Chemie-Arbeitsblatt _ _ Klasse _ _ _ Name __________________________________________________________________Datum _ _ ._ _._ _

 

Anwendungen der Nernst-Gleichung (II)

 

Die Nernst-Gleichung ist Grundlage zahlreicher Anwendungen, bei denen es um Redoxpotenziale in verschiedenen Zusammenhängen geht.

Vorgang

Redoxpaar

Nernst-Gleichung

Ein Metall steht im Gleichgewicht
mit seinem Ion: typische
Halbzellen-Reaktion
Me(s) Men+(aq) + n * e¯
E = E° + 0,059/n V * lg c(Men+)
Gleichgewicht zwischen Wasserstoff
in ionischer und molekularer Form,
steht im Zusammenhang zu
pH-Messungen
H2(g) + 2 H2O (l)
2
H3O+(aq) + 2 e¯
E = 0,059/2 V * lg (c2(H3O+))
E = 0,059 V * lg c(H3O+)
E = - 0,059 V * pH
Ein Nicht-Metall steht im
Gleichgewicht mit seinem Ion:
typische Halbzellen-Reaktion!
2 Cl¯ Cl2(aq) + 2 e¯ E = E° + 0,059/2 V * lg {1/c2(Cl¯)}
E = E° - 0,059 V * lg c(Cl¯)
Ein Metallion steht im Gleichgewicht
mit seinem Ion in einer anderen
Oxidationsstufe
Fe2+(aq) Fe3+(aq) + e¯ E = E° + 0,059 V * lg {c(Fe3+)/c(Fe2+)}
Ein Metallion ändert seine
Oxidationsstufe im Zusammenhang
mit dem pH-Wert
Mn2+(aq) + 12 H2O(l)
MnO4¯(aq) + 8 H3O+ (aq) + 5e¯
E = E° + 0,059/5 V * lg {c(MnO4¯)*c8(H3O+)/c(Mn2+)}
E = E° + 0,059/5 V * lg
{c(MnO4¯)/c(Mn2+)} - 8 * pH

quadratisch wegen Koeffizient=2    quadratisch wegen Koeffizient=2, Vorzeichenwechsel!  hoch 8 wg. Koeffizient=8

Die Nernst-Gleichung kann zur Spannungsberechung eines galvanischen Elements herangezogen werden, wenn kein Standardzustand vorliegt.

Für 
den 
Kathodenvorgang
 n1 Ox2 + n1 * n2 * e¯ n1 Red2
EKat = Red2/Ox2 + 0,059/n1*n2 V * lg {cn1(Ox2)/cn1(Red2)}
Anodenvorgang
n2 Red1 n2 Ox1 + n1 * n2 * e¯
EAn = E°Red1/Ox1 + 0,059/n1*n2  V * lg {cn2(Ox1)/cn2(Red1)}

DE = EKat.- EAn. = E°Red2/Ox2 - E°Red1/Ox1 + 0,059/n1*n2  V * lg {cn1(Ox2)/cn1(Red2)} - lg {cn2(Ox1)/cn2(Red1)}

      = DE° + (R*T)/(n*M*F) * lg {cn1(Ox2)/cn1(Red2) * (cn2(Red1)/cn2(Ox1)}

Für das Daniel-Element gilt dann:

EKathode = E°Cu/Cu2+ + 0,059/2  V * lg c(Cu2+);         EAnode = E°Zn/Zn2+ + 0,059/2 V * lg c(Zn2+)

DE = 0,34 V - (-0,76V) + 0,059/2 V * lg c(Cu2+) - lg c(Zn2+) = 1,10 V + 0,059/2 V * lg {c(Cu2+)/c(Zn2+)} ;

Hieraus lässt sich dann die GG-Konstante Kc = c(Zn2+)/c(Cu2+) der Reaktion Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu berechnen!

Arbeitsauftrag: 
1. Berechne die Gleichgewichtskonstante des Daniell-Elements! Bedenke: Im Gleichgewichtszustand erzeugt das Daniell-Element keine Spannung, also ist U=DE=0!


Quelle:
Tausch/v. Wachtendonk: Chemie SII Stoff-Formel-Umwelt, S. 185 ff, Bamberg 2004, leicht verändert
             Tausch/v. Wachtendonk: Chemie 2000+, Band 2, 35 ff, Bamberg 2004, leicht verändert

Siehe auch Anwendungen der Nernst-Gleichung (II) im pdf-Foramt und Anwendungen der Nernst-Gleichung (II) im WordPerfect-Format

update am: 19.04.17                                                                                                                                                                             zurück        zur Hauptseite