Physikalische Chemie
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Physikalische Chemie Ob Elektrochemie oder Quantenmechanik, das Feld der physikalischen Chemie ist weit! Hier könnt ihr Fragen von A wie Arrhenius-Gleichung bis Z wie Zeta-Potential stellen.

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Alt 04.08.2017, 14:48   #1   Druckbare Version zeigen
Nagisa_Tsubaragi  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 6
Aufgabe Redoxchemie (Dichromat/Eisen(II))

Hallo!

Ich sitze seit einiger Zeit an folgender Aufgabe und komme nicht weiter. Deshalb hoffe ich, dass ich hier vielleicht den richtigen Anstoß bekomme.

Die Aufgabe lautet wie folgt:

"Giftiges Dichromat kann in saurer wässriger Lösung mittels Fe(II) zu Cr(III) reduziert werden. Die Standardpotentiale (pH = 0) betragen hierbei 1,33 V für das Redoxpaar Cr2O72- und 0,77 für das Redoxpaar Fe3+ und Fe2+.
a) Stellen Sie die Redoxteilgleichungen auf und berechnen Sie die elektromotorische Kraft einer entsprechenden Zelle."


Red: Cr2O72- + 6e- + 14 H+ -> 2Cr3+ + 7H2O
Ox: Fe2+ -> Fe3+ + e-
______________________________________________________________________
Redox: Cr2O72- + 14 H+ + 6Fe2+ -> 2Cr3+ + 7H2O + 6Fe3+

E°(Cr2O72-/Cr3+) = 1,33 V
E° (Fe3+/Fe2+) = -0,77V
Das E° von Fe muss ich ja vorzeichentechnisch umdrehen, da es nicht reduziert, sondern oxidiert wird.

Daraus folgt:
E = E°(Cr2O72-/Cr3+)+ 6*E°(Fe3+/Fe2+)
("+", da ich das Standardpotential ja bereits oben mit einem Minuszeichen versehen habe)
E = 1,33 V - 6*0,77V
E = -3,029 V

Falls ich bis hierhin keine Fehler gemacht habe, bekomme ich bei Teilaufgabe b Probleme:

"b) Ermitteln Sie mittels Nernst-Gleichung rechnerisch, um wie viele mV das pH-wert abhängige Redoxpotential sinkt und berechnen Sie daraus, bei welchem pH-wert die Reaktion nicht mehr ablaufen wird. Erklären Sie aus der Reaktionsgleichung, weshalb die Erhöhung des pH-werts dazu führt, dass die Reaktion nicht mehr abläuft."

Die Nernst-Gleichung lautet:
E = E° - RT/zF * lg[Red]/[Ox] bzw. E = E° - 0,059V/z * lg[Red]/[Ox]
(Die eckigen Klammern stehen für die Konzentrationen.)

Beziehe ich das MWG mit ein, sollte die Gleichung folgendermaßen lauten:
E = E° - 0,059V/6 * lg[Cr3+]2*[Fe3+]6/[Cr2O72-]*[Fe2+]6]*[H+]14

Nun stoße ich aber auf folgende Probleme, die mir das Weiterkommen erschweren: Mir ist weder die Konzentration von Cr3+ noch die Konzentration von Fe3+ bekannt. (Fe2+ und Cr2O72- würde man ja bei der normalen Nernst-Gleichung bei lg[Red]/[Ox] weglassen). Kann ich diese Konzentrationen dann als "konstant = im Überschuss = 1" annehmen? Falls ja, würde sich die Nernst-Gleichung auf folgendes reduzieren:

E = E° - 0,059V/6 * lg 1/[H]14

Wenn ich die -3,029V aus der Teilaufgabe a für E einsetze, würde das Ganze so aussehen:

-3,029 V = E° - 0,059V/6 * lg 1/[H]14

Und nun weiß ich nicht mehr weiter. Soll ich nach E° auflösen und für verschiedene pH-Werte austesten, wie sich E° verändert? Eine weitere Frage, die ich mir dabei gestellt habe, lautet: Wann würde denn die Reaktion nicht mehr ablaufen? Wenn E° > 0 ist oder wenn es größer als -0,77V (E° von Fe) wird?

Online habe ich noch folgende Gleichung gefunden:

E = E° - 0,059V/z * lg[Red]/[Ox] - 0,059V/z * pH

Dennoch weiß ich nicht, wie ich weiter verfahren soll, wenn mir die ganzen Konzentrationen fehlen. Die pH-Abhängigkeit ist ja ersichtlich, wenn man die Gleichung E = E° - 0,059V/6 * lg 1/[H]14 ansieht: Wenn der Ausdruck "lg 1/[H]14" positiv wird, dann verringert sich E bzw. wenn "lg 1/[H]14" negativ wird, erhöht sich E°.

Hoffentlich kann mir jemand weiterhelfen! Ich wäre wirklich dankbar, da mich diese Aufgabe total beschäftigt.
Nagisa_Tsubaragi ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 04.08.2017, 20:49   #2   Druckbare Version zeigen
Ryan21 Männlich
Mitglied
Beiträge: 2.948
AW: Aufgabe Redoxchemie (Dichromat/Eisen(II))

Hallo,

die stöchometrischen Faktoren gehen in die Berechnung des Redoxpotentials als Exponenten schon mit ein (siehe deine Berechnung bei b), daher ist der Faktor 6 bei der EMk-Berechnung falsch.
Bei der Berechnung der EMK brauchst du im Vorfeld keine Vorzeichen umkehren, da das StandardREDOXpotential für Oxidation und Reduktion gilt. Ob ein Stoff reduziert oder oxidiert wird, wird in der Formel zur Berechnung der EMK berücksichtigt.
Allgemein gilt: {EMK = E_{Reduktion}-E{Oxidation}}
Da bei a) Standardbedingungen gelten, ist hier die Berechnung lediglich:
{\Delta E = E^0(Cr^3^+/Cr_2O_7^2^-)-E^0(Fe^2^+ / Fe^3^+) = 1,33V-0,77V = 0,56V }

Bei b) würde ich zur Berechnung der Veränderung des Redoxpotentials in mV den pH-Wert um eine Einheit ändern, also pH1 statt pH0.
Die Redoxreaktion läuft nicht mehr ab, wenn {\Delta E=0V} wird. Du musst also den pH-Wert berechnen, bei dem das Redoxpotential des Systems Cr[SUP]3+[/SUP}/Cr2O72- wird. Das würde dann bei c(Cr3+) = c(Cr2O72-) = 1mol/L in etwa wie folgt aussehen:
{ 0,77V = 1,33V + \frac {0,0592V}{6}*log [H^+]^{14}}

LG Ryan

Geändert von Ryan21 (04.08.2017 um 20:56 Uhr)
Ryan21 ist offline   Mit Zitat antworten
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Alt 06.08.2017, 15:19   #3   Druckbare Version zeigen
Nagisa_Tsubaragi  
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 6
AW: Aufgabe Redoxchemie (Dichromat/Eisen(II))

Wow, vielen Dank für die schnelle und ausführliche Antwort, Ryan! Das hat mir wirklich weitergeholfen. Der Fehler oben hätte mir direkt auffallen sollen...
Nagisa_Tsubaragi ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 12.08.2017, 23:04   #4   Druckbare Version zeigen
Timberling  
Mitglied
Beiträge: 6
AW: Aufgabe Redoxchemie (Dichromat/Eisen(II))

Hallo Nagisa, hallo Ryan,

die Hauptarbeit ist gemacht. Mein Beitrag zu Aufgabe b ist eher ein "Abstauber".
Ich nehme an, dass c(Fe2+) = c(Fe3+) = 1 mol/L und c(Cr3+) = c(Cr2O72-) = 1 mol/L
E(Fe2+/ Fe3+) = E(Cr3+/Cr2O72-)
Eo(Fe2+/ Fe3+) = Eo(Cr3+/Cr2O72-) + {\tiny \frac{0,059 V}{6}}lg c(H+)14
4,04 = - lg c(H+) = pH
Bei pH > 4,04 läuft die Reaktion in die umgekehrte Richtung.

Grüße an euch beide,
Timberling
Timberling ist offline   Mit Zitat antworten
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