Rovnovážná konstanta elektrochemické buněčné reakce

Následující dvě poloviční reakce se používají k vytvoření elektrochemický článek:
Oxidace:
TAK₂(g) + 2 H₂0 (ℓ) → SO₄^-(aq) + 4H⁺(aq) + 2 e^- E °_vůl = -0,20 V
Snížení:
Cr₂Ó₇^2-(aq) + 14 H⁺(aq) + 6 e^- → 2 kr³⁺(aq) + 7H₂O (ℓ) E °_Červené = +1,33 V
Jaká je rovnovážná konstanta kombinované buněčné reakce při 25 ° C?

Oxidační poloviční reakce produkuje 2 elektrony a redukční poloviční reakce potřebuje 6 elektronů. Chcete-li vyrovnat poplatek, oxidační reakce musí být vynásobeno faktorem 3.
3 SO₂(g) + 6H₂0 (ℓ) → 3 SO₄^-(aq) + 12 H⁺(aq) + 6 e^-
+ Cr₂Ó₇^2-(aq) + 14 H⁺(aq) + 6 e^- → 2 kr³⁺(aq) + 7H₂O (ℓ)
3 SO₂(g) + Cr₂Ó₇^2-(aq) + 2 H⁺(aq) → 3 SO₄^-(aq) + 2 kr³⁺(aq) + H₂O (ℓ)
Podle vyrovnávání rovnice, nyní známe celkový počet elektronů vyměněných v reakci. Tato reakce vyměnila šest elektronů.

Krok 2: Vypočítejte buněčný potenciál.
Tento Příklad EMF elektrochemického článku ukazuje, jak vypočítat buněčný potenciál buňky ze standardních redukčních potenciálů. **
E °_buňka = E °_vůl + E °_Červené
E °_buňka = -0,20 V + 1,33 V
E °

Změna volné energie elektrochemického článku souvisí s buněčným potenciálem rovnice:
ΔG = -nFE_buňka
kde
ΔG je volná energie reakce
n je počet krtků elektronů vyměněných v reakci
F je Faradayova konstanta (96484,56 C / mol)
E je buněčný potenciál.

Příklad buněčného potenciálu a volné energie ukazuje, jak vypočítat energie zdarma redoxní reakce.
Pokud ΔG = 0:, vyřešte pro E_buňka
0 = -nFE_buňka
E_buňka = 0 V
To znamená, že při rovnováze je potenciál buňky nulový. Reakce postupuje vpřed a vzad stejnou rychlostí, což znamená, že neexistuje žádný čistý elektronový tok. Bez toku elektronů není žádný proud a potenciál je roven nule.
Nyní je známo dost informací k použití rovnovážné konstanty pomocí Nernstovy rovnice.
Nernstova rovnice je:
E_buňka = E °_buňka - (RT / nF) x log₁₀Q
kde
E_buňka je buněčný potenciál
E °_buňka odkazuje na standardní buněčný potenciál
R je plynová konstanta (8,3145 J / mol · K)
T je absolutní teplota
n je počet molů elektronů přenesených reakcí buňky
F je Faradayova konstanta (96484,56 C / mol)
Q je reakční kvocient
** Problém s Nernstovou rovnicí ukazuje, jak pomocí Nernstovy rovnice vypočítat buněčný potenciál nestandardní buňky. **
Při rovnováze je reakční kvocient Q rovnovážnou konstantou K. Toto dělá rovnici:
E_buňka = E °_buňka - (RT / nF) x log₁₀K
Z výše uvedeného víme následující:
E_buňka = 0 V
E °_buňka = +1,13 V
R = 8,3145 J / mol · K
T = 25 a ° C = 298,15 K
F = 96484,56 C / mol
n = 6 (v reakci je přeneseno šest elektronů)
Řešení pro 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) log₁₀K
log₁₀K = 282,5
K = 10^282.5
K = 10^282.5 = 10^0.5 x 10²⁸²
K = 3,16 x 10²⁸²
Odpovědět:
Rovnovážná konstanta redoxní reakce buňky je 3,16 x 10²⁸².