Электрохимические цепи


Помогите решить

Для начала посмотрим на ячейку. Обычно слево находится анод, а справо катод, на них проходят окисление и восстановление, соответственно.

Напишем уравнения полуреакций восстановления для обоих электродов:

\ce{Q + 2H+ + 2e- -> QH2}
\ce{Hg2Cl2 + 2e- -> 2Hg + 2Cl-}

А реакцию в общем виде можно записать как:

\ce{Hg2Cl2 + QH2 -> 2Hg + Q + 2Cl- + 2H+}

Второй электрод называется каломельным. Его обычно используют как сравнительный, а в первом, если я не ошибаюсь, под Q имеется в виду хинон. Уже написав полуреакции можно заметить, что потенциал будет зависить от концентрации водорода(т.e. от pH), потому что водород участвует в одной из них. Это можно расписать через уравнение Нернста.

E = E^0 - \frac{RT}{nF} \ln Q= E^0 - \frac{RT}{2F}\ln[\ce{H+}]^2

Как правило, если информации про концентрации других реагентов нет, то подразумевают стандартные электроды, поэтому остальные реагенты я не записал. Однако, чтобы решить задачу нужны справочные данные, а именно стандартные потенциалы восстановления. Загуглив находим, что для хинина он равен 0.7, а для ртути 0.268 . Дальше идет чисто подставление и решение уравнения.

Небольшой tip, чтобы проверить ответ: Чем больше потенциал, тем сильнее окислительные свойства вещества. По стандартным значениям видно, что хинон окислитель сильнее, чем ртуть, тем не менее, значение разница потенциалов между ними близка к нулю. Значит либо окислительную силу ртути повысили, либо уменьшили ее для хинона. В задаче возможен только второй вариант, поэтому концентрация иона водорода должна быть намного меньше единицы, что и видно из ответа.

5 лайка

Почему мы не можем найти pH используя только стандартный ЭДС хинина по формуле -RTln( \frac{1}{[H^{+}]^2}) = -nFE^{0}_{Q \cdot QH_{2}}?

эта формула используется только для равновесия, при равновесии у нас энергия Гиббса равна нулю следовательно потенциал тоже равен нулю:

\begin{gathered} E=E^0-\frac{RT}{nF} \ln Q\\ -nFE^0=-RT\ln Q \end{gathered}

Стандартный ЭДС это же когда второй электрод стандартный водородный. А тут на другом конце не он, приходится и за ним в справочник лезть.

1 лайк

Почему в уравнении Нернста использовали в Q только концентрацию Н+? А Cl-?

стандартный каломельный электрод (S.C.E):

\ce{Hg2Cl2 -> 2Hg + 2Cl-}

этот электрод используют в качестве сравнительного электрода, то есть когда ты находишь электродный потенциал для какого то электрода в нашем случае хинон и это все в присутствии сравнительного электрода( в нашем случае каломельный электрод) у нас уравнение Нернста приобретает вид:

E=E^0-\frac{0.059}{nF}\lg Q-E^0(\text{S.C.E})

есть еще стандартный водородный электрод S.H.E ( стандартный потенциал равен нулю), и Ag|AgCl

Концентрации остальных равны единице

Как вы это поняли? Где-то об этом говорилось?

Обычно когда не даются концентрации других реагентов (как раз таки наш случай), автор подразумевают, что они равны одному, по другому задачу решить никак.