Пример 14

Расчет рН раствора при введении в редокс-систему сильного протолита

В систему, содержащую хинон и гидрохинон в эквимолярном соотношении, ввели некоторое количество кислоты, при этом редокс-потенциал уменьшился на 77 мВ. На сколько единиц изменился при этом рН раствора? Т=298 К.

Решение. Воспользуемся модифицированным уравнением Нернста (8.6) для редокс-систем второго типа:

2,303 RT а(ox)а^m(H⁺)

φ_r = φ_r⁰ +  lg 

nF а(red)

При температуре 298К значение множителя 2,303RT/ F равно 0,0591 В(табл. ).

Определим число электронов, принимающих участие в полуреакции:

оx red n = 2; m= 2

Преобразуем выражение аналогично примеру 8-11:

2,303 RT a(ox)

φ_r = φ_r⁰ +  [lg  - (-m lg a(Н⁺)) ] =

nF а(red)

0,0591рН

= φ_r⁰ -  2рН = φ_r⁰ - 0,0591рН

2

После введения некоторого количества протолита значение редокс-потенциала системы уменьшается:

φ_r ΄= φ_r⁰ - 0,0591рН΄.

Вычислим, на сколько единиц изменился рН раствора после введения некоторого количества протолита:

φ_r⁰ - φ_r ΄= 0,0591(рН΄- рН) = 0,0591ΔрН

Отсюда

φ_r⁰ - φ_r ΄ Δφ_r

ΔрН =  = 

0,0591 0,0591

0,077

ΔрН =  = 1,3

0,0591

Ответ: рН увеличился на 1,3 единицы.

Пример 15

Расчет потенциала водородного электрода при заданном значении рН

Вычислите потенциал водородного электрода, насыщенного водородом при давлении 101 кПа, погруженного в дистиллированную воду при 298 К.

Решение. В соответствии с уравнением Нернста:

2,303RT

φ_r (Н₂) = φ_r⁰ +  lg (Н₃О⁺)

zF

Стандартный потенциал водородного электрода принимается за 0; z = 1.

При температуре 298К значение множителя 2,303RT/ F равно 0,0591 В(табл. ).

Тогда

φ_r (Н₂) = -0,0591рН,

рН дистиллированной воды при 298 К равен 7.

Вычислим значение редокс-потенциала водородного электрода:

φ_r (Н₂) = 7 (-0,0591) = -0,413 В.

Ответ: -0,413 В.

__________________________________________________________________________________

Пример 16

Расчет потенциала электрода, электролитом которого является буферный раствор

Вычислите потенциал водородного электрода (давление водорода составляет 101 кПа), погруженного в буферный раствор, содержащий равные массы гидрофосфата и дигидрофосфата натрия.

Решение. Воспользуемся уравнением:

φ_r (Н₂) = -0,0591рН.

Величину рН буферного раствора найдем по уравнению (5.13):

с_b

рН = рК_а + lg 

с_а

с_b m(Na₂HPO₄)M(NaH₂PO₄) M(NaH₂PO₄) 120

 = =  =  = 0,845

с_а M(Na₂HPO₄)m(NaH₂PO₄) M(Na₂HPO₄) 142

Значение рК_а (H₂PO₄^-) =7,21 найдем в табл. .

Преобразуем уравнение для расчета потенциала водородного электрода:

φ_r (Н₂) = -0,0591(рК_а + lg(с_b/с_а))

Подставляя в это уравнение известные величины, вычислим:

φ_r (Н₂) = -0,0591(7,21 + lg0,845) = -0,42 В

Ответ: -0,42 В.