Применение уравнения Нернста в решении задач.При рассмотрении вопроса об окислительно-восстановительных реакциях часто возникает необходимость расчета электродвижущей силы (ЭДС) и потенциалов отдельных полуреакций. В справочниках обычно приведены таблицы т.н. стандартных потенциалов тех или иных процессов, рассчитанных при р=1 атм, Т=298К и активностях участников равных 1. Однако в реальных задачах условия могут значительно отличаться от указанных выше. Как быть в таком случае? Ответ дает уравнение Нернста. В оригинальном виде оно выглядит так: Как можно заметить, в уравнении фигурируют несколько постоянных величин. Также температура в подавляющем большинстве случаев равна 298К. Кроме того, можно заменить натуральный логарифм на десятичный. Это можно сделать путем умножения на коэффициент перевода. Если собрать все постоянные в единый множитель, то приходим к несколько иному, но более знакомому по учебным пособиям виду уравнения Нернста: Такой вариант уравнения сильно облегчает жизнь в ряде случаев, например рассмотрении рН-зависимых процессов. Используя данное уравнение можно провести вычисления в любых условиях, приведенных в задаче. Рассмотрим характерные примеры задания по данной теме. Пример 1: Рассчитать ЭДС гальванического элемента, составленного из медной и цинковой пластин, погруженных в растворы 0.1М CuSO4 и 0.01М ZnSO4 соответственно. Коэффициенты активности ионов Cu2+ и Zn2+ принять равными единице. Решение: Для начала запишем уравнения протекающих процессов: Далее находим по таблице стандартные потенциалы процессов: Если в условиях задачи ничего не сказано про коэффициенты активности ионов, то можно считать их равными единице, как и в нашем случае. Тогда активности участников процессов можно принять равными их аналитическим концентрациям. Найдем реальные потенциалы с учетом нестандартных активностей ионов: Далее необходимо сравнить полученные величины между собой, чтобы определить, кто из участников процесса – окислитель. Потенциал меди больше, чем у цинка, поэтому она будет окислителем. Тогда найдем ЭДС системы: Ответ: 1.13 В Пример 2: Одним из лабораторных способов получения хлора является действие KMnO4 на концентрированную соляную кислоту. Можно ли провести процесс при рН=4? Решение: Для начала запишем уравнения протекающих процессов. Далее находим по таблице стандартные потенциалы процессов: Несложно заметить, что от рН в данном случае зависит только потенциал перманганата. Тогда воспользуемся уравнением Нернста и рассчитаем его реальный потенциал в условиях задачи: Получается, что потенциал KMnO4 стал меньше, чем у хлора, а значит, реакция не пойдет. Ответ: процесс не идет. В конце приведем общий алгоритм решения задач с использованием уравнения Нернста: 1) Написать уравнения полуреакций, соответствующие процессу. 2) Определить, в каком из уравнений концентрации отличаются от стандартных. 3) Определить число электронов, участвующих в процессе. 4) Рассчитать реальные потенциалы, применяя уравнение Нернста. 5) Ответить на вопрос задачи.
