Дано:
- Концентрация нитрата цинка (c_Zn(NO3)2) = 0,04 моль/л
- Температура (T) = 298 К
- Давление кислорода (p_O2) = 1 атм = 101325 Па (не используется в расчетах потенциала цинкового электрода, так как он не связан с кислородом)
- Постоянная Фарадея (F) = 96485 Кл/моль
- Универсальная газовая постоянная (R) = 8,314 Дж/(моль·К)
- Стандартный потенциал цинкового электрода (E0) = -0,76 В
Найти:
- Потенциал цинкового электрода (E)
Решение:
1. Уравнение Нернста для цинкового электрода выглядит следующим образом:
E = E0 - (RT / nF) * ln(a_Zn2+)
где:
E0 - стандартный потенциал цинкового электрода
R - универсальная газовая постоянная
T - температура
n - число электронов, участвующих в реакции (для цинкового электрода n = 2)
F - постоянная Фарадея
a_Zn2+ - активность ионов цинка
2. Концентрация ионов цинка в растворе равна 0,04 моль/л. Поскольку в данном случае концентрация довольно низкая, можно принять, что активность ионов цинка равна концентрации (a_Zn2+ ≈ c_Zn2+).
Таким образом, a_Zn2+ = 0,04.
3. Подставим значения в уравнение Нернста:
E = E0 - (RT / nF) * ln(a_Zn2+)
где:
R = 8,314 Дж/(моль·К)
T = 298 К
n = 2
F = 96 485 Кл/моль
(RT / nF) = (8,314 * 298) / (2 * 96 485)
≈ 0,0257 В
ln(a_Zn2+) = ln(0,04)
≈ -3,22
E = -0,76 - 0,0257 * (-3,22)
= -0,76 + 0,0828
≈ -0,677 В
Ответ:
Потенциал цинкового электрода при концентрации нитрата цинка 0,04 моль/л и температуре 298 К составляет примерно -0,677 В.