7.4: پتانسیل الکترود و سلول
- Page ID
- 216206
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)در پایان این بخش، شما قادر خواهید بود:
- تعاریف پتانسیل الکترود و سلول را توصیف و مرتبط کنید
- پتانسیل الکترود را از نظر مقاومت نسبی اکسیدان و احیا کننده تفسیر کنید
- محاسبه پتانسیل سلولی و پیش بینی خودانگیختگی ردوکس با استفاده از پتانسیل الکترود استاندارد
بر خلاف اکسیداسیون خود به خودی مس توسط یون های نقره آبی (I) که قبلا توضیح داده شد، غوطه ور کردن یک سیم مسی در محلول آبی یون های سرب (II) هیچ واکنشی ایجاد نمی کند. دو گونه، Ag + (aq) و Pb 2 + (aq)، بنابراین تفاوت مشخصی در فعالیت ردوکس خود به سمت مس نشان می دهند: یون نقره خود به خود مس را اکسید می کند، اما یون سرب چنین نکرد. سلول های الکتروشیمیایی اجازه می دهند این فعالیت ردوکس نسبی با یک ویژگی به راحتی اندازه گیری شود، پتانسیل. این ویژگی هنگامی که در رابطه با کاربردهای الکتریکی اشاره می شود، معمولاً ولتاژ نامیده می شود و اندازه گیری انرژی همراه با انتقال بار است. پتانسیل ها در واحد ولت اندازه گیری می شوند که به عنوان یک ژول انرژی در هر کولن بار تعریف می شود، V = J/C.
هنگامی که برای اهداف الکتروشیمی اندازه گیری می شود، یک پتانسیل نشان دهنده نیروی محرکه برای نوع خاصی از فرآیند انتقال بار، یعنی انتقال الکترون ها بین واکنش دهنده های ردوکس است. با توجه به ماهیت پتانسیل در این زمینه، واضح است که پتانسیل یک نیم سلول یا یک الکترود منفرد را نمی توان اندازه گیری کرد. «انتقال» الکترون ها به هر دو دهنده و گیرنده نیاز دارد، در این مورد به ترتیب یک احیا کننده و یک اکسیدان. در عوض، پتانسیل نیم سلولی ممکن است فقط نسبت به نیم سلول دیگر ارزیابی شود. این تنها تفاوت پتانسیل بین دو نیم سلول است که ممکن است اندازه گیری شود، و این پتانسیل های اندازه گیری شده، پتانسیل سلولی نامیده می شود، سلول E، تعریف شده به عنوان
\[E_{\text {cell }}= E_{\text {cathode }}- E_{\text {anode }} \nonumber \]
جایی که \(E_{cathode}\) و \(E_{anode}\) هستند پتانسیل دو نیم سلول مختلف همانطور که در زیرنویس مشخص شده است عمل می کنند. همانطور که برای سایر مقادیر ترمودینامیکی، پتانسیل سلول استاندارد، سلول E°، یک پتانسیل سلولی است که اندازه گیری می شود زمانی که هر دو نیم سلول تحت شرایط حالت استاندارد (غلظت 1 M، فشار 1 بار، 298 K) قرار دارند:
\[E_{\text {cell }}^{\circ}= E_{\text {cathode }}^{\circ}- E_{\text {anode }}^{\circ} \nonumber \]
برای ساده سازی جمع آوری و به اشتراک گذاری داده های بالقوه برای نیمه واکنش ها، جامعه علمی یک نیم سلول خاص را به عنوان یک مرجع جهانی برای اندازه گیری پتانسیل سلول تعیین کرده است، و آن را به پتانسیل دقیقا 0 V اختصاص داده است. این نیمه سلول الکترود هیدروژن استاندارد (SHE) است و بر اساس نیمه واکنش زیر است:
\[\ce{2 H^{+}(aq) + 2 e^{-} -> H2(g)} \nonumber \]
یک SHE معمولی حاوی یک الکترود پلاتین بی اثر است که دقیقاً در 1 M H آبکی غوطه ور شده و جریانی از گاز H 2 حباب دار در فشار 1 بار است که همه در دمای 298 کلوین نگهداری می شوند (شکل را ببینید). \(\PageIndex{1}\)
پتانسیل اختصاص داده شده از SHE اجازه تعریف یک پتانسیل به راحتی اندازه گیری شده برای یک نیم سلول واحد را می دهد. پتانسیل الکترود (E X) برای نیم سلول X به عنوان پتانسیل اندازه گیری شده برای یک سلول متشکل از X که به عنوان کاتد و SHE عمل می کند به عنوان آند تعریف می شود:
\ [\ begin {تراز شده}
& E_ {\ text {cell}} = E_ {X} - E_ {SHE}\\ [4pt]
& E_ {SHE} =0 V\ text {(تعریف شده)}\\ [4pt]
& E_ {\ text {سلول}} = E_ {X}\ پایان {تراز شده}\nشماره\]
هنگامی که نیم سلول X تحت شرایط حالت استاندارد باشد، پتانسیل آن پتانسیل الکترود استاندارد، E° X است. از آنجا که تعریف پتانسیل سلول نیاز به عملکرد نیم سلول به عنوان کاتد دارد، این پتانسیل ها گاهی اوقات پتانسیل های کاهش استاندارد نامیده می شوند.
این رویکرد برای اندازه گیری پتانسیل الکترود در شکل نشان داده شده است\(\PageIndex{2}\):، که یک سلول متشکل از SHE متصل به نیم سلول مس (II) /مس (0) را در شرایط حالت استاندارد نشان می دهد. یک ولت متر در مدار خارجی امکان اندازه گیری اختلاف پتانسیل بین دو نیم سلول را فراهم می کند. از آنجا که نیم سلول Cu به عنوان کاتد در تعریف پتانسیل سلول تعیین می شود، به ورودی قرمز (مثبت) ولت متر متصل می شود، در حالی که آند SHE تعیین شده به ورودی سیاه (منفی) متصل است. این اتصالات اطمینان حاصل می کنند که علامت پتانسیل اندازه گیری شده با قراردادهای علامت الکتروشیمی در تعاریف مختلف مورد بحث در بالا سازگار خواهد بود. پتانسیل سلول +0.337 V اندازه گیری می شود، و بنابراین
\[E_{\text {cell }}^{\circ}= E_{\ce{Cu}}^{\circ}=+0.337 V \nonumber \]
جدول بندی مقادیر E° برای سایر نیم سلول های اندازه گیری شده به روش مشابه به عنوان ادبیات مرجع برای اجازه محاسبات پتانسیل سلولی و پیش بینی خودانگیختگی فرآیندهای ردوکس در دسترس است.
جدول لیستی از پتانسیل الکترود استاندارد را برای انتخاب نیمه واکنش ها به ترتیب عددی \(\PageIndex{1}\) فراهم می کند و فهرست الفبایی گسترده تر در ضمیمه L.
| نیمواکنش | E° (V) |
|---|---|
| \(\ce{F2(g) + 2e^{-}-> 2F^{-}(aq)}\) | +۲٫۸۶۶ |
| \(\ce{PbO2(s) + SO4^{2-}(aq) + 4H^{+}(aq) + 2e^{-}-> PbSO4(s) + 2H2O(l)}\) | +۱٫۶۹ |
| \(\ce{MnO4^{-}(aq) + 8H^{+}(aq) + 5e^{-}-> Mn^{2+}(aq) + 4H2O(l)}\) | +۱٫۵۰۷ |
| \(\ce{Au^{3+}(aq) + 3e^{-}-> Au(s)}\) | +۱٫۴۹۸ |
| \(\ce{Cl2(g) + 2e^{-}-> 2Cl^{-}(aq)}\) | +۱٫۳۵۸۲۷ |
| \(\ce{O2(g) + 4H^{+}(aq) + 4e^{-}-> 2H2O(l)}\) | +۱٫۲۲۹ |
| \(\ce{Pt^{2+}(aq) + 2e^{-}-> Pt(s)}\) | +1.20 |
| \(\ce{Br2(aq) + 2e^{-}-> 2Br^{-}(aq)}\) | +۱٫۰۸۷۳ |
| \(\ce{Ag^{+}(aq) + e^{-}-> Ag(s)}\) | +۰٫۷۹۹۶ |
| \(\ce{Hg2^{2+}(aq) + 2e^{-}-> 2Hg(l)}\) | +۰٫۷۹۷۳ |
| \(\ce{Fe^{3+}(aq) + e^{-} -> Fe^{2+}(aq)}\) | +۰٫۷۷۱ |
| \(\ce{MnO4^{-}(aq) + 2H2O(l) + 3e^{-}-> MnO2(s) + 4OH^{-}(aq)}\) | +۰٫۵۵۸ |
| \(\ce{I2(s) + 2e^{-}-> 2I^{-}(aq)}\) | +۰٫۵۳۵۵ |
| \(\ce{NiO2(s) + 2H2O(l) + 2e^{-}-> Ni(OH)2(s) + 2OH^{-}(aq)}\) | +0.49 |
| \(\ce{Cu^{2+}(aq) + 2e^{-}-> Cu(s)}\) | +۰٫۳۴ |
| \(\ce{Hg2Cl2(s) + 2e^{-}-> 2Hg(l) + 2Cl^{-}(aq)}\) | +۰٫۲۶۸۰۸ |
| \(\ce{AgCl(s) + e^{-}-> Ag(s) + Cl^{-}(aq)}\) | +۰٫۲۲۲۳۳ |
| \(\ce{Sn^{4+}(aq) + 2e^{-}-> Sn^{2+}(aq)}\) | +۰٫۱۵۱ |
| \(\ce{2H^{+}(aq) + 2e^{-}-> H2(g)}\) | 0.00 |
| \(\ce{Pb^{2+}(aq) + 2e^{-}-> Pb(s)}\) | -۰٫۱۲۶۲ |
| \(\ce{Sn^{2+}(aq) + 2e^{-}-> Sn(s)}\) | -۰٫۱۳۷۵ |
| \(\ce{Ni^{2+}(aq) + 2e^{-}-> Ni(s)}\) | -۰٫۲۵۷ |
| \(\ce{Co^{2+}(aq) + 2e^{-}-> Co(s)}\) | -0.28 |
| \(\ce{PbSO4(s) + 2e^{-}-> Pb(s) + SO4^{2-}(aq)}\) | -۰٫۳۵۰۵ |
| \(\ce{Cd^{2+}(aq) + 2e^{-}-> Cd(s)}\) | -۰٫۴۰۳۰ |
| \(\ce{Fe^{2+}(aq) + 2e^{-}-> Fe(s)}\) | -۰٫۴۴۷ |
| \(\ce{Cr^{3+}(aq) + 3e^{-}-> Cr(s)}\) | -۰٫۷۴۴ |
| \(\ce{Mn^{2+}(aq) + 2e^{-}-> Mn(s)}\) | -۱٫۱۸۵ |
| \(\ce{Zn(OH)2(s) + 2e^{-}-> Zn(s) + 2OH^{-}(aq)}\) | -۱٫۲۴۵ |
| \(\ce{Zn^{2+}(aq) + 2e^{-}-> Zn(s)}\) | -۰٫۷۶۱۸ |
| \(\ce{Al^{3+}(aq) + 3e^{-}-> Al(s)}\) | -۱٫۶۶۲ |
| \(\ce{Mg2(aq) + 2e^{-}-> Mg(s)}\) | -۲٫۳۷۲ |
| \(\ce{Na^{+}(aq) + e^{-}-> Na(s)}\) | -۲٫۷۱ |
| \(\ce{Ca^{2+}(aq) + 2e^{-}-> Ca(s)}\) | -۲٫۸۶۸ |
| \(\ce{Ba^{2+}(aq) + 2e^{-}-> Ba(s)}\) | -۲٫۹۱۲ |
| \(\ce{K^{+}(aq) + e^{-}-> K(s)}\) | -۲٫۹۳۱ |
| \(\ce{K^{+}(aq) + e^{-}-> K(s)}\) | -۳٫۰۴ |
پتانسیل استاندارد سلول گالوانیک نشان داده شده در شکل 17.3 چیست؟
راه حل
سلول در شکل 17.3 گالوانیک است، واکنش سلول خود به خودی شامل اکسیداسیون آند مس و کاهش یون های نقره (I) در کاتد نقره آن است:
\ [\ begin {align*}
&\ text {آند:}\ quad &&\ ce {Cu (s) -> Cu^ {2+} + 2 e^ {-}}\\ [4pt]
&\ text {کاتد:}\ quad &&\ ce {2Ag^ {+} (aq) + 2 e^ {-} -> 2Ag (s)}\\ [4pt]\ hline &\ text {cell:}\ quad &&
\ ce {Cu (s) +2Ag ^ {+} (aq) -> Cu^ {2+} + 2Ag (s)} && E^o_ {\ text {cell}} = 0\,\ text {V}\ end {align*}\nشماره\]
پتانسیل سلول استاندارد محاسبه شده به عنوان
\ [\ begin {aligned}
E_ {\ text {سلول}}} ^ {\ circ} & = E_ {\ text {کاتد}} ^ {\ circ} - E_ {\ text {anode}} ^ {\ circ}} ^ {\ circ}\
& =+0.46 V\ پایان {تراز شده}\nشماره\]
پتانسیل سلول استاندارد انتظار می رود اگر نیم سلول کاتد نقره ای در شکل 17.3 با یک نیم سلول سرب جایگزین شود:
\[\ce{Pb^{2+}(aq) + 2 e^{-} -> Pb(s)} \nonumber \]
- پاسخ
-
−۰ ۴۷ ولت
پتانسیل الکترود و سلول ورودی
با تفکر دقیق در مورد تعاریف پتانسیل سلول و الکترود و مشاهدات تغییرات ردوکس خود به خودی ارائه شده تا کنون، رابطه قابل توجهی ذکر شده است. بخش قبلی اکسیداسیون خود به خودی مس توسط یون های نقره آبی (I) را توصیف کرد، اما هیچ واکنش مشاهده شده با یون های سرب (II) آبی مشاهده نشد. نتایج محاسبات در مثال نشان داده است \(\PageIndex{1}\) که فرآیند خود به خودی با یک پتانسیل سلولی مثبت توصیف می شود در حالی که فرآیند غیر خود به خودی پتانسیل سلولی منفی را نشان می دهد. بنابراین، با توجه به اثربخشی نسبی («قدرت») که یون های آبی Ag + و Pb 2+Cu را در شرایط استاندارد اکسید می کنند، اکسیدان قوی تر آن است که پتانسیل الکترود استاندارد بالاتر، E° را نشان می دهد. از آنجا که پتانسیل الکترود قرارداد برای فرآیندهای کاهش است، مقدار افزایش یافته \(E^o\) مربوط به افزایش نیروی محرکه در پشت کاهش گونه است (از این رو افزایش اثربخشی عمل آن به عنوان یک عامل اکسید کننده در برخی از گونه های دیگر). مقادیر منفی برای پتانسیل الکترود به سادگی نتیجه اختصاص مقدار 0 V به SHE است، که نشان می دهد واکنش دهنده نیمه واکنش یک اکسیدان ضعیف تر از یون های هیدروژن آبی است.
استفاده از این منطق در لیست عددی مرتب شده از پتانسیل های الکترود استاندارد در جدول \(\PageIndex{1}\) نشان می دهد که این لیست به همین ترتیب به ترتیب قدرت اکسید کننده گونه های واکنش دهنده نیمه واکنش است که از قوی ترین اکسیدان (مثبت ترین E°) به ضعیف ترین اکسیدان (منفی ترین E °) کاهش می یابد. پیش بینی های مربوط به خودانگیختگی واکنش های ردوکس در شرایط حالت استاندارد را می توان به راحتی با مقایسه موقعیت های نسبی ورودی های جدول آنها انجام داد. طبق تعریف، سلول E° زمانی مثبت است\(E^o_{\text{cathode}} > E^o_{\text{anode}}\)، و بنابراین پیش بینی می شود هر واکنش ردوکس که در آن ورودی اکسیدان بالاتر از ورودی کاهش دهنده باشد، خود به خودی باشد.
بررسی مجدد دو واکنش ردوکس در مثال پشتیبانی از این واقعیت \(\PageIndex{1}\) را فراهم می کند. ورودی برای نیم واکنش نقره (I) /نقره (0) بالاتر از نیمه واکنش مس (II) /مس (0) است و بنابراین اکسیداسیون Cu توسط Ag + پیش بینی می شود که خود به خودی باشد (E° کاتد > E ° آند و بنابراین E ° سلول > 0). برعکس، ورودی نیم سلول سرب (II) /سرب (0) در زیر آن برای مس (II) /مس (0) است و اکسیداسیون مس توسط Pb 2+ غیر خود به خودی است (E° کاتد <E ° آند و بنابراین E ° سلول <0).
با یادآوری فصل ترمودینامیک، خودبخودی واکنش های رو به جلو و معکوس یک فرآیند برگشت پذیر یک رابطه متقابل را نشان می دهد: اگر یک فرآیند در یک جهت خود به خودی باشد، در جهت مخالف غیر خود به خودی است. به عنوان شاخصی از خودانگیختگی برای واکنش های ردوکس، پتانسیل یک واکنش سلولی یک رابطه پیامدی را در علامت حسابی آن نشان می دهد. اکسیداسیون خود به خودی مس توسط یون های سرب (II) مشاهده نمی شود
\[\ce{Cu(s) + Pb^2+(aq) -> Cu^2+(aq) + Pb(s)} \hspace{20px} E^\circ_\mathrm{forward}=\mathrm{−0.47\: V (negative, non-spontaneous)} \nonumber \]
و بنابراین واکنش معکوس، اکسیداسیون سرب توسط یون های مس (II)، پیش بینی می شود که خود به خود رخ دهد:
\[\ce{Pb(s) + Cu^2+(aq) -> Pb^2+(aq) + Cu(s)} \hspace{20px} E^\circ_\mathrm{forward}=\mathrm{+0.47\: V (positive, spontaneous)} \nonumber \]
توجه داشته باشید که معکوس کردن جهت یک واکنش ردوکس به طور موثری هویت نیمه واکنش های کاتد و آند را تغییر می دهد و بنابراین پتانسیل سلول از پتانسیل های الکترود در ترتیب تفریق معکوس نسبت به واکنش رو به جلو محاسبه می شود. در عمل، یک ولت متر پتانسیل -0.47 ولت را با ورودی های قرمز و سیاه آن که به ترتیب به الکترودهای Pb و Cu متصل شده اند، گزارش می دهد. اگر ورودی ها تعویض شوند، ولتاژ گزارش شده 0.47+ ولت خواهد بود.
آیا پیش بینی می شود که یون های آهن آبی (II) به طور خود به خود کروم عنصری را در شرایط استاندارد اکسید کنند؟ فرض کنید نیمی از واکنش ها آنهایی هستند که در جدول \(\PageIndex{1}\) موجود هستند.
راه حل
با اشاره به نیم واکنش های جدول بندی شده، واکنش ردوکس مورد نظر را می توان با معادلات زیر نشان داد:
\[\ce{Cr(s) + Fe^{2+}(aq) -> Cr^{3+}(aq) + Fe(s)} \nonumber \]
ورودی برای اکسیدان احتمالی، Fe 2 +، در بالای ورودی برای احیا کننده، Cr ظاهر می شود، و بنابراین یک واکنش خود به خودی در هر روش سریع توضیح داده شده در بالا پیش بینی می شود. حمایت از این پیش فرض با محاسبه پتانسیل سلول استاندارد برای این واکنش می دهد
\ [\ begin {aligned}
E_ {\ text {سلول}}} ^ {\ circ} & = E_ {\ text {کاتد}} ^ {\ circ} - E_ {\ text {\ circ}} ^ {\ circ}} ^ {\ circ}\
& = -0.447 V --0.744 V =+0.297 V\ پایان {تراز شده}\nشماره\
]
مقدار مثبت برای پتانسیل سلول استاندارد نشان می دهد که فرآیند در شرایط استاندارد حالت خود به خودی است.
استفاده از داده ها در جدول \(\PageIndex{1}\) برای پیش بینی خودانگیختگی اکسیداسیون یون برومید توسط ید مولکولی در شرایط حالت استاندارد، حمایت از پیش بینی با محاسبه پتانسیل سلول استاندارد برای واکنش. برای اکسیداسیون یون یدید توسط برم مولکولی تکرار کنید.
- پاسخ
-
\ [\ begin {align*}
\ ce {I2 (s) + 2 Br^ {-} (aq) &-> 2 I^ {-} (aq) + Br2 (l)} && E_ {\ text {سلول}} =-0.5518\,\ text {V}\ text {(غیرخودبخودی)}\
\ ce {Br2 (s) + 2 I^ {-} (aq) -> 2 Br^ {-} (aq) + I2 (l)} && E_ {\ text {سلول}} ^ {\ circ} =+0.5518\,\ text {V}\ text {(خود به خودی)}\ end {align*}\nشماره\]