30℃에서 다음 전지 반응에 대한 E°, E, ΔG 계산

30℃에서 다음 전지 반응에 대한 E°, E, ΔG 계산

Calculate E°, E, and ΔG for the following cell reactions

 

 

30℃에서 다음 전지 반응에 대한 E°, E, ΔG를 계산하시오.

(a) Mg(s) + Sn^2+(aq) → Mg^2+(aq) + Sn(s)

[Mg^2+] = 0.045 M, [Sn^2+] = 0.035 M

 

(b) 3Zn(s) + 2Cr^3+(aq) → 3Zn^2+(aq) + 2Cr(s)

[Cr^3+] = 0.010 M, [Zn^2+] = 0.0085 M

 

표준환원전위(E°)

> E°_Sn^2+/Sn = –0.14 V

> E°_Cr^3+/Cr = –0.74 V

> E°_Zn^2+/Zn = –0.76 V

> E°_Mg^2+/Mg = –2.37 V

 

------------------------

 

(a) Mg(s) + Sn^2+(aq) → Mg^2+(aq) + Sn(s)

[Mg^2+] = 0.045 M, [Sn^2+] = 0.035 M

 

> 산화: Mg(s) → Mg^2+(aq) + 2e^-

> 환원: Sn^2+(aq) + 2e^- → Sn(s)

---> n = 2

 

 

 

E°_cell = E°_red(환원전극) – E°_red(산화전극)

= (환원된 물질의 표준환원전위) – (산화된 물질의 표준환원전위)

( 참고 https://ywpop.tistory.com/4558 )

 

= (–0.14) – (–2.37)

= 2.23 V = E°

 

 

 

E = E° – (0.0592 V / n) × logQ

= E° – (0.0592 V / n) × log([생성물]/[반응물])

( 참고 https://ywpop.tistory.com/2900 )

 

= (2.23) – (0.0592 / 2) × log(0.045 / 0.035)

= 2.2268 V

 

 

 

ΔG = –nFEcell

( 참고 https://ywpop.tistory.com/10066 )

 

= –(2) (96485) (2.2268)

= –429706 J/mol

= –429.7 kJ/mol

 

 

300x250

 

 

(b) 3Zn(s) + 2Cr^3+(aq) → 3Zn^2+(aq) + 2Cr(s)

[Cr^3+] = 0.010 M, [Zn^2+] = 0.0085 M

 

> 산화: 3Zn(s) → 3Zn^2+(aq) + 6e^-

> 환원: 2Cr^3+(aq) + 6e^- → 2Cr(s)

---> n = 6

 

 

 

E°_cell = E°_red(환원전극) – E°_red(산화전극)

= (–0.74) – (–0.76)

= 0.02 V = E°

 

 

 

E = E° – (0.0592 V / n) × log([생성물]/[반응물])

= (0.02) – (0.0592 / 6) × log(0.0085^3 / 0.010^2)

= 0.0418 V

 

 

 

ΔG = –nFEcell

= –(6) (96485) (0.0418)

= –24198 J/mol

= –24.2 kJ/mol

 

 

 

 

[키워드] 네른스트 기준, 자유에너지와 기전력 기준, 기전력과 자유에너지 기준, redox 3Zn + 2Cr^3+ → 3Zn^2+ + 2Cr, redox 2Cr^3+ + 3Zn → 2Cr + 3Zn^2+, redox Zn + Cr^3+ → Zn^2+ + Cr, redox Cr^3+ + Zn → Cr + Zn^2+, redox Mg + Sn^2+ → Mg^2+ + Sn, redox Sn^2+ + Mg → Sn + Mg^2+