ստանդարտ պայմաններում, մասնավորապես՝ 1 Մ կոնցենտրացիայի, 1 մթնոլորտային ճնշման և 25°C (298 K) ջերմաստիճանի դեպքում: Այս հոդվածում մենք կքննարկենք ստանդարտ էլեկտրոդային պոտենցիալի խնդիրների մի քանի օրինակներ և կքննարկենք դրանք մանրամասն:

Ստանդարտ էլեկտրոդային պոտենցիալի հիմնական հասկացությունը

Ստանդարտ էլեկտրոդային պոտենցիալը, որը նշանակվում է E°, նկարագրում է քիմիական տեսակի վերականգնման (էլեկտրոններ ընդունելու) հակումը։ Որքան դրական է E° արժեքը, այնքան մեծ է տեսակի վերականգնման հակումը։ Եվ հակառակը, որքան բացասական է E° արժեքը, այնքան մեծ է տեսակի օքսիդացման (էլեկտրոններ կորցնելու) հակումը։

Ստանդարտ էլեկտրոդային պոտենցիալների աղյուսակը տրամադրում է E° արժեքներ տարբեր օքսիդա-վերականգնման ռեակցիաների համար, և այդ արժեքները օգտագործվում են էլեկտրաքիմիական բջիջների պոտենցիալները հաշվարկելու համար։

Օրինակ՝ հարց 1

Հարց՝

Տրված են հետևյալ երկու կիսառեակցիաները և դրանց էլեկտրոդային պոտենցիալները՝
– Ag⁺(aq) + e⁻ → Ag(s), E° = +0.80 V
– Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s), E° = +0.34 V

Որոշեք այս երկու կիսառեակցիաների արդյունքում առաջացած գալվանական բջիջի բջջային պոտենցիալը (E°_բջիջ):

Քննարկում.

Բջիջի պոտենցիալը որոշելու համար մենք պետք է նույնականացնենք անոդը և կաթոդը։ Գալվանական բջջում ավելի դրական ստանդարտ էլեկտրոդային պոտենցիալ ունեցողը հանդես է գալիս որպես կաթոդ (վերականգնման վայր), իսկ ավելի բացասական էլեկտրոդային պոտենցիալ ունեցողը՝ որպես անոդ (օքսիդացման վայր)։

1. Անոդի և կաթոդի նույնականացում.
– Ag⁺ + e⁻ → Ag, E° = +0.80 Վ (ավելի դրական, հետևաբար կաթոդ)
– Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu, E° = +0.34 V (ավելի բացասական, ուրեմն անոդ)

2. Որոշեք օքսիդացման և վերականգնման ռեակցիաները.
– Կաթոդ (վերականգնում): Ag⁺ + e⁻ → Ag, E°_կաթոդ = +0.80 Վ
– Անոդ (օքսիդացում): Cu → Cu²⁺ + 2e⁻, E°_անոդ = -0.34 Վ (հակադարձել ռեակցիայի ուղղությունը և պոտենցիալի նշանը)

3. E°_բջիջի հաշվարկը.
\[
E°_{բջիջ} = E°_{կաթոդ} – E°_{անոդ}
\]
\[
E°_{sel} = 0.80\, \text{V} – (-0.34\, \text{V})
\]
\[
E°_{sel} = 0.80\, \text{V} + 0.34\, \text{V} = 1.14\, \text{V}
\]

Այսպիսով, բջջի պոտենցիալը (E°_բջիջ) +1.14 Վ է։

Օրինակ՝ հարց 2

Հարց՝

Տրված է ստորև բերված ռեակցիան իր էլեկտրոդային պոտենցիալով.
– Fe³⁺(aq) + e⁻ → Fe²⁺(aq), E° = +0.77 Վ
– Zn²⁺(aq) + 2e⁻ → Zn(s), E° = -0.76 Վ

Որոշեք գալվանական բջջի բջջի պոտենցիալը (E°_բջջ)՝ օգտագործելով երկու կիսառեակցիաները, և գրեք բջջի ամբողջական ռեակցիան։

Քննարկում.

Ինչպես նախկինում, մենք նախ պետք է նույնականացնենք անոդը և կաթոդը։

1. Անոդի և կաթոդի նույնականացում.
– Fe³⁺ + e⁻ → Fe²⁺, E° = +0.77 Վ (ավելի դրական, հետևաբար կաթոդ)
– Zn²⁺ + 2e⁻ → Zn, E° = -0.76 Վ (ավելի բացասական, հետևաբար անոդ)

2. Որոշեք օքսիդացման և վերականգնման ռեակցիաները.
– Կաթոդ (վերականգնում): Fe³⁺ + e⁻ → Fe²⁺, E°_կաթոդ = +0.77 Վ
– Անոդ (օքսիդացում): Zn → Zn²⁺ + 2e⁻, E°_անոդ = -0.76 Վ (հակադարձել ռեակցիայի ուղղությունը և պոտենցիալի նշանը)

3. Էլեկտրոնների հավասարակշռում.
Ընդհանուր ռեակցիան պետք է հավասարակշռի էլեկտրոնների քանակը՝
\[
2(\text{Fe}^{3+} + e⁻ → \text{Fe}^{2+})
\]
\[
\text{Zn} → \text{Zn}^{2+} + 2e⁻
\]

Այսպիսով, բջջային ռեակցիայի ամբողջական ընթացքը հետևյալն է.
\[
2\text{Fe}^{3+} + \text{Zn} → 2\text{Fe}^{2+} + \text{Zn}^{2+}
\]

4. E°_բջիջի հաշվարկը.
\[
E°_{բջիջ} = E°_{կաթոդ} – E°_{անոդ}
\]
\[
E°_{sel} = 0.77\, \text{V} – (-0.76\, \text{V})
\]
\[
E°_{sel} = 0.77\, \text{V} + 0.76\, \text{V} = 1.53\, \text{V}
\]

Այսպիսով, բջջի պոտենցիալը (E°_բջիջ) +1.53 Վ է։

Օրինակ՝ հարց 3

Հարց՝

Գալվանական բջջի համար որոշեք բջջային պոտենցիալը և լրիվ բջջային ռեակցիան՝ օգտագործելով հետևյալ ռեակցիան.
– MnO2(s) + 4H⁺(aq) + 2e- → Mn²+(aq) + 2H2O(l), E° = +1.23 V
– Cr³⁺(aq) + e⁻ → Cr²⁺(aq), E° = -0.50 V

Քննարկում.

1. Անոդի և կաթոդի նույնականացում.
– MnO₂ + 4H⁺ + 2e⁻ → Mn²⁺ + 2H₂O, E° = +1.23 Վ (ավելի դրական, հետևաբար կաթոդ)
– Cr³⁺ + e⁻ → Cr²⁺, E° = -0.50 Վ (ավելի բացասական, հետևաբար անոդ)

2. Որոշեք օքսիդացման և վերականգնման ռեակցիաները.
– Կաթոդ (նվազեցում)՝ MnO2 + 4H+ + 2e- → Mn²⁺ + 2H2O, E°_կաթոդ = +1.23 Վ
– Անոդ (օքսիդացում): Cr²⁺ → Cr³⁺ + e⁻, E°_անոդ = +0.50 Վ (հակադարձել ռեակցիայի ուղղությունը և պոտենցիալի նշանը)

3. Էլեկտրոնների հավասարակշռում.
Ընդհանուր ռեակցիան պետք է հավասարակշռի էլեկտրոնների քանակը՝
\[
2(\text{Cr}^{3+} + e⁻ → \text{Cr}^{2+})
\]
\[
MnO_2 + 4H^+ + 2e⁻ → Mn^2+ + 2H_2O
\]

Այսպիսով, բջջային ռեակցիայի ամբողջական ընթացքը հետևյալն է.
\[
MnO_2 + 4H^+ + 2Cr^3+ → Mn^2+ + 2Cr^2+ + 2H_2O
\]

4. E°_բջիջի հաշվարկը.
\[
E°_{բջիջ} = E°_{կաթոդ} – E°_{անոդ}
\]
\[
E°_{sel} = 1.23\, \text{V} – (-0.50\, \text{V})
\]
\[
E°_{sel} = 1.23\, \text{V} + 0.50\, \text{V} = 1.73\, \text{V}
\]

Այսպիսով, բջջի պոտենցիալը (E°_բջիջ) +1.73 Վ է։

Եզրակացություն

Ստանդարտ էլեկտրոդային պոտենցիալների հասկացումը կարևոր է էլեկտրաքիմիայում՝ օքսիդա-վերականգնման ռեակցիայի միտումները և էլեկտրաքիմիական բջջի պոտենցիալները որոշելու համար: Վերը քննարկված քայլերը օգտագործելով՝ մենք կարող ենք հեշտությամբ հաշվարկել տվյալ օքսիդա-վերականգնման ռեակցիայի բջջի պոտենցիալը: Ստանդարտ էլեկտրոդային պոտենցիալները օգտագործվում են գալվանական բջջի անոդը և կաթոդը որոշելու, ինչպես նաև բջջի ընդհանուր պոտենցիալը հաշվարկելու համար, որը ցույց է տալիս օքսիդա-վերականգնման ռեակցիայի արդյունավետությունը և ուղղությունը: