Anwendungen der Nernst-Gleichung (II) - Hamm-Chemie

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Anwendungen der Nernst-Gleichung (II)
Die Nernst-Gleichung ist Grundlage zahlreicher Anwendungen, bei denen es um Redoxpotenziale in
verschiedenen Zusammenhängen geht.
Redoxpaar
Vorgang
Nernst-Gleichung
Ein Metall steht im Gleichgewicht
mit seinem Ion: typische HalbzellenReaktion
Me(s) » Men+(aq) +
n * eG
E = E° + 0,059 V * lg c(Men+)
n
Gleichgewicht zwischen
Wasserstoff in ionischer und
molekularer Form, steht im
Zusammenhang zu pHMessungen.
H2 (g) + 2 H2O (l) »
2 H3O+(aq) + 2 eG
E = 0,059 V * lg c2 (H3O+) Ø
2
E = 0,059 V * lg c(H3O+)
E = - 0,059 V * pH
Ein Nicht-Metall steht im Gleichgewicht mit seinem Ion: typische
Halbzellen-Reaktion!
2 ClG » Cl2 (aq) + 2 eG
E = E° + 0,059 V * lg { 1 } Ù
2
{c2 (ClG)}
E = E° - 0,059 V * lg c(ClG)
Ein Metallion steht im Gleichgewicht mit seinem Ion in einer
anderen Oxidationsstufe.
Fe2+(aq) » Fe3+(aq)
+ eG
E = E° + 0,059 V * lg{ c(Fe3+)}
{c(Fe2+)}
E=E° + 0,059 V * lg {c(MnO4G) * c8(H3O+)}
5
{c(Mn2+)}Ú
= E° + 0,059 V * lg {c(MnO4G)} - 8 * pH
5
{c(Mn2+)}
Ø quadratisch wegen Koeffizient =2; Ù quadratisch wegen Koeffizient=2, Vorzeichenwechsel! Ú hoch 8 wegen. Koeffizient = 8;
Die Nernst-Gleichung kann zur Spannungsberechung eines galvanischen Elements herangezogen werden,
wenn kein Standardzustand (c(Elektrolyt-Lösung) … 1 mol/l, Temperatur h(Lösung) … 25 °C) vorliegt.
Ein Metallion ändert seine
Oxidationsstufe im Zusammenhang mit dem pH-Wert
Für den
Mn2+(aq) + 12 H2O(l)
» MnO4G(aq) + 8 H3O+
(aq) + 5eG
Kathodenvorgang: Reduktion
Anodenvorgang: Oxidation
n1 Ox2 + n1 * n2 * eG » n1 Red2
n2 Red1 » n2 Ox1 + n1 * n2 * eG
EKathode = E°Red2/Ox2 + 0,059 V * lg cn1(Ox2)
n1*n2
cn1(Red2)
EAnode = E°Red1/Ox1 + 0,059 V * lg cn2(Ox1)
n1*n2
cn2(Red1)
∆ E = EKathode − E Anode
0,059V
= E ° Red 2/ Ox 2 − E ° Red 1/ Ox1 +
n1 * n2
 c n1 ( Ox 2 )
c n 2 ( Ox1) 
*  lg n1
− lg n 2

c ( Red1) 
 c ( Red 2)
 c n1 ( Ox 2) c n 2 ( Red1) 
R *T
*
* lg n1
∆ E = ∆ E °+

n* M *F
 c (( Red )2 c n 2 ( Ox1)  Für das Daniel-Element gilt dann:
EKathode = E°Cu/Cu2+ + 0,059 V * lg c(Cu2+);
EAnode = E°Zn/Zn2+ + 0,059 V * lg c(Zn2+)
2
2
∆E = 0,34 V - (-0,76V) + 0,059/2 V * lg {c(Cu2+) - lg c(Zn2+)}
= 1,10 V + 0,059/2 V * lg {c(Cu2+)/c(Zn2+)}
Hieraus lässt sich dann die GG-Konstante
Kc = c(Zn2+) der Reaktion Zn + Cu2+ » Zn2+ + Cu
c(Cu2+) berechnen!
Arbeitsauftrag:
1. Berechne die Gleichgewichtskonstante des Daniell-Elements! Bedenke: Im Gleichgewichtszustand
V03/18. Januar 2005
erzeugt das Daniell-Element keine Spannung, also ist U = ∆E = 0!