2 di prova itinere 11.1.2008

Calcolare la concentrazione di H3O+ in una soluzione di HCl, in equilibrio con idrogeno gassoso in condizioni standard, sapendo che il potenziale della semicella cosi costituita è E=-0.15 V

Stefano G. ha proposto il seguente svolgimento:
                         2H+ 2e- ----> H2
[H3O+] = 10^(-E/0.0592)
     = 10^(0.15/0.0592)
     = 3.38·10^2

Risposta:
Anche in questo caso, come in quello del post precedente, ha commesso un errore di segno. Consiglio sempre agli studenti di non usare formule abbreviate. Si corre il rischio di ricordare male. Ecco tutti i passaggi:
E = 0 - 0.0592/2·log(1/[H3O+]^2)
E = 0.0592/2·log(1/[H3O+]^2)
E = 0.0592/2·log([H3O+]^2)
E = 0.0592·log([H3O+])
E/0.0592 = log([H3O+])
-log([H3O+]) = -E/0.0592
pH = 2.534
[H3O+] = 10^-pH = 2.92·10^-3

3 di prova itinere 11.1.2008

L'esercizo n. 3 chiede di "calcolare il potenziale di una semicella costituita da ione tetraossomanganato (VII) 0.01 M in equilibrio con MnO2 precipitato sul fondo, a pH=9.0 (E°=0.595 V, ambiente basico)"

Stefano G. l'ha svolto nel seguente modo:
2H2O + 3e- + MnO4- ----> MnO2 + 4OH-
E= 0.595 - (0.0592/3) x log (10^-5)^4 x 1) / 0,01
E= 0.239 (prima avevo commesso un'errore di calcolo)

Risposta:
Ora ha sicuramente commesso un errore di segno: il log(10^-20/10^-2) è -18 che, moltiplicato per -0.0592/3, dà come risultato un numero positivo. Quindi il potenziale è maggiore di 0.595V.
P.S. Ha fatto bene ad assegnare al MnO2 una concentrazione standard dal momento che è un solido precipitato, quindi in fase eterogenea.

1 Luca S.

Calcolare il potenziale elettrochimico di una pila ottenuta accoppiando l'elettrodo standard di riferimento dell'idrogeno ad una semicella formata da una soluzione contenente triossoiodato(V) 0.6M e ioduro 0.3M a pH 8. (E°=1.08V)

Ovviamente questo esercizio viene risolto con la stessa equazione di Nerst vista precedentemente. Occorre, per prima cosa, descrivere la reazione di riduzione attraverso l'equazione chimica bilanciata:
IO3- + 6H3O+ + 6 e- ---> I- + 9 H2O

[H3O+] = 10^-8 M (ce lo dice il pH)
[IO3-] = 0.6 M
[I-] = 0.3 M

E = 1.08 - ( 0.0592/6 ) x log 0.3/(0.6 x 10^-48)
E = 0.609 V

Questo svolgimento ha assunto che la reazione fosse bilanciata con H3O+. Tuttavia il pH è leggermente basico per cui sarebbe opportuno bilanciare con OH-. In tal caso dobbiamo usare il valore di E° misurato in condizioni standard per l'ambiente basico, cioè E°=0.251 V

IO3- + 6e- +3H2O ---> I- + 6OH-

[OH-] = 10^-6 M
[IO3-] = 0.6 M
[I-] = 0.3 M

E = 0.251 - (0.0592/6) x log (0.3 x 10^-36)/0.6
E = 0.251 + 0.358 = 0.609 V

Come dire, il potenziale di una semicella è indipendente da come si bilancia la reazione.

1 Stefano G.

Calcolare il potenziale di riduzione di una semicella costituita da una soluzione di acido cloridrico 5.05x10^-3 M in equilibrio con idrogeno gassoso alle condizioni standard (E°=0.0 V)

Per prima cosa occorre definire la reazione alla base di questa semicella:
2H+ + 2e --> H2
Attraverso l'equazione di Nerst è possibile calcolare E alle condizioni del problema.
E = E° - 0.0592/n log P(H2)/[H+]^2
La pressione di idrogeno gassoso alle condizioni standard è 1 atm.
Il risultato è quindi:
E = 0 - 0,0296 log 1/ 2,55x10^-5
E= -0,136 V