Расчет pH по ЭДС


катод; AgCl+e=Ag+Cl-
анод;2H+=H2
E станд. катода=0,222 В. Следовательно E анода=-0,1 В. По уравнению нернста: -0.1=0+(8.314298)/(965002) * ln(x^2/1). x=0.02 M. pH=-log(0.02)=1.69, что в два раза меньше правильного ответа. Подскажите где я ошибся?

забыл знак умножения

Редактировать можно

На самом деле, задача пускай и выглядит очень легкой, но на деле, там такие тонкости, что аж завораживает)

Начнем с рассматривания схемы элемента. По единичным вертикальным линиям очевидно, что нет какого то разделения между растворами. Другими словами, раствор только один. Это первое замечание

А вот тут остановимся на твоей ошибке. Поскольку раствор только один, то соответственно концентрация хлорид ионов не будет равна 1М, ибо HCl и хлорсеребряный электрод находятся в одном растворе. Проще говоря, [Cl^-] ≠ 1M , и [Cl^-] = [H^+] . Это второе замечание.

Читая эту строку, ты наверное понял, что минусануть стандартный электродный потенциал от 0.322 - ошибочная идея. Думаю, в расчетах по Нернсту ты шаришь, и тебе не составит труда правильно использовать эту мысль, и решить задачу :slight_smile:

На всякий случай оставлю решение, на случай если у тебя не получается решить.

E_к = Е_к^o + 0.059 \lg \left(\frac{1}{[H^+]}\right )

E_a = E_a^o + 0.059/2 \cdot \lg \left([H^+]^2\right)
E_к - Е_а = 0.322 = 0.222 + 0.059 \lg(1/[H^+]^2)
Отсюда, [H+] = 0.142M , pH = 0.85

7 симпатий

Можно для полного понимания узнать, почему справедливо выражение [Cl-]=[H+] конкретно в нашем случае, это некое пренебрежение, связанное с чрезвычайно малым вкладом в концентрацию протонов реакции на аноде: H2 = 2H+ + 2e- ? Или это просто уравнение электронейтральности без учета автопротолиза воды из-за достаточно большой концентрации HCl?

Угу. И на самом деле, с сильными кислотами автопротолиз становится значительном при катастрофически маленьких концентрациях кислоты.

1 симпатия

Лично мне казалось, что задача требует от решателя рН раствора HCl до протекания химической реакции. В таком случае, следует рассматривать только вклад имеющихся в растворе ионов гидроксония и хлорида, которые должны иметь одинаковую концентрацию при высоких концентрациях HCl. Тут наверное можно задать 2 вопроса :

  1. А вдруг там использовали солянку в чрезмерно малых количествах так, что ее диссоциация не подавляет автопротолиз воды ?

Электролит на то и есть электролит, чтобы проводить электрический ток. Поэтому, в элементах я считаю, было бы крайне неразумно использовать нереально разбавленный раствор HCl.

  1. А как насчет израсходования хлорид ионов на образование AgCl на электроде ?

Этот вопрос я задал себе, потому что, я предположил, что хлорсеребряный электрод готовят путем помещения серебряного электрода в соляную кислоту (как это делают с свинцовым электродом), и в следствие чего, на электроде образуется тонкий слой AgCl, а сам раствор насыщается этой солью. Так вот, в силу очень малой растворимости AgCl, можно пренебречь убытками хлорид ионов

1 симпатия

Так AgCl наоборот расходуется, а не образуется.

Вообще, в этом и прелесть принципа электронейтральности: могут протекать самые разные процессы, которые могут влиять друг на друга, но в конце концов, этот принцип по прежнему актуален. В данном случае:

  1. Диссоциация HCl повышает концентрацию H^+, что способствует уменьшению окисления H_2
  2. В свою очередь, повышение концентрации Cl^- способствует понижению кол-ва восстанавливаемого AgCl
  3. Но все таки процесс имеет положительный ЭДС, а значит весь электрохимический процесс наставляет ограничения на степень диссоциации кислоты.

Короче, все повязаны друг с другом. Но нам не нужно паниковать – нам самое главное помнить, что в любой ситуации принципы электронейтральности будут оставаться в силе. И откуда бы не брался Cl^- или H^+, их концентрации будут равны.

Но вопросы плавильные задаешь

1 симпатия

А лол, я почему то подумал, что сначала берут раствор солянки, помещают серебряный электрод, на котором должна образоваться тонкая пленка из хлорида серебра. Затем помещают платиновый электрод, пропускают водород при постоянном давлении, и затем измеряют ЭДС

Хотел бы еще уточнить, в задаче спрашивают рН до протекания химической реакции, или после протекания ?

Важно понимать, что любое значение E привязано к определенной концентрации всех участвующих молекул/ионов. Например, E^o относится к ситуации, когда концентрация всех ионов равна 1M (ибо очевидно, что в таком случае E=E^o.

И далее, как только реакция начнет протекать, ЭДС (E) тут же начнет меняться и в равновесии придет к угадайте к чему?

значению равному нулю

Поэтому в данном случае, просят найти pH для конкретного значения ЭДС. Конкретное значение ЭДС соответствует конкретному значению концентраций.

1 симпатия
© 2021 Общественный Фонд «Beyond Curriculum» (CC BY-NC-SA 4.0 International)