Определить, как изменится потенциал полуреакции при изменении концентрации ионов в растворе

Предмет: Химия
Раздел: Электрохимия (Нернстовское уравнение и электродные потенциалы)

Задача: Определить, как изменится потенциал полуреакции при изменении концентрации ионов [H⁺] в растворе.

Дана полуреакция:
O_2 + 4H^+ + 4e^- \rightarrow 2H_2O
Стандартный электродный потенциал: E^\circ = 1,23 \, \text{B}.

Раствор — серная кислота (H_2SO_4), которая диссоциирует на 2H^+ и SO_4^{2-}, увеличивая концентрацию ионов [H^+].

Решение:

Потенциал электродной реакции рассчитывается с использованием уравнения Нернста:

E = E^\circ + \frac{RT}{nF} \ln Q,

где:

• E — электродный потенциал,
• E^\circ — стандартный электродный потенциал,
• R — универсальная газовая постоянная (8,314 \, \text{Дж/(моль·К)}),
• T — температура в Кельвинах (обычно 298 \, \text{K}),
• n — число электронов в реакции (n = 4),
• F — постоянная Фарадея (96485 \, \text{Кл/моль}),
• Q — реакционная активность (в данном случае Q = \frac{1}{[H^+]^4}, так как кислород — газ, а вода — жидкость, и их активности равны 1).

Подставим Q в уравнение:

E = E^\circ + \frac{RT}{nF} \ln \frac{1}{[H^+]^4}
E = E^\circ - \frac{RT}{nF} \cdot 4 \ln [H^+].

Анализ влияния концентрации [H^+]:

1. При увеличении концентрации [H^+] (например, в кислой среде, такой как H_2SO_4), логарифм \ln [H^+] становится больше.
2. Так как перед логарифмом стоит знак минус, потенциал E увеличивается.

Ответ:

а. Увеличится.