Equazione di Nernst: esercizi svolti

Ad ogni semireazione di riduzione è possibile associare una grandezza, misurata in volt, che si chiama potenziale di riduzione.

Per una reazione elettrodica del tipo:

stato ossidato + n elettroni → stato ridotto  (1)

il potenziale di riduzione dipende dalle concentrazioni delle specie presenti secondo l’equazione di Nernst:

Erid = E° + RT / nF ln [stato ossidato]/ [stato ridotto]  (2)

Si tenga presente che ciascuna concentrazione è elevata al corrispondente coefficiente stechiometrico. Per i gas bisogna sostituire alle concentrazioni le pressioni parziali, mentre per i solidi e i liquidi puri e per il solvente la concentrazione non va inclusa nella formula.

E° è il potenziale normale di riduzione

n è il numero di elettroni scambiati nella semireazione di riduzione

R è la costante dei gas: R = 8.313 J/mol K

F è il Faraday = 96500 C

T è la temperatura espressa in gradi Kelvin. Abitualmente si opera a 25 °C e conseguentemente T = 298.16 K

Dando a R, ad F e a T i valori indicati e convertendo da logaritmi naturali a logaritmi decimali la (2) diventa:

Erid = E° + 0.059 /n log  [stato ossidato]/ [stato ridotto]

Dato che una pila è formata dal collegamento di due semielementi galvanici e possibile calcolare la d.d.p. ( Ecella) esistente tra i poli della pila applicando l’equazione di Nernst separatamente ai due elettrodi e sottraendo poi dal potenziale dell’elettrodo numericamente maggiore (E+) il potenziale dell’elettrodo numericamente minore (E) ovvero:

Ecella = E+ – E

Si faccia attenzione, qualora si usino queste equazioni, di calcolare i due potenziali E+ ed E entrambi come potenziali di riduzione.

Esercizi svolti

1.0.807 g di ZnSO4 ( peso molecolare = 161.4 u) vengono diluiti con acqua fino al volume di 1 L. Si preleva un’aliquota di 100 mL di questa soluzione e vi si immerge una lamina di zinco metallico. Calcolare a 25 °C la f.e.m. della pila ottenuta collegando questo elettrodo, mediante un ponte salino, con un elettrodo standard di idrogeno e schematizzare la cella.

Le moli di ZnSO4 sono pari a 0.807 g/ 161.4 g/mol=0.00500

La concentrazione dello ione Zn2+ nella soluzione vale [Zn2+] = 0.00500 mol/ 1 L = 0.00500 M

Ovviamente la concentrazione dello ione zinco in 100 mL di soluzione sono pari a 0.00500 M ( si ricordi che la concentrazione è una grandezza estensiva)

Il potenziale standard di riduzione per la semireazione a 25 °C
Zn2+ (aq) + 2 e→Zn(s)   E° = – 0.76 V

Da cui, applicando l’equazione di Nernst e ricordando che le specie solide non vanno incluse nell’equazione si ha:

Erid = E° + 0.059 /n log  [stato ossidato]/ [stato ridotto]

Poiché gli elettroni scambiati sono 2 si ricava

Erid  = – 0.76 + 0.059 / 2 log 0.00500 = – 0.83 V

Il potenziale standard di riduzione di un elettrodo a idrogeno è pari a  zero ( maggiore di – 0.83) applicando la formula

Ecella = E+ – E

Si ha:

Ecella = 0 – ( – 0.83) = + 0.83 V

La cella viene così schematizzata:

(-) Zn/Zn2+//H+/H2/Pt (+)

 

2. A 25 °C la f.e.m. della cella così schematizzata:

(-) Hg/Hg2Cl2/Cl(soluzione satura)// Ag+ ( x M) / Ag(+)

È pari a 0.50 V. Essendo noto che il potenziale dell’elettrodo a calomelano saturo è uguale a 0.2412 V calcolare la concentrazione degli ioni Ag+ .

Condividi
Avatar

Author: Chimicamo

Share This Post On