Effetto della concentrazione sulla f.e.m. Esercizi

La forza elettromotrice di una cella elettrochimica dipende dalla natura dei reagenti e dei prodotti e dalla loro concentrazione. Poiché la f.e.m. è una misura della spontaneità della reazione la tensione diminuisce quando i reagenti si consumano e si formano i prodotti.

L’equazione che correla le concentrazioni dei reagenti e dei prodotti, nota come equazione di Nernst, alla temperatura di 298 K, per una reazione di ossidoriduzione del tipo aA + bB → cC + dD è la seguente:

E = E° – 0.0257 / n log Q  (1)

In cui E è il potenziale della cella in condizioni non standard, E° è il potenziale della cella in condizioni standard,  n è il numero di elettroni scambiati e Q è dato da:
Q = [C]c[D]d/[A]a[B]b

Secondo la (1) E non è costante ma varia al variare delle concentrazioni e diminuisce a mano a mano che la reazione procede ovvero quando aumenta la concentrazione dei prodotti e diminuisce quella dei reagenti

All’equilibrio quando non variano ulteriormente le concentrazioni dei reagenti e dei prodotti E = 0 e quindi:

0 = E° – 0.0257 / n log K

dove K è la costante di equilibrio.

Si ha quindi:
E° = 0.0257 /n  log K

pertanto E° è correlata alla costante di equilibrio  K.

 

Esercizi

 1)      Calcolare la tensione di una cella a 25°C in cui avviene la seguente reazione:

Zn(s) + 2 H+(aq)Zn2+(aq) + H2(g)

Sapendo che [H+] = 1.0 · 10-4 M , p H2 = 1.0 atm e che [Zn2+] = 1.5 M

I potenziali standard di riduzione sono:

2 H+ + 2e⇄ H2   E° = 0.0 V

Zn2+ + 2e⇄ Zn  E° = – 0.76 V

Calcoliamo il potenziale della cella in condizioni standard considerando che per la semireazione di  ossidazione dello zinco Zn ⇄ Zn2+ + 2e il valore di E° è di + 0.76 V

Pertanto il potenziale della cella in condizioni standard vale E° = + 0.76 + 0.0 = + 0.76 V

Il numero di elettroni coinvolti n è pari a 2

Applichiamo la (1):
E = + 0.76 – 0.0257/2  log [Zn2+] p H2 / [H+]2

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Author: Chimicamo

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