Calcola la forza elettromotrice per la cella elettrochimica in cui avviene la seguente reazione: Cu2+ (0.10 M) + H2 (1 atm) → Cu(s) + 2H+ (pH = 3.00).
Question
Calcola la forza elettromotrice per la cella elettrochimica in cui avviene la seguente reazione: Cu2+ (0.10 M) + H2 (1 atm) → Cu(s) + 2H+ (pH = 3.00).
Solution
Per calcolare la forza elettromotrice (EMF) per la cella elettrochimica, dobbiamo utilizzare l'equazione di Nernst. L'equazione di Nernst è la seguente:
E = E° - (RT/nF) * ln(Q)
Dove:
- E è la forza elettromotrice
- E° è il potenziale standard della cella
- R è la costante dei gas (8.314 J/(mol*K))
- T è la temperatura in Kelvin
- n è il numero di elettroni trasferiti nella reazione redox
- F è la costante di Faraday (96485 C/mol)
- Q è il quoziente di reazione
Prima di tutto, dobbiamo trovare il potenziale standard della cella (E°). Per la reazione data, E° può essere calcolato sommando il potenziale standard di riduzione per Cu2+ a Cu (che è +0.34 V) e il potenziale standard di ossidazione per H2 a 2H+ (che è 0 V). Quindi, E° = +0.34 V.
Il numero di elettroni trasferiti nella reazione redox (n) è 2.
La temperatura (T) è generalmente assunta essere 298 K se non specificato diversamente.
Il quoziente di reazione (Q) può essere calcolato utilizzando le concentrazioni date nella domanda. Per la reazione data, Q = [H+]^2 / [Cu2+]. Dato che il pH = 3, [H+] = 10^-3 M. Quindi, Q = (10^-3)^2 / 0.10 = 10^-5.
Sostituendo tutti questi valori nell'equazione di Nernst, otteniamo:
E = 0.34 V - (8.314 J/(mol*K) * 298 K / (2 * 96485 C/mol)) * ln(10^-5) = 0.34 V - (0.0257 V) * ln(10^-5) = 0.34 V - (0.0257 V) * -5 = 0.34 V + 0.1285 V = 0.4685 V
Quindi, la forza elettromotrice per la cella elettrochimica è 0.4685 V.
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