Redoxpotentiale: Übungsaufgaben

Abhängigkeit vom pH-Wert

Eine Lösung enthält Dichromat-Ionen mit c(Cr₂O₇^2-) = 0,1 mol/L und Chrom(III)-Ionen mit c(Cr³⁺) = 0,001 mol/L. Die Lösung wird durch Säurezugabe angesäuert. Berechne das Redoxpotential dieses Redoxpaares bei a) pH = 7; b) pH =1; c) pH = 3.

1. Reaktionsgleichung formulieren und Anzahl z der übertragenen Elektronen ermitteln:

Cr₂O₇^2- + 14 H⁺ + 6 e^-2 Cr³⁺ + 7 H₂O

z = 6

2. Standard-Elektrodenpotential U_H⁰ des Redoxpaares (Ox/Red) aus Spannungsreihe ermitteln (z. B. Chemie heute, S. 141):

U_H⁰(Cr₂O₇^2-/Cr³⁺) = 1,33 V

3. Einsetzen der Zahlenwerte in die Nernstsche Gleichung:

U_H(Ox/Red) = U_H⁰(Ox/Red) + (0,059 V/z) · log₁₀ c(Ox)/c(Red)

4. Unter Berücksichtigung des pH-Wertes ergibt sich nach den Regeln des Massenwirkungsgesetzes in saurer Lösung:

U_H(Ox/Red) = 1,33 V + (0,059 V/6) · log₁₀ [c(Cr₂O₇^2-) · c(H⁺)¹⁴/c(Cr³⁺)²]

a) für pH = 7 gilt damit:

U_H(Ox/Red) = 1,33 V + (0,059 V/6) · log₁₀ [0,1 · (10^-7)¹⁴ / (10^-3)²]

Zehnerpotenzen zusammenfassen:

U_H(Ox/Red) = 1,33 V + (0,059 V/6) · log₁₀[10^-93]

Zwischenergebnis:

U_H(Ox/Red) = 1,33 V + (0,059 V/6) · (-93)

Ausrechnen:

U_H(Ox/Red) = 0,42 V