化學原理啟迪277

計算氧還反應的平衡常數

Calculation of Equilibrium Constants for Redox Reactions

1.          標準電位差E°與標準自由能ΔG°變化之間的關係，能讓我們計算氧還反應的平衡常數。

2.          達到平衡狀態的電池

E_cell＝0，並且Q＝K

在25℃下，我們可使用能斯特方程式，這樣計算出來的是結果真實可信的：

E＝E°－(0.0591/n)log(Q)

得到

0＝E°－(0.0591/n)log(K)

或 log(K)＝nE°/0.0591

3.          【例題】氧還反應

S4O6^2－(aq)＋Cr^2＋(aq)→Cr^3＋(aq)＋S2O3^2－(aq)

半反應

S4O6^2－＋2e^－→2S2O3^2－   E°＝0.17V……(1)

Cr^3＋＋e^－→Cr^2＋         E°＝－0.50V……(2)

平衡這個氧還反應，計算標準電位差E°與平衡常數K（25℃）

4.          【解題】為了得到平衡的反應，我們必須逆轉反應(2)，並且使反應(2)×2倍，然後與反應(1)相加

5.          在這個電池，每完成一次完整的反應，就有2mol的電子轉移，也就是每一次反應會有2molCr^2＋與1mol的S4O6^2－反應，形成2mol的Cr³⁺和 2mol S2O3^2－。

6.          因為電子轉移的莫耳數是2，n＝2，因此

log(K)＝nE°/0.0591＝2(0.67)/0.0591＝22.6

K＝10^22.6＝4×10²²

得到的平衡常數非常大，這對電池的氧化還原反應來說十分正常，這代表絕大部分的反應物質都有效地利用來提供電子。

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》