MolDraw › Công cụ hóa học › Tính phương trình Nernst

Tính phương trình Nernst (thế pin)

Tóm tắt: Công cụ tính phương trình Nernst: giải E, E°, Q hoặc n ở mọi nhiệt độ, và chọn hai nửa pin từ bảng thế khử chuẩn để tính E°pin, ΔG° và K. Miễn phí, chạy trên trình duyệt web và không cần tải về.

Dùng máy tính phía trên cho E = E° − (RT/nF) ln Q với một ẩn bất kỳ. Dùng công cụ lắp pin để chọn cathode và anode từ 38 cặp oxi hóa – khử thông dụng. Nó tìm E°pin, n, ΔG°, hằng số cân bằng K và, nếu bạn nhập Q, điện áp thực của pin.

Trả lời nhanh: E = E° − (0,0592/n) log Q ở 25 °C. Pin Daniell: E° = 0,34 − (−0,76) = 1,10 V, ΔG° = −212 kJ/mol, K ≈ 1,5 × 10³⁷. Với [Zn²⁺] = 0,10 M và [Cu²⁺] = 1,0 M, E = 1,13 V.

E = E° − (RT/nF) ln Q. Điền ba trong số E, E°, n và Q và để trống một ô.

Sức điện động của pin từ hai nửa pin

Phương trình Nernst và các công thức liên quan

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

R = 8,314 J mol⁻¹ K⁻¹, F = 96485 C mol⁻¹, T tính bằng kelvin và n là số electron trao đổi trong phản ứng đã cân bằng. Q được viết giống biểu thức cân bằng, sản phẩm trên chất phản ứng. Bỏ qua chất rắn và chất lỏng nguyên chất. Chất khí được tính bằng áp suất riêng phần theo bar.

Dấu của E°pinΔG°KỞ điều kiện chuẩn
DươngÂmLớn hơn 1Tự diễn biến (pin điện hóa)
Bằng khôngBằng không1Ở trạng thái cân bằng
ÂmDươngNhỏ hơn 1Không tự diễn biến (cần điện phân)

Pin nồng độ

Hai điện cực là cùng một kim loại, nên E° = 0. Điện áp chỉ đến từ chênh lệch nồng độ. Với Cu | Cu²⁺ (0,010 M) || Cu²⁺ (1,0 M) | Cu, n = 2 và Q = 0,010/1,0, nên E = 0 − (0,0592/2) log 0,010 = +0,0592 V. Bên loãng là anode.

Thế khử chuẩn (25 °C)

Nửa phản ứngE° (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

Giá trị thông dụng trong sách giáo khoa so với điện cực hydrogen chuẩn, làm tròn đến 0,01 V. Các nguồn chênh lệch khoảng 0,01 đến 0,03 V với một số cặp (ví dụ Cr₂O₇²⁻/Cr³⁺ được ghi là 1,33 hoặc 1,36 V, và Au³⁺/Au là 1,50 hoặc 1,52 V).

Ví dụ có lời giải

Pin Daniell

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

Pin Daniell ở điều kiện không chuẩn

[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

Pin Mg | Cu theo kiểu NCERT

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

Điện cực hydrogen ở 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

Hằng số cân bằng (kiểu đề JEE)

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

Permanganate oxi hóa Fe²⁺

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

n = 5 (nửa phản ứng của Fe được nhân với 5, nhưng E° thì không).

E° = +0,74 V, tự diễn biến

Đơn vị và lỗi thường gặp

Cần vẽ pin điện hóa? MolDraw có dụng cụ thí nghiệm và công cụ cấu trúc cho sơ đồ, sơ đồ phản ứng và ghi chép. Miễn phí và trực tuyến.

Mở trình soạn thảo MolDraw

Câu hỏi thường gặp

Phương trình Nernst là gì?

E = E° − (RT/nF) ln Q. Phương trình cho biết thế của điện cực hoặc pin khi nồng độ khác 1 M. Ở 25 °C nó trở thành E = E° − (0,0592/n) log Q.

Làm thế nào để tính thế pin chuẩn?

Tra hai thế khử chuẩn và dùng E°pin = E°cathode − E°anode. Với pin Daniell, 0,34 − (−0,76) = 1,10 V. Giá trị dương nghĩa là phản ứng trong pin tự diễn biến.

Số 0,0592 từ đâu ra?

Đó là 2,303RT/F ở 298,15 K: 2,303 × 8,314 × 298,15 / 96485 = 0,0592 V. Giá trị này thay đổi theo nhiệt độ, nên hãy dùng dạng đầy đủ RT/F khi khác 25 °C.

E°, ΔG° và K liên hệ với nhau thế nào?

ΔG° = −nFE° và ΔG° = −RT ln K, nên ln K = nFE°/RT. E° dương cho ΔG° âm và K lớn hơn 1.

Pin nồng độ là gì?

Là pin có cùng điện cực và ion ở hai bên nhưng nồng độ khác nhau. E° = 0, nên E = −(0,0592/n) log(loãng/đặc). Electron di chuyển cho đến khi hai nồng độ bằng nhau.

E thay đổi thế nào khi pin hoạt động?

Sản phẩm tích lũy và chất phản ứng bị tiêu thụ, nên Q tăng và E giảm. Khi E bằng không, Q bằng K và pin hết điện (ở trạng thái cân bằng).

n trong phương trình Nernst là gì?

Là số mol electron trao đổi trên mỗi mol phản ứng như đã viết. Nó phải khớp với phương trình tổng đã cân bằng, ví dụ n = 2 cho Zn + Cu²⁺ và n = 5 cho MnO₄⁻ oxi hóa Fe²⁺.

Công cụ hóa học liên quan

Tính năng lượng tự do GibbsΔG = ΔH − TΔS và KTính số oxi hóaSố oxi hóa trong một công thứcCân bằng phương trình hóa họcCân bằng phản ứng và ion oxi hóa – khửTính pHpH, pOH, acid yếu và dung dịch đệmTính Ksp và độ tanKsp, ion chung và kết tủaTính định luật tốc độ và ArrheniusBậc phản ứng, k, chu kỳ bán hủy và EaMáy tính nồng độ molSố mol, thể tích và nồng độTính phương trình ion rút gọnPhương trình ion đầy đủ và rút gọn

Cập nhật lần cuối: