비표준 상태에서 기전력. Nernst 식. 수소 기체의 압력

비표준 상태에서 기전력. Nernst 식. 수소 기체의 압력

 

 

다음 반응을 이용한 볼타 전지에서,

2Fe^3+(aq) + H2(g) → 2Fe^2+(aq) + 2H^+(aq)

 

(a) 표준 상태에서 이 전지의 기전력은 얼마인가?

 

(b) [Fe^3+] = 3.50 M, P_H2 = 0.95 atm, [Fe^2+] = 0.0010 M,

산화 전극과 환원 전극 반쪽 전지의 pH가 모두 4.00일 때,

이 전지의 기전력은 얼마인가?

 

 

A voltaic cell utilizes the following reaction:

2Fe^3+(aq) + H2(g) → 2Fe^2+(aq) + 2H^+(aq)

 

(a) What is the emf of this cell under standard conditions?

 

(b) What is the emf for this cell

when [Fe^3+] = 3.50 M, P_H2 = 0.95 atm, [Fe^2+] = 0.0010 M,

and the pH in both half-cells is 4.00?

 

 

▶ 표준 환원 전위

> Fe^3+(aq) + e^- → Fe^2+(aq) ... E° = +0.77 V

> 2H^+(aq) + 2^e- → H2(g) ... E° = 0.00 V

 

 

 

(a) 표준 기전력

E° = E°_(환원 전극) – E°_(산화 전극)

( 참고 https://ywpop.tistory.com/4558 )

 

= (+0.77) – (0.00) = +0.77 V

 

 

 

 

(b)

2Fe^3+(aq) + H2(g) → 2Fe^2+(aq) + 2H^+(aq)

> 산화: H2(g) → 2H^+(aq) + 2e^-

> 환원: 2Fe^3+(aq) + 2e^- → 2Fe^2+(aq)

---> n = 2

 

 

 

[H^+] = 10^(-pH) = 10^(-4.00) = 0.000100 M

 

 

 

Q = [Fe^2+]^2 [H^+]^2 / [Fe^3+]^2 P_H2

= [(0.0010)^2 (0.000100)^2] / [(3.50)^2 (0.95)]

= 8.6×10^(-16)

 

 

 

Nernst 식

E = E° – (0.0592 V / n) logQ

( 참고 https://ywpop.tistory.com/2900 )

 

= (+0.77) – (0.0592 / 2) log(8.6×10^(-16))

= +1.2159 = +1.22 V

 

 

 

 

[ 관련 예제 https://ywpop.tistory.com/19851 ] Nernst 식. [Fe^2+] = 10^(-3) M, P_O2 = 0.1 atm, pH = 3

 

 

 

[키워드] 2Fe^3+ + H2 → 2Fe^2+ + 2H^+, redox Fe^3+ + H2, redox H2 + Fe^3+, [Fe^3+] = 3.50 M H2 = 0.95 atm [Fe^2+] = 0.0010 M pH 4.00, Nernst 식에서 기체의 압력 기준, Nernst 식에서 기체의 압력 사전