Come determinare quale reazione avviene nella pila a 25 gradi?
 

Determinare quale reazione a 25 gradi avviene nella pila i cui due semielementi sono Zn2+/Zn e Fe3+/Fe2+ quando le concentrazioni di tutte le specie in soluzione sono 0.1 M. calcolare inoltre le concentrazioni delle specie ioniche quando si è stabilito l'equilibrio. il potenziale standard di riduzione della coppia Zn2+/Zn è -0.760 V. il potenziale standard della coppia Fe3+/Fe2+ è 0.771 V.

Ciao,
per determinare quale reazione avviene nella pila a 25 gradi, possiamo confrontare i potenziali standard di riduzione delle due coppie redox: Zn2+/Zn e Fe3+/Fe2+.

Il potenziale standard di riduzione della coppia Zn2+/Zn è -0.760 V, mentre il potenziale standard della coppia Fe3+/Fe2+ è 0.771 V.

Nella pila, la reazione che avviene all'anodo (semireazione di ossidazione) sarà quella con il potenziale di riduzione più basso, mentre la reazione che avviene al catodo (semireazione di riduzione) sarà quella con il potenziale di riduzione più alto.

Poiché il potenziale di riduzione della coppia Zn2+/Zn (-0.760 V) è inferiore al potenziale di riduzione della coppia Fe3+/Fe2+ (0.771 V), la reazione di ossidazione avverrà nel semielemento Zn2+/Zn, mentre la reazione di riduzione avverrà nel semielemento Fe3+/Fe2+.

La semireazione di ossidazione sarà: Zn(s) -> Zn2+(aq) + 2e-

La semireazione di riduzione sarà: Fe3+(aq) + e- -> Fe2+(aq)

Per calcolare le concentrazioni delle specie ioniche quando si è stabilito l'equilibrio, possiamo utilizzare la relazione di Nernst, che tiene conto delle concentrazioni delle specie ioniche:

E = E° - (0.0592 V/n) * log(Q)

Dove:
E è il potenziale di cella
E° è il potenziale standard di cella
n è il numero di elettroni coinvolti nella semireazione
Q è il rapporto tra le concentrazioni delle specie ioniche coinvolute nella semireazione.

Nel nostro caso, n è 2 per la semireazione di ossidazione del semielemento Zn2+/Zn, e n è 1 per la semireazione di riduzione del semielemento Fe3+/Fe2+.

Poiché tutte le concentrazioni delle specie in soluzione sono 0.1 M, possiamo calcolare i valori di Q per entrambe le semireazioni:

Per la semireazione di ossidazione (Zn2+/Zn):
Q_oss = [Zn2+] / [Zn] = (0.1 M) / (1 M) = 0.1

Per la semireazione di riduzione (Fe3+/Fe2+):
Q_red = [Fe2+] / [Fe3+] = (0.1 M) / (0.1 M) = 1

Sostituendo i valori noti nella relazione di Nernst per entrambe le semireazioni:

Per la semireazione di ossidazione (Zn2+/Zn):
E_oss = -0.760 V - (0.0592 V/2) * log(0.1) = -0.760 V - (0.0296 V) * (-1) = -0.760 V + 0.0296 V = -0.7304 V

Per la semireazione di riduzione (Fe3+/Fe2+):
E_red = 0.771 V - (0.

0592 V/1) * log(1) = 0.771 V - (0.0592 V) * (0) = 0.771 V

Quindi, la reazione complessiva nella pila sarà:

Zn(s) + Fe3+(aq) -> Zn2+(aq) + Fe2+(aq)

E il potenziale di cella (E) sarà dato dalla differenza tra i potenziali di riduzione:

E = E_red - E_oss = (0.771 V) - (-0.7304 V) = 1.5014 V

Ricordiamo che il segno del potenziale di cella (E) indica la direzione della reazione spontanea. Un valore positivo indica che la reazione procede spontaneamente nella direzione scritta.

Per quanto riguarda le concentrazioni delle specie ioniche quando si è stabilito l'equilibrio, saranno le stesse concentrazioni iniziali, poiché non sono state fornite informazioni sul flusso di corrente o sul tempo trascorso per raggiungere l'equilibrio.