MolDraw › Химические инструменты › Калькулятор уравнения Нернста

Калькулятор уравнения Нернста (ЭДС элемента)

Коротко: калькулятор уравнения Нернста: находите E, E°, Q или n при любой температуре и выбирайте два полуэлемента из таблицы стандартных электродных потенциалов, чтобы получить E°cell, ΔG° и K. Бесплатно, работает в браузере и не требует установки.

Верхний калькулятор решает E = E° − (RT/nF) ln Q с любой одной неизвестной. В конструкторе элементов выберите катод и анод из 38 распространённых пар. Он находит E°cell, n, ΔG°, константу равновесия K и, если задать Q, реальное напряжение элемента.

Быстрый ответ: E = E° − (0,0592/n) log Q при 25 °C. Элемент Даниэля: E° = 0,34 − (−0,76) = 1,10 V, ΔG° = −212 kJ/mol, K ≈ 1,5 × 10³⁷. При [Zn²⁺] = 0,10 M и [Cu²⁺] = 1,0 M E = 1,13 V.

E = E° − (RT/nF) ln Q. Заполните три из E, E°, n и Q, а одно оставьте пустым.

ЭДС элемента по двум полуэлементам

Уравнение Нернста и связанные формулы

E = E° − (RT / nF) ln Q при 298,15 K: E = E° − (0,0592 / n) log₁₀ Q E°cell = E°катода − E°анода ΔG° = −nFE°cell ln K = nFE°cell / RT log K = nE° / 0,0592 (298 K)

R = 8,314 J mol⁻¹ K⁻¹, F = 96485 C mol⁻¹, T в кельвинах, n — число электронов, переносимых в уравненной реакции. Q записывается как выражение для константы равновесия: продукты над реагентами. Чистые твёрдые вещества и жидкости не включаются. Газы входят парциальными давлениями в bar.

Знак E°cellΔG°KПри стандартных условиях
ПоложительноеОтрицательноеБольше 1Самопроизвольно (гальванический элемент)
НольНоль1В равновесии
ОтрицательноеПоложительноеМеньше 1Несамопроизвольно (нужен электролиз)

Концентрационные элементы

Оба электрода из одного металла, поэтому E° = 0. Напряжение возникает только из-за разницы концентраций. Для Cu | Cu²⁺ (0,010 M) || Cu²⁺ (1,0 M) | Cu n = 2 и Q = 0,010/1,0, поэтому E = 0 − (0,0592/2) log 0,010 = +0,0592 V. Разбавленная сторона — анод.

Стандартные электродные потенциалы (25 °C)

ПолуреакцияE° (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

Распространённые учебные значения относительно стандартного водородного электрода, округлённые до 0,01 V. Для некоторых пар источники расходятся примерно на 0,01–0,03 V (например, для Cr₂O₇²⁻/Cr³⁺ указывают 1,33 или 1,36 V, для Au³⁺/Au — 1,50 или 1,52 V).

Разобранные примеры

Элемент Даниэля

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

Элемент Даниэля в нестандартных условиях

[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

Элемент Mg | Cu (учебная задача)

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

Водородный электрод при 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

Константа равновесия (экзаменационная задача)

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

Перманганат окисляет Fe²⁺

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

n = 5 (полуреакцию Fe умножают на 5, а E° — нет).

E° = +0,74 V, самопроизвольно

Единицы и частые ошибки

Рисуете электрохимический элемент? В MolDraw есть лабораторное оборудование и инструменты для структур — для схем, схем реакций и конспектов. Бесплатно и онлайн.

Открыть редактор MolDraw

Часто задаваемые вопросы

Что такое уравнение Нернста?

E = E° − (RT/nF) ln Q. Оно даёт потенциал электрода или элемента, когда концентрации не равны 1 M. При 25 °C оно принимает вид E = E° − (0,0592/n) log Q.

Как рассчитать стандартную ЭДС элемента?

Найдите оба стандартных электродных потенциала (восстановления) и используйте E°cell = E°катода − E°анода. Для элемента Даниэля 0,34 − (−0,76) = 1,10 V. Положительное значение означает, что реакция в элементе самопроизвольна.

Откуда берётся 0,0592?

Это 2,303RT/F при 298,15 K: 2,303 × 8,314 × 298,15 / 96485 = 0,0592 V. Значение зависит от температуры, поэтому вдали от 25 °C используйте полную форму с RT/F.

Как связаны E°, ΔG° и K?

ΔG° = −nFE° и ΔG° = −RT ln K, поэтому ln K = nFE°/RT. Положительный E° даёт отрицательную ΔG° и K больше 1.

Что такое концентрационный элемент?

Элемент с одинаковыми электродом и ионом с обеих сторон, но при разных концентрациях. E° = 0, поэтому E = −(0,0592/n) log(разбавленный/концентрированный). Электроны текут, пока концентрации не сравняются.

Что происходит с E при работе элемента?

Продукты накапливаются, а реагенты расходуются, поэтому Q растёт, а E падает. Когда E достигает нуля, Q равно K и элемент разряжен (в равновесии).

Что такое n в уравнении Нернста?

Число молей электронов, переносимых на моль реакции в записанном виде. Оно должно соответствовать уравненному суммарному уравнению, например n = 2 для Zn + Cu²⁺ и n = 5 для окисления Fe²⁺ ионом MnO₄⁻.

Похожие химические инструменты

Последнее обновление: