Question

Какова концентрация ионов Н+ в растворе, если окислительно-восстановительный потенциал системы Cr2O72- + 14H+ + 6e → 2Cr3+ + 7H2O равен 1,6В, а концентрация ионов Cr2O72- и Cr3+соответственно равны 1 и 10-6моль/л?

Answer 1

Чтобы решить эту задачу, нужно использовать принцип Нернста.

Сначала мы должны записать данный окислительно-восстановительный процесс:
Cr2O72- + 14H+ + 6e → 2Cr3+ + 7H2O

Из задачи известно, что окислительно-восстановительный потенциал равен 1,6 В. Это означает, что разность потенциалов между экспериментальной и стандартной ячейками равна 1,6 В.

В стандартном состоянии концентрация всех веществ равна 1 Моль/л, а потенциал равен 0 В. Мы можем использовать эти данные, чтобы найти разность потенциалов между стандартной и экспериментальной ячейками:

E(эксп) = E(станд) + (RT/nF) * ln(Q)

где E(эксп) - экспериментальный потенциал,
E(станд) - стандартный потенциал,
R - универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/моль К),
T - температура в Кельвинах,
n - количество электронов, участвующих в реакции (в данном случае 6),
F - Фарадеевская постоянная (9,648*10^4 Кл/моль).

Q - это отношение концентрации продуктов к концентрации реагентов, возведенной в степень их коэффициентов в химическом уравнении reaktsii.

E(станд) = 1,6 В

Q = [Cr3+]^2/[Cr2O72-]^1

Теперь мы можем подставить известные значения в уравнение и решить его:

1,6 В = 0 В + (RT/6F) * ln([Cr3+]^2/[Cr2O72-]^1)

Учитывая, что R = 8,314 Дж/моль К, T = 298 К, F = 9,648*10^4 Кл/моль, [Cr2O72-] = 1 Моль/л и [Cr3+] = 10^-6 Моль/л:

1,6 В = (8,314 * 298 / (6 * 9,648*10^4)) * ln([10^-6]^2 / [1]^1)

1,6 В = 0,00507 * ln(10^-12 / 1)

Желательно использовать приближенную формулу:

ln(x)= (x-1) - (x^2)/2 + (x^3)/3 - ...

ln(10^-12 / 1) = (-12) - (-12)^2/2 + (-12)^3/3 - ...

школьник может использовать k примерная формула только когда x мало.

Подставляем этот результат обратно в уравнение:

1,6 В = 0,00507 * (-12) - 0,00507 * (-12)^2/2 + 0,00507 * (-12)^3/3 - ...

приближенное значение имеет смысл выполнять в три раза меньше: 0,00507 * (-12)/3

Далее мы раскрываем скобки и вычисляем значение:

1,6 В = 0,00507 * (-12)/3

1,6 В = -0,02028 В

Таким образом, концентрация ионов Н+ в растворе равна -0,02028 В.

Однако, стоит отметить, что такое значение потенциала не имеет физического смысла. Обычно потенциалы измеряются в положительных значениях. Предположительно, в данной задаче была допущена ошибка или проблема.

Ответ: Концентрация ионов Н+ в растворе по данной задаче равна -0,02028 В (возможно, неверно).