MolDraw › Scheikundetools › Nernstvergelijking-calculator

Nernstvergelijking-calculator (celspanning)

Kort gezegd: calculator voor de vergelijking van Nernst: los E, E°, Q of n op bij elke temperatuur, en kies twee halfcellen uit een tabel met standaardreductiepotentialen voor E°cel, ΔG° en K. Het is gratis, werkt in je webbrowser en je hoeft niets te downloaden.

Gebruik de bovenste calculator voor E = E° − (RT/nF) ln Q met één willekeurige onbekende. Gebruik de celbouwer om een kathode en een anode te kiezen uit 38 gangbare redoxkoppels. Hij bepaalt E°cel, n, ΔG°, de evenwichtsconstante K en, als je Q opgeeft, de werkelijke celspanning.

Snel antwoord: E = E° − (0,0592/n) log Q bij 25 °C. Daniellcel: E° = 0,34 − (−0,76) = 1,10 V, ΔG° = −212 kJ/mol, K ≈ 1,5 × 10³⁷. Met [Zn²⁺] = 0,10 M en [Cu²⁺] = 1,0 M is E = 1,13 V.

E = E° − (RT/nF) ln Q. Vul drie van E, E°, n en Q in en laat er één leeg.

Bronspanning uit twee halfcellen

Vergelijking van Nernst en verwante formules

E = E° − (RT / nF) ln Q bij 298,15 K: E = E° − (0,0592 / n) log₁₀ Q E°cel = E°kathode − E°anode ΔG° = −nFE°cel ln K = nFE°cel / RT log K = nE° / 0,0592 (298 K)

R = 8,314 J mol⁻¹ K⁻¹, F = 96485 C mol⁻¹, T in kelvin en n is het aantal overgedragen elektronen in de kloppende reactie. Q schrijf je als een evenwichtsuitdrukking, met producten boven beginstoffen. Laat zuivere vaste stoffen en vloeistoffen weg. Gassen tellen mee als partiële druk in bar.

Teken van E°celΔG°KOnder standaardomstandigheden
PositiefNegatiefGroter dan 1Spontaan (galvanische cel)
NulNul1In evenwicht
NegatiefPositiefKleiner dan 1Niet spontaan (elektrolyse nodig)

Concentratiecellen

Beide elektroden zijn van hetzelfde metaal, dus E° = 0. De spanning komt alleen van het concentratieverschil. Voor Cu | Cu²⁺ (0,010 M) || Cu²⁺ (1,0 M) | Cu is n = 2 en Q = 0,010/1,0, dus E = 0 − (0,0592/2) log 0,010 = +0,0592 V. De verdunde kant is de anode.

Standaardreductiepotentialen (25 °C)

HalfreactieE° (V)
F₂ + 2e⁻ → 2F⁻+2.87
S₂O₈²⁻ + 2e⁻ → 2SO₄²⁻+2.01
H₂O₂ + 2H⁺ + 2e⁻ → 2H₂O+1.78
MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O+1.51
Au³⁺ + 3e⁻ → Au+1.50
Cl₂ + 2e⁻ → 2Cl⁻+1.36
Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O+1.33
O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O+1.23
Br₂ + 2e⁻ → 2Br⁻+1.07
NO₃⁻ + 4H⁺ + 3e⁻ → NO + 2H₂O+0.96
Hg²⁺ + 2e⁻ → Hg+0.85
Ag⁺ + e⁻ → Ag+0.80
Fe³⁺ + e⁻ → Fe²⁺+0.77
I₂ + 2e⁻ → 2I⁻+0.54
Cu⁺ + e⁻ → Cu+0.52
O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻+0.40
Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu+0.34
Hg₂Cl₂ + 2e⁻ → 2Hg + 2Cl⁻+0.27
AgCl + e⁻ → Ag + Cl⁻+0.22
Sn⁴⁺ + 2e⁻ → Sn²⁺+0.15
2H⁺ + 2e⁻ → H₂0.00
Pb²⁺ + 2e⁻ → Pb−0.13
Sn²⁺ + 2e⁻ → Sn−0.14
Ni²⁺ + 2e⁻ → Ni−0.25
Co²⁺ + 2e⁻ → Co−0.28
Cd²⁺ + 2e⁻ → Cd−0.40
Fe²⁺ + 2e⁻ → Fe−0.44
Cr³⁺ + 3e⁻ → Cr−0.74
Zn²⁺ + 2e⁻ → Zn−0.76
2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻−0.83
Mn²⁺ + 2e⁻ → Mn−1.18
Al³⁺ + 3e⁻ → Al−1.66
Mg²⁺ + 2e⁻ → Mg−2.37
Na⁺ + e⁻ → Na−2.71
Ca²⁺ + 2e⁻ → Ca−2.87
Ba²⁺ + 2e⁻ → Ba−2.91
K⁺ + e⁻ → K−2.93
Li⁺ + e⁻ → Li−3.04

Gangbare waarden uit leerboeken ten opzichte van de standaardwaterstofelektrode, afgerond op 0,01 V. Bronnen verschillen voor sommige koppels ongeveer 0,01 tot 0,03 V (zo staat Cr₂O₇²⁻/Cr³⁺ vermeld als 1,33 of 1,36 V, en Au³⁺/Au als 1,50 of 1,52 V).

Uitgewerkte voorbeelden

Daniellcel

Zn | Zn²⁺ || Cu²⁺ | Cu. E° = 0,34 − (−0,76) = 1,10 V, n = 2.

ΔG° = −2 × 96485 × 1,10 = −212 kJ/mol. log K = 2 × 1,10 / 0,0592 = 37,2.

E° = 1,10 V, ΔG° = −212 kJ/mol, K ≈ 1,5 × 10³⁷

Daniellcel onder niet-standaardomstandigheden

[Zn²⁺] = 0,10 M, [Cu²⁺] = 1,0 M. Q = [Zn²⁺]/[Cu²⁺] = 0,10.

E = 1,10 − (0,0592/2) log 0,10 = 1,10 + 0,0296

E = 1,13 V

Mg | Cu-cel in NCERT-stijl

Mg | Mg²⁺ (0,001 M) || Cu²⁺ (0,0001 M) | Cu. E° = 0,34 − (−2,37) = 2,71 V.

Q = 0,001/0,0001 = 10. E = 2,71 − (0,0592/2) log 10

E = 2,68 V

Waterstofelektrode bij pH 10

2H⁺ + 2e⁻ → H₂, E° = 0, P(H₂) = 1 bar. Q = 1/[H⁺]² = 10²⁰.

E = 0 − (0,0592/2) × 20 = −0,0592 × pH

E = −0,592 V

Evenwichtsconstante (JEE-stijl)

Cu + 2Ag⁺ → Cu²⁺ + 2Ag. E° = 0,80 − 0,34 = 0,46 V, n = 2.

log K = 2 × 0,46 / 0,0592 = 15,5

K ≈ 3,6 × 10¹⁵

Permanganaat oxideert Fe²⁺

MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5Fe²⁺ → Mn²⁺ + 5Fe³⁺ + 4H₂O. E° = 1,51 − 0,77.

n = 5 (de halfreactie van Fe wordt met 5 vermenigvuldigd, E° niet).

E° = +0,74 V, spontaan

Eenheden en veelgemaakte fouten

Een elektrochemische cel tekenen? MolDraw heeft laboratoriumglaswerk en structuurtools voor diagrammen, reactieschema's en aantekeningen. Het is gratis en online.

MolDraw-editor openen

Veelgestelde vragen

Wat is de vergelijking van Nernst?

E = E° − (RT/nF) ln Q. Ze geeft de potentiaal van een elektrode of cel als de concentraties niet 1 M zijn. Bij 25 °C wordt ze E = E° − (0,0592/n) log Q.

Hoe bereken ik de standaardcelspanning?

Zoek beide standaardreductiepotentialen op en gebruik E°cel = E°kathode − E°anode. Voor de daniellcel is dat 0,34 − (−0,76) = 1,10 V. Een positieve waarde betekent dat de celreactie spontaan verloopt.

Waar komt 0,0592 vandaan?

Het is 2,303RT/F bij 298,15 K: 2,303 × 8,314 × 298,15 / 96485 = 0,0592 V. De waarde verandert met de temperatuur, dus gebruik buiten 25 °C de volledige vorm met RT/F.

Hoe hangen E°, ΔG° en K samen?

ΔG° = −nFE° en ΔG° = −RT ln K, dus ln K = nFE°/RT. Een positieve E° geeft een negatieve ΔG° en K groter dan 1.

Wat is een concentratiecel?

Een cel met aan beide kanten dezelfde elektrode en hetzelfde ion, maar in verschillende concentraties. E° = 0, dus E = −(0,0592/n) log(verdund/geconcentreerd). Er stromen elektronen tot de concentraties gelijk zijn.

Wat gebeurt er met E terwijl de cel werkt?

Er ontstaan producten en beginstoffen worden verbruikt, dus Q stijgt en E daalt. Als E nul wordt, is Q gelijk aan K en is de cel leeg (in evenwicht).

Wat is n in de vergelijking van Nernst?

Het aantal mol overgedragen elektronen per mol reactie zoals geschreven. Het moet kloppen met de kloppende totaalvergelijking, bijvoorbeeld n = 2 voor Zn + Cu²⁺ en n = 5 voor MnO₄⁻ dat Fe²⁺ oxideert.

Gerelateerde scheikundetools

Laatst bijgewerkt: