Chemie Standardpotentiale? Uni?

wie kommt man darauf:

1) Standardpotential des Redoxpaares 2H2O/O2+4H+ beträgt 1,22V. Welchen Wert nimmt das Redoxpotential ungefähr in 1 molarrer Natronlauge an?

Antwort: 0,4V

2) Ammonium-Ion NH4+ und Ammoniak bilden Puffersystem: pKs (NH4+)=9,2. Welcher ph-Wert muss vorliegen, damit ungefähr gilt: c(NH4+)=1000c (NH3)?

Antwort: 6,2

Answer 1

[indiachinacook]

O₂ + 4 H₃O⁺ + 4 e¯ ⟶ 6 H₂O

Diese Reduktionsreaktion hat ein Standard­reduktions­potential ε⁰=+1.23 V, das gilt, wenn alle Substanzen im Standardzustand (1 bar, 1 mol/l, wäßrige Lösung, 25 °C etc.) vorliegen, also ins­besondere c(H₃O⁺)=1 mol/l und daher pH=0.

Das Reduktionspotential bei anderen Konzentrationen kann man mit der Nernst-Glei­chung ausrechnen, die in diesem Fall lautet

(das Wasser als Lösungsmittel wird natürlich ausgespart). Den Sauerstoff-Partial­druck wollen wir unverändert lassen, also können wir ihn auch streichen. Man könnte natürlich direkt einsetzen, aber wir wollen das ein bißchen weiter vereinfachen. Dazu nützen wir die Rechenregel log(aᵇ) = b⋅log(a) und rechnen außerdem den natürlichen auf den dekadischen Logarithmus um, damit wir direkt zum pH-Wert kommen:

Der Vorfaktor vor dem logarithmischen Term besteht aus den Naturkonstanten R=8.3145 J mol¯¹ K¯¹ und F=96485 C/mol, dazu kommen noch T=298.15 K und z=4 (die Anzahl der umgesetzten Elektronen in der Reaktionsgleichung). Wenn man das alles einsetzt, bekommt man

So können wir uns also das Potential für jeden pH ausrechnen; für pH=14 (einmolare Natronlauge) bekommt man ε=+0.40 V.

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Nach dieser länglichen Rechnung wird es Dich freuen, daß die zweite Aufgabe viel schneller gelöst werden kann: Wenn pH=pKₐ=9.2, dann liegen Säure und Base genau im Verhältnis 1:1 vor, und jede pH-Einheit bringt einen Faktor 10. Wir wollen 1000-mal mehr Säure (NH₄⁺) als Base (NH₃) haben, und 1000=10³, also müssen wir um 3 pH-Ein­heiten saurer als der pKₐ sein, also brauchen wir pH=6.3.

Wer diese Faustregel nicht kennt, kann sich das auch aus dem Massen­wirkungs­gesetz herleiten:

NH₄⁺ + H₂O ⟶ NH₃ + H₃O⁺

Wenn Du jetzt für das Konzentrationsverhältnis den gewünschten Wert 1/1000 ein­setzt, vereinfacht sich die Gleichung zu c(H₃O⁺)=1000Kₐ und durch Logarithmierung bekommst Du sofort pH=pKₐ−3.

Comments

[Gretchen2005]

du bist klasse!