Esercitazione con soluzioni n.12 - elettrochimica 2a parte - Chimica - a.a.2017/2018 PDF

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ESERCIZI ELETTROCHIMICA (2° parte) 1. Calcolare la f.e.m. (in Volt) di una pila costituita da un semielemento standard ad O 2 in soluzione basica a pH = 14 e da un semielemento ottenuto immergendo un elettrodo di Pt in una soluzione 0,27 M in ioni Fe2+ e 1,0 M in ioni Fe3+ (elettrodo di seconda specie) Scriviamo le semireazioni: O2 è in soluzione basica, quindi scriviamo la reazione di O2 che coinvolge gli ioni OH-: O2 + 2H2O + 4e- 4OH- E° = +0.401 V (Fe3+ + e- Fe2+)*4 E° = +0.771 V Il potenziale standard dell’elettrodo a OH- è inferiore a quello dell’elettrodo a Fe3+ quindi il primo è l’anodo, e quindi: E° = E°C – E°A = 0.771 – 0.401 = 0.37 V Scriviamo la reazione complessiva: 4OH- + 4Fe3+ 4Fe2+ + O2 + 2H2O Quindi E = E° - (0.059/n)log10([Fe2+]4/[Fe3+]4[OH-]4) Calcoliamo [OH-]: Sappiamo che pH = 14 quindi [H+] = 10-14 M Ma sappiamo che Kw = [OH-][H+] = 10-14 Quindi [OH-] = 1M Quindi E = E° - (0.059/n)log10([Fe2+]4/[Fe3+]4) E = 0.37 - (0.059/4)log10(0.274/14) =0.40 V 2. Un elettrodo ad idrogeno immerso in una soluzione di un acido debole HA assume il potenziale di -0,154 V. Calcolare la concentrazione molare degli ioni H + Scriviamo la semi reazione: 2H+ + 2e- H2 E° = 0 V Quindi, E = E° - (0.059/n)log10(1/[H+]2) -(0.059/2)log10(1/[H+]2) = -0,154 log10(1/[H+]2) = 0.154/(0.059/2) log10(1/[H+]2) = 5.220 1/[H+]2 = 105.220 = 165958 [H+] = √(1/165958) = 2.45.10-3 M 3. Scrivere la reazione di ossido riduzione della cella: Pt | Fe2+(8.00.10-2M); Fe3+(5.00.10-3M) || MnO4-(1.00.10-1M), H+(1.00M); Mn2+(5.00.10-2 M) | Pt Calcolare il potenziale di cella. (E°Fe3+/Fe2+ = +0.771 V; E°MnO4-/Mn2+ = +1.507 V) Scriviamo le semireazioni e la reazione complessiva: (Fe3+ + e- Fe2+)*5 MnO4- + 8H+ + 5e- Mn2+ + 4H2O 5 Fe2+ + MnO4- + 8H+ 5 Fe3+ + Mn2+ + 4H2O Calcoliamo il potenziale di ogni semi cella: EFe3+/Fe2+ = E°Fe3+/Fe2+ - (0.059/n)log10([Fe2+]/[Fe3+]) EFe3+/Fe2+ = 0.771 – (0.059/1)log10(8.00.10-2/5.00.10-3) = 0.700 V EMnO4-/Mn2+ = E°MnO4-/Mn2+ - (0.059/n)log10([Mn2+]/[MnO4-]) EMnO4-/Mn2+ = 1.507 – (0.059/5)log10(5.00.10-2/1.00.10-1) = 1.51 V L’elettrodo Fe3+/Fe2+ ha il potenziale più basso quindi è l’anodo. ECELLA = EC – EA = EMnO4-/Mn2+ - EFe3+/Fe2+

ECELLA = 1.51 - 0.700 = 0.81 V 4. Una pila di concentrazione è costituita di un elettrodo di Pt immerso in una soluzione a 1.00 M di HCl, e di un secondo elettrodo di Pt immerso in una soluzione a 1.00 M di CH3COOH. Sui due elettrodi viene fatto gorgogliare H 2 a una pressione di 1 atm. Sapendo che Ka per CH3COOH vale 1.76.10-5, calcolare la f.e.m. della cella e determinare quale elettrodo funge da anodo. La semi reazione ad entrambi elettrodo è la seguente: 2H+ + 2e- H2 E° = 0 V Calcoliamo la concentrazione degli ioni H+ prodotti dalla dissociazione di CH3COOH: CH3COOH CH3COO- + H+ 1.00 M 1-x x x Ka = [CH3COO-][H+]/[CH3COOH] Ka = x2/(1-x) x2 + 1.76.10-5x - 1.76.10-5 = 0 x...