化學原理啟迪275
1. 能斯特方程式計算出來的電位差是最大電位差,這是電子尚未流動前的狀態,當電池開始釋放電子,電流從陽極流向陰極,各物質的濃度也跟著改變,因此電池的電位差Ecell也改變了。
2. 事實上,電池會自發性地釋放電子直到達到平衡點,使最後的反應商數Q等於平衡常數K:
反應商數Q=平衡常數K,並且電位差Ecell=0
沒電的電池就是電池內的反應已達到平衡,沒有任何化學驅動力能把電子推向電線。
3. 換句話說,在平衡點,電池兩端裝置的自由能都一樣,也就是電池平衡濃度下,ΔG=0,電池無法作功。
4. 【例題】描述以下2個半反應組成的電池
VO2++2H++e-→VO2++H2O E°=1.00V ……(1)
Zn2++2e-→Zn E°=-0.76V ……(2)
這個反應的條件與濃度
T=25℃
[VO2+]=2.0M [VO2+]=1.0×10-2M
[H+]=0.50M [Zn2+]=1.0×10-1M
5. 【解題】要進行平衡的電池反應,必須把反應(2)逆轉,並且把反應(1)×2
6. 因為電池組成物質的濃度不是1M,我們必須用能斯特方程式計算電池的電位差。這個電池每完成一次平衡反應,就會轉移2個電子,因此n=2。
7. 這個反應在25℃下進行,我們可用以下這個形式的能斯特方程式計算:
E=E°-(0.0591/n)log(Q)
8. 因此
E=1.76-(0.0591/2)log([Zn2+][ VO2+] 2/[ VO2+]2 [H+]4)
=1.76-(0.0591/2)log﹝(1.0×10-1)( 1.0×10-2) 2 /( 2.0) 2 ( 0.50) 4﹞
=1.76-(0.0591/2)log(4×10-5)
=1.76+0.13
=1.87V
n 翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》
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