Blog

Elettrochimica- esercizi svolti- chimicamo

Elettrochimica: esercizi svolti

  |   Chimica, Chimica Fisica, Elettrochimica

L‘elettrochimica è quella parte della chimica in cui sono studiate le reazioni che avvengono con scambio di elettroni ovvero le reazioni di ossidoriduzione

Per risolvere gli esercizi di elettrochimica devono essere noti i concetti di:

Sono proposti esercizi di elettrochimica che richiedono l’applicazione di vari tipi di concetti.

Esercizi

  • Determinare se una soluzione di solfato di rame (II) può essere conservata in un recipiente di zinco

Per risolvere il quesito si devono conoscere i potenziali normali di riduzione che sono presenti nelle apposite tabelle:

Cu2+ + 2 e → Cu   E° = + 0.337 V

Zn2+ + 2 e → Zn   E° = – 0.763 V

Entrambi i potenziali sono riferiti alle rispettive semireazioni di riduzione e poiché una reazione redox possa avvenire è necessario che avvenga una semireazione di ossidazione per la quale il potenziale è pari a quello di riduzione con il segno cambiato e una semireazione di riduzione.

Per la semireazione di ossidazione Zn → Zn2+ + 2 e- il potenziale è pari a + 0.763 V

Pertanto le due semireazioni sono:

Cu2+ + 2 e → Cu   E° = + 0.337 V

Zn → Zn + 2 e   E° = + 0.763 V

Il potenziale della reazione Cu2+ + Zn → Cu + Zn2+ è pari a + 0.337 + 0.763 = 1.10 V > 0

Il fatto che il potenziale sia maggiore di 0 implica che questa è la reazione che avviene spontaneamente quindi lo ione rame presente nella soluzione si trasforma in rame metallico e lo zinco che costituisce il recipiente in ione zinco. Quindi la soluzione di rame (II) non può essere conservata in un recipiente di zinco

  • Calcolare il numero di elettroni che attraversano un filo metallico se una corrente di 0.5 ampere viene fatta passare per 2 ore

2 h = 2 ∙ 60∙ 60 = 7200 s

0.5 coulomb/s ∙ 7200 s = 3600 coulomb

Poiché 1 Faraday = 96500 coulomb

3600 coulomb/96500 coulomb/faraday = 0.0373 faraday

0.0373 ∙ 6.02 ∙ 1023 = 2.25 ∙ 1022 elettroni

Calcolo della massa

  • Determinare la massa di nichel che si deposita al catodo se in una soluzione di Ni(NO3)2 viene fatta passare una corrente di 5.0 ampere per 20 minuti

(20 min)(60 s/min) = 1200 s

5.0 coulomb/s ∙ 1200 s =6000 coulomb

Poiché 1 F = 96500 coulomb si ha:

6000 coulomb/96500 coulomb/faraday =0.0622 faraday

La semireazione che avviene al catodo è Ni2+ + 2 e→ Ni e ciò implica che per ogni 2 faraday consumati si deposita al catodo una mole di nichel.

0.0622 faraday (1 mole di Ni/2 faraday) = 0.0311 moli di Ni

0.0311 mol ∙ 58.71 g/mol= 1.83 g

Calcolo del potenziale

  • Determinare il potenziale di un elettrodo a idrogeno immerso in una soluzione a pH = 10

Per la semireazione H+ + 1 e → ½ H2   E° = 0.0 V

A pH = 10 la concentrazione di ioni H+ è pari a 10-10 M

Applicando l’equazione di Nernst si ha:
E = E° – 0.0591/1 log 1/[H+]

Sostituendo:

E = 0.0 – 0.0591 log 1/10-10 = – 0.591 V

  • Calcolare il potenziale di una cella in cui avviene la seguente reazione: 2 Ag+ + Ni → 2 Ag + Ni2+ sapendo che [Ag+]= 0.0020 M e che [Ni2+]= 0.160 M

Si deve innanzi tutti calcolare il potenziale della cella in condizioni standard. Dai potenziali normali di riduzione:

Ag+ + 1 e → Ag   E° = + 0.7994 V

Ni2+ + 2 e → Ni   E° = – 0.25 V

Pertanto per la reazione 2 Ag+ + Ni → 2 Ag + Ni2+  il potenziale della cella vale E° = + 0.7994 + 0.25= 1.05 V

Applicando l’equazione di Nernst e tendendo presente che il numero n di elettroni scambiati è pari a 2 si ha:
E = E° – 0.0591/2 log [Ni2+]/[Ag+]2

Sostituendo:

E = 1.05 – 0.0591/2 log 0.160/(0.0020)2= 0.91 V

Calcolo della variazione di energia libera

  • In una cella elettrochimica ha luogo la seguente reazione: 2 Fe3+ + I2 → 2 Fe2+ + 2 I-. Calcolare la variazione dell’energia libera di Gibbs e la costante di equilibrio

Dai potenziali normali di riduzione:

Fe3+ + 1 e → Fe2+   E° = + 0.771 V

I2 + 2 e → 2 I   E° = + 0.535 V

Pertanto per la reazione 2 Fe3+ + I2 → 2 Fe2+ + 2 I-. il potenziale della cella vale E° = + 0.771 – 0.535= 0.236 V

Poiché ΔG° = – n ∙ F ∙ E° tenendo conto che n (numero di elettroni scambiati) = 2 si ha:

ΔG° = – 2 ∙ 96500 ∙ 0.236 = – 45.55 ∙ 103 J/mol

La variazione dell’energia libera e la costante di equilibrio sono correlate dall’equazione:

ΔG° = – 2.303 RT log Kc

Si ha:

log Kc = ΔG° /- 2.303 RT

A 25°C la temperatura è pari a 298 K pertanto:

log Kc = – 45.55 ∙ 103/ – 2.303 ∙ 8.31∙ 298 = 7.99

Da cui Kc = 10– 7.99 = 1.00 ∙ 10-8

Condividi


Gentile Lettrice, Gentile Lettore

Abbiamo rilevato che stai utilizzando un AdBlocker che blocca il caricamento completo delle pagine di Chimicamo.org

Questo sito è per te completamente gratuito e fornisce, si spera, un servizio serio, completo ed utile, pertanto speriamo che tu consideri la possibilità di escluderlo dal blocco delle pubblicità che sono la nostra unica fonte di guadagno per portare avanti quello che vedi.

 

Per piacere aggiungi Chimicamo.org alla tua whitelist oppure disabilita il tuo software mentre navighi su queste pagine.

 

Grazie

Lo staff di Chimicamo.org

Condividi