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Home Elettrochimica

Forza elettromotrice: esercizi svolti

di Chimicamo
17 Dicembre 2022
in Elettrochimica, Chimica
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forza elettromotrice- chimicamo

forza elettromotrice- chimicamo

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La conoscenza della forza elettromotrice di una cella galvanica consente di calcolare le variazioni di grandezza termodinamiche ovvero la variazione dell'energia libera di Gibbs, la variazione di entalpia e la variazione di entropia. Si possono inoltre calcolare il prodotto di solubilità, il pH di una soluzione, l'attività degli elettroliti, la costante di equilibrio, il pKa e il pKb. Vengono proposti alcuni esercizi dove è richiesto il calcolo della costante di equilibrio, del potenziale e del prodotto di solubilità.

Esercizi

Calcolo della costante di equilibrio

  • Calcolare la costante di equilibrio della reazione a 298 K:

Fe2+ + Ce4+ → Fe2+ + Ce3+

Sapendo che i potenziali normali di riduzione valgono:

E° = + 1.63 V per la semireazione Ce4+ + 1 e– → Ce3+

E° = + 0.77 V per la semireazione Fe3+ + 1 e– → Fe2+

Per la semireazione Fe2+ → Fe3+ + 1 e–  il potenziale vale quindi – 0.77 V

In condizioni standard quindi il potenziale della reazione vale E° = 1.63 – 0.77 =0.86 V

Poiché ΔG° = – nFE° e il numero n di elettroni scambiati è pari a 1 si ha:

ΔG° = -nFE° = – (1)(96500 Coulomb/mol) (0.86 V) = – 8.30 ∙ 104 J/mol

Poiché ΔG° = – RT ln K

ΔG° = – RT ln K si ha:

– 8.30 ∙ 104 J∙mol-1 = – (8.314 J∙mol-1∙ K-1) (298 K) ln K

Da cui ln K = 33.5

Quindi K = e33.5 = 3.54 ∙ 1014

Calcolo del potenziale o della forza elettromotrice

  • Calcolare il potenziale della semicella  AgǀAgI(s)ǀI I–(aq) (0.01 M)

La reazione complessiva che avviene all'elettrodo è:

AgI(s) + 1 e– → Ag(s) + I–(aq)

Poiché il potenziale o forza elettromotrice di questa reazione non è tabulato ci si può avvalere di dati noti:

per l'equilibrio: AgI(s) ⇌ Ag+(aq) + I–(aq) il prodotto di solubilità Kps vale 1.0 ∙ 10-16

L'espressione del prodotto di solubilità è Kps = 1.0 ∙ 10-16 = [Ag+][I–]

Dalla tabella dei potenziali normali di riduzione il valore di E° relativo alla semireazione di riduzione Ag+(aq) + 1 e– → Ag(s) vale + 0.80 V

ΔG° = – RT ln Ksp = – nFE°cell si ha:

E° = RT/nF ln Ksp = 0.059 log 1.0 ∙ 10-16 = – 0.94 V

Pertanto E° = 0.80 – 0.94 = – 0.14 V

Per ottenere E si utilizza l'equazione di Nernst:

E = E° – 0.059 log ([Ag+][I–])

ADVERTISEMENTS

Sostituendo i valori noti si ha:

E = – 0.14 – 0.059 log 0.01 = 0.022 V

Calcolo del prodotto di solubilità

  • Determinare il prodotto di solubilità del cloruro di argento sapendo che per la cella:

AgǀAgCl(s)ǀCl–(aq) (1 M) ǀǀ Ag+(aq) (1 M)ǀAg

Il potenziale relativo alla reazione Ag(s)+ Cl–(aq) → AgCl(s)+ 1 e– a 298 K vale E° =  – 0.22 V e che il potenziale normale di riduzione Ag+(aq) + 1 e– → Ag(s) vale + 0.80 V

Dai dati forniti E° = – 0.22 + 0.80 = 0.58 V

All'equilibrio E = 0

Applicando l'equazione di Nernst

0 = 0.58 – 0.059 log 1/[Ag+][Cl–]

Da cui – 0.58 = – 0.059 log 1/[Ag+][Cl–] = + 0.059 log [Ag+][Cl–] = + 0.059 log Kps

log Kps = – 9.8

Kps = 10-9.8 = 1.6 ∙ 10-10

 

 

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Tags: costante di equilibrioelettrolitienergia liberaentalpiaentropiasemireazioni

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Maurizia Gagliano, Dottore in Chimica e Docente. Massimiliano Balzano, Dottore in Scienza e Ingegneria dei Materiali.

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Massimiliano Balzano, ideatore e creatore di questo sito; dottore di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso l’Università Federico II di Napoli. Da sempre amante della chimica, è cultore della materia nonché autodidatta. Diplomato al Liceo Artistico Giorgio de Chirico di Torre Annunziata.


Maurizia Gagliano, ha collaborato alla realizzazione del sito. Laureata in Chimica ed iscritta all’Ordine professionale. Ha superato il concorso ordinario per esami e titoli per l’insegnamento di Chimica e Tecnologie Chimiche. Docente.

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