При рассмотрении вопроса об окислительно-восстановительных реакциях часто возникает необходимость расчета электродвижущей силы (ЭДС) и потенциалов отдельных полуреакций. В справочниках обычно приведены таблицы т.н. стандартных потенциалов тех или иных процессов, рассчитанных при р=1 атм, Т=298К и активностях участников равных 1. Однако в реальных задачах условия могут значительно отличаться от указанных выше. Как быть в таком случае? Ответ дает уравнение Нернста. В оригинальном виде оно выглядит так:
Как можно заметить, в уравнении фигурируют несколько постоянных величин. Также температура в подавляющем большинстве случаев равна 298К. Кроме того, можно заменить натуральный логарифм на десятичный. Это можно сделать путем умножения на коэффициент перевода. Если собрать все постоянные в единый множитель, то приходим к несколько иному, но более знакомому по учебным пособиям виду уравнения Нернста:
Такой вариант уравнения сильно облегчает жизнь в ряде случаев, например рассмотрении рН-зависимых процессов. Используя данное уравнение можно провести вычисления в любых условиях, приведенных в задаче. Рассмотрим характерные примеры задания по данной теме.
Пример 1:
Рассчитать ЭДС гальванического элемента, составленного из медной и цинковой пластин, погруженных в растворы 0.1М CuSO4 и 0.01М ZnSO4 соответственно. Коэффициенты активности ионов Cu 2+ и Zn 2+ принять равными единице.
Решение:
Для начала запишем уравнения протекающих процессов:
Далее находим по таблице стандартные потенциалы процессов:
Если в условиях задачи ничего не сказано про коэффициенты активности ионов, то можно считать их равными единице, как и в нашем случае. Тогда активности участников процессов можно принять равными их аналитическим концентрациям.
Найдем реальные потенциалы с учетом нестандартных активностей ионов:
Далее необходимо сравнить полученные величины между собой, чтобы определить, кто из участников процесса – окислитель. Потенциал меди больше, чем у цинка, поэтому она будет окислителем. Тогда найдем ЭДС системы:
Ответ: 1.13 В
Пример 2:
Одним из лабораторных способов получения хлора является действие KMnO4 на концентрированную соляную кислоту. Можно ли провести процесс при рН=4?
Решение:
Для начала запишем уравнения протекающих процессов.
Далее находим по таблице стандартные потенциалы процессов:
Несложно заметить, что от рН в данном случае зависит только потенциал перманганата. Тогда воспользуемся уравнением Нернста и рассчитаем его реальный потенциал в условиях задачи:
Получается, что потенциал KMnO4 стал меньше, чем у хлора, а значит, реакция не пойдет.
Видео:Уравнение Нернста. Условия изменения направления ОВР. Продукты в ОВР. Ч.5-3.Скачать
Расчет электродного потенциала. Уравнение Нернста
В результате изучения потенциалов различных электродных процессов установлено, что их величины зависят от следующих факторов:
1) от природы веществ – участников электродного процесса;
2) от соотношения между концентрациями этих веществ;
3) от температуры системы.
Значения электродных потенциалов рассчитывают по уравнению Нернста:
, (1)
где 
‑ стандартный электродный потенциал, измеренный при стандартных условиях; R = 8.314 Дж/моль·К, универсальная газовая постоянная; Т – температура по шкале Кельвина, К; F – число Фарадея, равное
96500 Кл/моль; [Ox] и [Red] – молярные концентрации веществ, участвующих в процессе в окисленной (Ox) и восстановленной (Red) формах.
Для металлического электрода уравнение Нернста принимает вид:
, (2)
где n – число электронов, теряемых атомом металла при образовании катиона; 
‑ активность ионов металла в растворе электролита, моль/л.
Для обычной при электрохимических измерениях стандартной температуры (Т = 25ºС или 298 К) и при подстановке значений постоянных величин уравнение (2) принимает вид:
. (3)
Видео:011 Электрохимия 4 уравнение НернстаСкачать
Вычисление потенциала в реальных условиях. Уравнение Нернста с примером решения
Вычисление потенциала в реальных условиях. Уравнение Нернста
В реальных условиях химического равновесия величина потенциала зависит от температуры и активностей окисленной и восстановленной форм. Количественно эта зависимость равновесного потенциала пары (Е) выражается уравнением Нернста:
для полуреакции 
уравнение Нернста 
где: R — универсальная газовая постоянная (
);
F — число Фарадея (
);
Т- абсолютная температура (К);
Е — равновесный потенциал.
После подстановки постоянных величин и переходя к десятичным логарифмам, получаем коэффициенты 0,059 при 25°С и 0,058 при 20°С.
Тогда уравнение Нернста при 25°С можно записать так:
Обычно вместо активностей в расчетах используют концентрации окисленной и восстановленной форм, пренебрегая различием в величинах коэффициентов активностей обеих форм, которые при близких значениях сокращаются в уравнении (5.3).
Пример 5.4 .
Вычислить 
, если 
= 0,21 моль/л, а 
= 0,012 моль/л.
Решение:
Записываем уравнение полуреакции:
Записываем уравнение Нернста для данной полуреакции:
Эти примеры взяты со страницы примеров решения задач по аналитической химии:
Возможны вам будут полезны эти страницы:
Образовательный сайт для студентов и школьников
Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.
© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института
🔍 Видео
Уравнение Нернста. Задачи на расчет потенциалов. Продукты в ОВР. Ч.5-2.Скачать
ОВР и Метод Электронного Баланса — Быстрая Подготовка к ЕГЭ по ХимииСкачать
Расчеты по уравнениям химических реакций. 1 часть. 8 класс.Скачать
Гальванические элементы. 1 часть. 10 класс.Скачать
Как Решать Задачи по Химии // Задачи с Уравнением Химической Реакции // Подготовка к ЕГЭ по ХимииСкачать
Уравнение НернстаСкачать
Составление схемы и вычисление ЭДС гальванического концентрационного элемента | Уравнение НернстаСкачать
ОВР часть 2. Окислительно-восстановительные реакции. Электродный потенциал.Скачать
Использование таблиц потенциалов и расчет ЭДС реакции. Продукты в ОВР. Ч.5-1.Скачать
МЕМБРАННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ПОКОЯ: формирование, роль калиевых каналов, равновесный потенциал || СТУДЕНТАМСкачать
Потенциал покоя и равновесный потенциалСкачать
Как решать задачи по химии? Расчет по уравнениям химических реакций | TutorOnlineСкачать
4 3 Электрохимический потенциалСкачать
Как расставлять коэффициенты в уравнении реакции? Химия с нуля 7-8 класс | TutorOnlineСкачать
Как Решать Задачи по Химии // Задачи с Уравнением Химической Реакции // Химия ПростоСкачать
Электрохимический ряд потенциалов. 1 часть. 10 класс.Скачать
Задачи на гальванический элемент. Продукты в ОВР. Ч.5-4.Скачать
