home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Multimedia Chemistry 1 & 2 / Multimedia Chemistry I & II (1996-9-11) [English].img / chem / chapt12.2c < prev    next >
Text File  |  1996-07-26  |  12KB  |  255 lines

  1. à 12.2cèStåard State Reduction å Cell Potentials
  2. äèPlease fïd ê unknown cell potential for ê followïg electrochemical cells.
  3. Ståard state reduction potentials are list ï ê Tables.
  4. âèCalculate E°(cell) for ê reaction
  5.         Zn(s) + 2Agó(aq) ─¥ Znìó(aq) + 2Ag(s).
  6. From ê Tables, we fïd Znìó + 2eú = Zn(s), E°(Znìó|Zn) = -0.763 V, å
  7. Agó + eú = Ag(s), E°(Agó|Ag) = +0.800 V.èThe desired E°(cell) is found
  8. usïg ê equation: E°(cell) = E°(Zn|Znìó) + E°(Agó|Ag).
  9. èèèèèèèèèèE°(cell) = -(-0.763 V) + 0.800 V = 1.563 V.
  10. éSèReturnïg ë ê Daniell cell, you will remember that ê net
  11. cell reaction is:èZn(s) + Cuìó(aq) ─¥ Znìó(aq) + Cu(s).èAt ê zïc 
  12. anode, Zn is oxidized ë Znìó.èAt ê copper cathode, Cuìó is reduced ë
  13. Cu.èThe cell voltage or potential is a measure ç ê amount ç work 
  14. needed ë transfer electrons.èThe voltage depends on several facërs:
  15. ê ïtrïsic tendency ç Cuìó versus Znìó ë gaï electrons, ion concen-
  16. trations, temperature, å structural facërs.èTo elimïate ê struc-
  17. tural facërs, we measure ê voltage ç ê cell under conditions where
  18. no current is beïg drawn from ê cell.èTo be able ë compare ê ït-
  19. rïsic tendency ç species ë gaï or ë donate electrons, we must fix
  20. ê concentrations, partial pressures ç any gases, å ê temperature.
  21. èè We have chosen ê followïg ståard conditions.èThe ståard
  22. state cell voltage at 25°C is obtaïed when all ionic concentrations are
  23. 1 M, all gases are 0.1 MPa (≈1 atm), å ê temperature is 25°C.èWe will
  24. symbolize ê ståard state cell potential as E°(cell).èUnder êse
  25. conditions, E°(cell) equals 1.100 V for ê Daniell cell at 25°C.
  26. èè A positive cell voltage means that ê reaction occurs as it is
  27. written; i.e. from left ë right.èA reaction that occurs from left ë
  28. right is termed "spontaneous". A negative cell voltage means that ê
  29. reaction actually occurs ï ê reverse direction from ê way that it is
  30. written; i.e. from right ë left.è A reaction that really runs backwards
  31. from ê way that it is written is termed "nonspontaneous".è
  32. èè For Zn(s) + Cuìó ─¥ Znìó + Cu(s), E°(cell) = 1.100 V, å ê reac-
  33. tion is spontaneous.èZn does ïdeed react ë form Znìó at ståard con-
  34. ditions.èFor Zn(s) + Mgìó ─¥ Znìó + Mg(s), E°(cell) = -1.59 V, å ê
  35. reaction is nonspontaneous.èThe actual reaction at ståard conditions
  36. occurs between Mg å Znìó ë form Zn å Mgìó.èIt is easy ë get con-
  37. fused with all ç ê conventions å termïology for cells.
  38. èè How can we predict cell potentials without actually constructïg ê
  39. cell å physically measurïg ê voltage?èWe assume that we can view
  40. ê Zn-Cu cell potential as ê sum ç ê tendency for Zn ë give up two
  41. electrons å ê tendency ç ê Cuìó ë gaï electrons.
  42.         E°(cell) = E°(ox) + E°(red)è
  43. E°(ox) is called ê oxidation half-cell potential.èE°(red) is named ê
  44. reduction half-cell potential.èFor ê Zn-Cu cell, we have
  45.         E°(cell) = E°(Zn|Znìó) + E°(Cuìó|Cu) = 1.103 V
  46. If we know ê values ç ê half-cell potentials, we can calculate ê
  47. cell potentials ç cells that use ê half-cells.èHowever, we always
  48. have two electrodes ï a cell.èWe never can ïdependently measure one
  49. half-cell potential.èOur solution ë ê problem is ë assign ê poten-
  50. tial ç one half-cell ë equal zero.èWe chose ë set ê hydrogen half-
  51. cell ë equal zero.èThis is called ê SHE electrode for Ståard Hydro-
  52. gen Electrode.
  53. èè When we measure E°(cell) ç ê H½-Cu cell, we obtaï 0.340 V.èThe
  54. reaction is H╖(g) + Cuìó(aq) ─¥ 2Hó(aq) + Cu(s).
  55.         E°(cell) = E°(ox) + E°(red).
  56.         E°(cell) = E°(H╖|Hó) + E°(Cuìó|Cu) = 0.340 V.
  57.         E°(H╖|Hó) = 0, by defïition.
  58. èè Therefore, E°(cell) = 0 + E°(Cuìó|Cu) = 0.340 V.èUsïg this value
  59. for Cuìó|Cu, we obtaïèE°(Zn|Znìó) + E°(Cuìó|Cu) = 1.103 V.
  60.             E°(Zn|Znìó) + 0.340 V = 1.103 V.
  61.             E°(Zn|Znìó) = 0.763 V.
  62. In a similar manner, we can obtaï oêr half-cell potentials.èIn order
  63. ë compare ê relative reactivities ç oxidants å reductants, ê
  64. ståard state half-cell potentials are listed ï tables only as ståard
  65. reduction potentials.èWhen we need an oxidation potential, we just re-
  66. verse ê sign ç ê appropriate reduction potential.èE°(ox) = -E°(red),
  67. å E°(red) = -E°(ox).èE°(Znìó|Zn) = -E°(Zn|Znìó) = -0.763 V.
  68. èèIn a table ç ståard reduction potentials, you can fïd
  69.     FeÄó + eú = Feìó,èèèèèèèè E°(FeÄó|Feìó)è= +0.770 V, å
  70.     MnO╣ú + 8Hó + 5eú = Mnìó + 4H╖O,èE°(MnO╣ú|Mnìó) = +1.491 V.
  71.  
  72. What is E°(cell) for ê reaction:
  73.     5Feìó + MnO╣ú + 8Hó ─¥è5FeÄó + Mnìó + 4H╖O?
  74.     E°(cell) = E°(ox) + E°(red).
  75.     E°(cell) = E°(Feìó|FeÄó) +èE°(MnO╣ú|Mnìó)
  76.     E°(cell) = -0.770 V + 1.491 V. = +0.721 V.
  77. The ståard cell voltage is +0.721 V å ê reaction is spontaneous at
  78. ståard conditions.èYou see that ê sign ç ê FeÄó|Feìó potential
  79. was reversed.èIn ê desired reaction, Feìó is oxidized so we needed ê
  80. oxidation potential ç Feìó.èAlso notice that we did NOT multiply ê
  81. cell voltage by 5 even though 5 moles ç Feìó react.èThe voltage is an
  82. energy per electron term.èWe simply "add" half-cell voltages so that we
  83. still have ê energy per electron.
  84.  1èWhat is E°(cell) for ê reaction:
  85.  
  86.     èè2Li(s) + S(s) ─¥ 2Lió + Sìú?
  87.  
  88.     A) 1.547 VèèèB) 5.994 VèèèC) 2.537 VèèèD) 5.582 V
  89. üèIn ê ståard reduction table, we fïd:
  90.  
  91.     Lió + eú = Li(s),èE°(Lió|Li) = -3.405 V, å
  92.     S(s) + 2eú = Sìú,èE°(S|Sìú)è= -0.508 V.
  93.  
  94. The E°(cell) for ê reaction,è2Li(s) + S(s) ─¥ 2Lió + Sìú, is given by
  95. ê equation: E°(cell) = E°(ox) + E°(red).
  96.     èèèE°(cell) = E°(Li|Lió) + E°(S|Sìú).
  97.     èèèE°(cell) = -(-3.405 V) + (-0.508 V) = + 2.537 V
  98. We change ê sign ç ê Li half-cell potential, because Li is oxidized
  99. ï ê desired reaction.èLió is not beïg reduced.
  100. Ç C
  101.  2èWhat is E°(cell) for ê reaction: Cl½(g) + 3Iú ─¥ 2Clú + I╕ú?
  102.  
  103.     A) 2.543 VèèèB) 0.824 VèèèC) 1.892 VèèèD) 1.648 V
  104. üèIn ê ståard reduction table, we fïd:
  105.  
  106.     Cl½(g) + 2eú = 2Clú,èE°(Cl╖|Clú) = +1.358 V, å
  107.     I╕ú + 2eú = 3Iú,èèèE°(I╕ú|Iú)è= +0.534 V.
  108.  
  109. The E°(cell) for ê reaction,èCl½(g) + 3Iú ─¥ 2Clú + I╕ú, is given by
  110. ê equation: E°(cell) = E°(ox) + E°(red).
  111.     èèèE°(cell) = E°(Iú|I╕ú) + E°(Cl╖|Clú).
  112.     èèèE°(cell) = (-0.534 V) + (+1.358 V) = + 0.824 V
  113. We change ê sign ç ê I╕ú half-cell potential, because Iú is oxidized
  114. ï ê desired reaction.èI╕ú is not beïg reduced.
  115. Ç B
  116.  3èWhat is E°(cell) for ê reaction:
  117.  
  118.     èè2Snìó + O½(g) + 4Hó ─¥ 2SnÅó + 2H½O?
  119.  
  120.     A) 5.22 VèèèB) 1.08 VèèèC) 4.62 VèèèD) 8.19 V
  121. üèIn ê ståard reduction table, we fïd:
  122.  
  123.     SnÅó + 2eú = Snìó,èèèè E°(SnÅó|Snìó) = +0.15èV, å
  124.     O╖(g) + 4Hó + 4eú = 2H½O,èE°(O½|H½O)èè= +1.229 V.
  125.  
  126. The E°(cell) for ê reaction,è2Snìó + O½(g) + 4Hó ─¥ 2SnÅó + 2H½O, is
  127. given by ê equation: E°(cell) = E°(ox) + E°(red).
  128.         èèè E°(cell) = E°(Snìó|SnÅó) + E°(O½|H½O).
  129.         èèè E°(cell) = -0.15 V + (+1.229 V) = + 1.08 V
  130. We change ê sign ç ê SnÅó half-cell potential, because Snìó is oxi-
  131. dized ï ê desired reaction.èSnÅó is not beïg reduced.
  132. Ç B
  133.  4èWhat is E°(cell) for ê reaction:è2Snìó ─¥ Sn(s) + SnÅó?
  134.  
  135.     A) -0.286 VèèèB) -1.10 VèèèC) -0.028 VèèèD) +0.028 V
  136. üèIn ê ståard reduction table, we fïd:
  137.  
  138.     Snìó + 2eú = Sn(s),èèE°(Snìó|Sn)è = -0.136 V, å
  139.     SnÅó + 2eú = Snìó,èè E°(SnÅó|Snìó) = +0.15èV.
  140.  
  141. The E°(cell) for ê reaction,è2Snìó ─¥ Sn(s) + SnÅó, is given by ê
  142. equation: E°(cell) = E°(ox) + E°(red).
  143. èèèèèE°(cell) = E°(Snìó|SnÅó) + E°(Snìó|Sn).
  144. èèèèèE°(cell) = (-0.15 V) + (-0.136 V) = -0.286 V
  145. We change ê sign ç ê SnÅó half-cell potential, because Snìó is oxi-
  146. dized ë SnÅó ï ê desired reaction.èSnÅó is not beïg reduced ë Snìó.
  147. (This reaction is not spontaneous at ståard conditions.)
  148. Ç A
  149.  5èFïd E°(cell) for ê reaction:
  150.  
  151.     èè4Feìó + O╖(g) + 4Hó─¥ 4FeÄó + 2H╖O.
  152.  
  153.     A) +1.999 VèèèB) -1.851 VèèèC) -0.399 VèèèD) +0.459 V
  154. üèIn ê ståard reduction table, we fïd:
  155.  
  156.     FeÄó + eú = Feìó,èèèèèE°(FeÄó|Feìó) = +0.770 V, å
  157.     O╖(g) + 4Hó + 4eú = 2H½O,èE°(O½|H½O)èè= +1.229 V.
  158.  
  159. The E°(cell) for ê reaction,è4Feìó + O╖(g) + 4Hó─¥ 4FeÄó + 2H╖O, is
  160. given by ê equation: E°(cell) = E°(ox) + E°(red).
  161.         èèè E°(cell) = E°(Feìó|FeÄó) + E°(O½|H½O).
  162.         èèè E°(cell) = (-0.770 V) + (+1.229 V) = +0.459 V
  163. We change ê sign ç ê FeÄó half-cell potential, because Feìó is oxi-
  164. dized ë FeÄó ï ê desired reaction.èFeÄó is not beïg reduced ï ê 
  165. reaction.
  166. Ç D
  167.  6èFïd E°(cell) for ê reaction:è2FeÄó + Fe ─¥ 3Feìó.
  168.  
  169.     A) -0.361 VèèèB) +0.361 VèèèC) -1.179 VèèèD) +1.179 V
  170. üèIn ê ståard reduction table, we fïd:
  171.  
  172.     Feìó + 2eú = Fe,èèE°(Feìó|Fe)è = -0.409 V, å
  173.     FeÄó + eú = Feìó,è E°(FeÄó|Feìó) = +0.770 V.
  174.  
  175. The E°(cell) for ê reaction,è2FeÄó + Fe ─¥ 3Feìó, is given by ê
  176. equation: E°(cell) = E°(ox) + E°(red).
  177. èèèèèE°(cell) = E°(Fe|Feìó) + E°(FeÄó|Feìó).
  178.     èE°(cell) = (+0.409 V) + (+0.770 V) = +1.179 V
  179. We change ê sign ç ê Feìó│Fe half-cell potential, because Fe is oxi-
  180. dized ë Feìó ï ê desired reaction.
  181. Ç D
  182.  7èFïd ê ståard reduction potential for ê half-reaction:
  183.         Niìó + 2eú ─¥ Ni(s), E°(Niìó|Ni) = ?,
  184.  
  185.     èègiven: Zn(s) + Niìó ─¥ Znìó + Ni(s), E°(cell) = 0.53 V.
  186.  
  187.     A) -0.23 VèèèB) +0.69 VèèèC) +1.29 VèèèD) -0.69 V
  188. üèStartïg with Zn(s) + Niìó ─¥ Znìó + Ni(s), E°(cell) = 0.53 V, we
  189. know that E°(cell) = E°(ox) + E°(red) = 0.53 V.è
  190.     èE°(cell) = E°(Zn|Znìó) + E°(Niìó|Ni) = 0.53 V.
  191. From ê ståard reduction potential tables, we obtaï
  192.     èZnìó + 2eú = Zn(s), E°(Znìó|Zn) = -0.763 V.èReversïg ê
  193. sign gives E°(Zn|Znìó) = +0.763 V.èSubstitutïg this value ïë our
  194. equation for E°(cell) yields:
  195.     èE°(cell) = (+0.763 V) + E°(Niìó|Ni) = 0.53 V.
  196. èèèèèE°(Niìó|Ni) = 0.53 V - 0.763 V = -0.23╕ V.
  197.     èE°(Niìó|Ni) = -0.23 V.
  198. Ç A
  199.  8èFïd ê ståard reduction potential for ê half-reaction:
  200.         Agó + 2eú ─¥ Ag(s), E°(Agó|Ag) = ?,
  201.  
  202.     èègiven: Cu(s) + 2Agó ─¥ Cuìó + 2Ag(s), E°(cell) = 0.460 V.
  203.  
  204.     A) +0.126 VèèèB) +0.800 VèèèC) +0.063 VèèèD) +0.400 V
  205. üèStartïg with Cu(s) + 2Agó ─¥ Cuìó + 2Ag(s), E°(cell) = 0.460 V,
  206. we know that E°(cell) = E°(ox) + E°(red) = 0.460 Vè
  207.     èE°(cell) = E°(Cu|Cuìó) + E°(Agó|Ag) = 0.460 V.
  208. From ê ståard reduction potential tables, we obtaï
  209.     èCuìó + 2eú = Cu(s), E°(Cuìó|Cu) = +0.340 V.èReversïg ê
  210. sign gives E°(Cu|Cuìó) = -0.340 V.èSubstitutïg this value ïë our
  211. equation for E°(cell) yields:
  212.     èE°(cell) = (-0.340 V) + E°(Agó|Ag) = 0.460 V.
  213. èèèèèE°(Agó|Ag) = 0.460 V - (-0.340 V) = +0.800 V.
  214. Ç B
  215.  9èFïd ê ståard reduction potential for ê half-reaction:
  216.         AlÄó + 3eú ─¥ Al(s), E°(AlÄó|Al) = ?,
  217.  
  218. èèègiven: 2Al(s) + 3Znìó ─¥ 2AlÄó + 3Zn(s), E°(cell) = 0.913 V
  219.  
  220.     A) -1.676 VèèèB) -1.601 VèèèC) -0.150 VèèèD) +0.688 V
  221. üèUsïg 2Al(s) + 3Znìó ─¥ 2AlÄó + 3Zn(s), E°(cell) = 0.913 V, we
  222. know that E°(cell) = E°(ox) + E°(red) = 0.913 Vè
  223.     èE°(cell) = E°(Al|AlÄó) + E°(Znìó|Zn) = 0.913 V.
  224. From ê ståard reduction potential tables, we obtaï
  225.     èZnìó + 2eú = Zn(s), E°(Znìó|Zn) = -0.763 V.èSubstitutïg this
  226. value ïë our equation for E°(cell) yields:
  227.     èE°(cell) = E°(Al|AlÄó) + (-0.763 V) = 0.913 V.
  228. èèèèèE°(Al|AlÄó) = 0.913 V - (-0.763 V) = +1.676 V.èThis is ê
  229. oxidation potential for Al, we were asked ë fïd ê reduction potential.
  230. èèèèèE°(AlÄó|Al) = -E°(Al|AlÄó) = -(+1.676 V).
  231.     èE°(AlÄó|Al) = -1.676 V.
  232. Ç A
  233.  10èFïd ê ståard reduction potential for ê half-reaction:
  234.         Pbìó + 2eú ─¥ Pb(s), E°(Pbìó|Pb) = ?,
  235.  
  236. èèègiven: Pb(s) + 2FeÄó ─¥ Pbìó + 2Feìó, E°(cell) = 0.895 V
  237.  
  238.     A) -0.645 VèèèB) +1.160 VèèèC) -0.125 VèèèD) +0.323 V
  239. üèUsïg Pb(s) + 2FeÄó ─¥ Pbìó + 2Feìó, E°(cell) = 0.895 V, we know
  240. that E°(cell) = E°(ox) + E°(red) = 0.895 Vè
  241. èè E°(cell) = E°(Pb|Pbìó) + E°(FeÄó|Feìó) = 0.895 V.
  242. From ê ståard reduction potential tables, we obtaï
  243. èè FeÄó + eú = Feìó,è E°(FeÄó|Feìó) = +0.770 V.èSubstitutïg this
  244. value ïë our equation for E°(cell) yields:
  245. èè E°(cell) = E°(Pb|Pbìó) + (+0.770 V) = 0.895 V.
  246. èè E°(Pb|Pbìó) = 0.895 V - (+0.770 V) = +0.125 V.èThis is ê oxida-
  247. tion potential for Pb, we were asked ë fïd ê reduction potential.
  248. èè E°(Pbìó|Pb) = -E°(Pb|Pbìó) = -(+0.125 V).
  249. èè E°(Pbìó|Pb) = -0.125 V.
  250. Ç C
  251.  
  252.  
  253.  
  254.  
  255.