Бесплатные калькуляторы

Примеры запросов: процентыипотекаплощадь✓ 1 413 работающих калькуляторов

ЭЛЕКТРОХИМИЯ · ОНЛАЙН

Уравнение Нернста: ЭДС элемента, ΔG и константа равновесия

Калькулятор считает ЭДС гальванического элемента по уравнению Нернста при заданных концентрациях и температуре. Он определяет изменение энергии Гиббса, константу равновесия и направление самопроизвольного процесса, а также строит таблицы зависимости ЭДС от реакционного коэффициента и температуры.

✓ Бесплатно⌁ С пояснением✦ Без регистрации
🔋
КАЛЬКУЛЯТОР

Введите данные

Например, элемент Даниэля Zn | Cu: 1,10 В.В
Электрод, на котором идёт восстановление (Cu²⁺/Cu: +0,34 В).В
Электрод, на котором идёт окисление (Zn²⁺/Zn: −0,76 В).В
Из полуреакций; для Zn + Cu²⁺ n = 2.
Q = произведение концентраций продуктов в степенях коэффициентов, делённое на то же для реагентов.
Положительное число; допускается запись 1e-3.
Для Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu это [Zn²⁺]. Твёрдые вещества и жидкости не учитываются.моль/л
Показатель степени в числителе Q.
Для Zn + Cu²⁺ это [Cu²⁺].моль/л
Показатель степени в знаменателе Q.
Электрод в более концентрированном растворе — катод.моль/л
моль/л
✓ Исходные значения передаются серверу только для выполнения расчёта. Регистрация не нужна.
ВАШ РЕЗУЛЬТАТ✓ Вычислено

ЭДС элемента по уравнению Нернста

Стандартный ЭДС E°, В1,1
ЭДС по уравнению Нернста E, В1,1592
Поправка Нернста, В0,0592
lg Q-2
Q (научная запись)1,00 × 10^-2
ΔG реакции, кДж/моль-223,684
ΔG° реакции, кДж/моль-212,268
lg K37,188
Константа равновесия K1,54 × 10^37
Наклон Нернста, В на декаду Q0,02958
Температура, К298,15
Направление процессасамопроизвольно слева направо

«Копировать картинку» помещает изображение результата в буфер обмена без сохранения файла — его можно сразу вставить в мессенджер или документ. Картинка и PDF содержат ссылку на calc-calc.ru.

E = E° − (RT / nF)·ln Q: от стандартного ЭДС отнимается поправка, зависящая от температуры, числа электронов и реакционного коэффициента. По ЭДС вычисляются свободная энергия Гиббса ΔG = −nFE и константа равновесия K из E°.

Формула применима к разбавленным растворам, где активности близки к концентрациям; для твёрдых веществ и чистых жидкостей активность принимается равной 1. Температурная зависимость самого E° не учитывается.

ЭДС при разных значениях Q (при заданной температуре)

QЭДС E, ВΔG, кДж/мольПроцесс идёт
10^-61.2775-246.516вправо
10^-41.2183-235.1вправо
10^-21.1592-223.684вправо
10^01.1-212.268вправо
10^21.0408-200.852вправо
10^40.9817-189.436вправо
10^60.9225-178.02вправо

Влияние температуры на ЭДС (E° считается постоянным)

t, °CT, КЭДС E, ВНаклон, В на декаду
0273.151.15420.0271
25298.151.15920.02958
40313.151.16210.03107
60333.151.16610.03305
80353.151.17010.03504
Был ли калькулятор полезен?Одно касание — и мы поймём, какие инструменты улучшать.
ПОДРОБНЫЙ РАЗБОР · ФОРМУЛЫ И ПРИМЕРЫ

Уравнение Нернста: как рассчитать ЭДС гальванического элемента при любых концентрациях

Калькулятор уравнения Нернста рассчитывает ЭДС гальванического элемента при заданных концентрациях и температуре, энергию Гиббса реакции и константу равновесия. Стандартный ЭДС можно ввести сразу или собрать из потенциалов двух электродов, а для одинаковых электродов предусмотрен режим концентрационного элемента.

Результат дополняют таблицы: как ЭДС зависит от логарифма Q и как она меняется с температурой. Ниже коротко разобраны смысл уравнения, правила записи реакционного коэффициента и ограничения расчёта для реальных растворов.

Что описывает уравнение Нернста

Стандартный ЭДС E° относится к ситуации, когда все растворённые вещества имеют активность, равную единице. В реальном элементе концентрации другие, и ЭДС отличается от стандартного значения на поправку, которую даёт уравнение Нернста: E = E° − (RT / nF)·ln Q.

Поправка зависит от температуры, числа электронов и реакционного коэффициента Q. При 25 °C и n = 2 каждая десятикратная смена Q сдвигает ЭДС примерно на 0,0296 В, а для n = 1 — на 0,0592 В; это число удобно запомнить для быстрых оценок.

Как составить реакционный коэффициент Q

Q записывается так же, как константа равновесия, но через текущие, а не равновесные концентрации: в числителе стоят продукты, в знаменателе — реагенты, каждая концентрация возводится в степень стехиометрического коэффициента. Твёрдые вещества, растворители и чистые жидкости в Q не входят.

Для газов вместо концентрации подставляют парциальное давление в атмосферах или барах, относительно стандартного. Если участвует несколько веществ, их произведение можно заранее вычислить и ввести готовое Q в режиме «Ввести Q числом».

Связь ЭДС со свободной энергией и константой равновесия

Электрическая работа элемента определяет изменение энергии Гиббса: ΔG = −nFE. Положительная ЭДС означает, что реакция в записанном направлении идёт самопроизвольно, отрицательная — что самопроизвольна обратная реакция, нулевая — что система находится в равновесии.

Подстановка стандартного ЭДС даёт ΔG° и константу равновесия: lg K = nFE° / (2,303·RT). Даже небольшое E° приводит к огромным K: для элемента Даниэля с E° = 1,10 В константа порядка 10³⁷, поэтому медь практически полностью вытесняется цинком.

Концентрационные элементы

В концентрационном элементе оба электрода сделаны из одного металла и опущены в растворы одной соли разной концентрации. Стандартный ЭДС равен нулю, а ЭДС возникает только из-за разницы концентраций: E = (RT / nF)·ln(c катода / c анода).

Такая схема используется в ионоселективных электродах и pH-метрах. Электрод в более концентрированном растворе становится катодом, а процесс идёт до выравнивания концентраций, так что ЭДС сходит на нет по мере работы элемента.

Температура и границы применимости

Температура входит в уравнение Нернста явно через множитель RT, поэтому при нагревании от 0 до 80 °C наклон возрастает почти на 30 %. Таблица в калькуляторе показывает, как меняется ЭДС при тех же концентрациях. Сам стандартный потенциал при этом считается постоянным, что допустимо для оценок.

Уравнение точно для активностей, а не концентраций. В растворах выше 0,1 моль/л, а также в присутствии комплексообразователей или при изменении pH реальные значения заметно отличаются; для точной работы используют формальные потенциалы, измеренные в вашей среде.

Формула расчёта

ОСНОВНАЯ ФОРМУЛА

E = E° − (R·T / n·F)·ln Q; ΔG = −n·F·E; lg K = n·F·E° / (2,303·R·T)

Проверенные примеры

Элемент Даниэля: Zn | Zn²⁺ (0,01 М) ‖ Cu²⁺ (1 М) | Cu, 25 °C

E° = 1,10 В, n = 2, Q = [Zn²⁺]/[Cu²⁺] = 0,01.

ЭДС 1,159 В, ΔG = −223,7 кДж/моль, lg K = 37,2.

Концентрационный элемент Ag | Ag⁺ (0,1 М) ‖ Ag⁺ (0,001 М) | Ag, 298 К

E° = 0, n = 1, Q = c(анод)/c(катод) = 0,01.

ЭДС около 0,118 В, процесс идёт слева направо.

Как пользоваться онлайн-калькулятором

  1. Выберите способ задания элемента: по стандартному ЭДС, по потенциалам электродов или как концентрационный элемент.
  2. Укажите число электронов n и температуру в удобной единице.
  3. Задайте реакционный коэффициент Q: концентрациями продуктов и реагентов или числом.
  4. Прочитайте ЭДС, ΔG, K и таблицы зависимости от Q и температуры.
ВОПРОСЫ И ОТВЕТЫ

Частые вопросы

Что делать, если в реакции участвует газ?

Вместо концентрации подставляйте парциальное давление в бар относительно стандартного. Для водорода при 1 бар множитель в Q равен 1.

Как получить E° из потенциалов электродов?

E° элемента равен стандартному потенциалу катода минус стандартный потенциал анода. Калькулятор делает это в режиме «Заданы потенциалы катода и анода».

Что означает отрицательная ЭДС?

В записанном направлении реакция не идёт самопроизвольно; самопроизвольна обратная реакция, и роли катода и анода меняются.

Почему ЭДС концентрационного элемента падает со временем?

Концентрации по обе стороны выравниваются, Q стремится к 1, а ЭДС — к нулю.

Похожие калькуляторы

ПОДЕЛИТЬСЯ ИНСТРУМЕНТОМ

Встроить на свой сайт

Вставьте этот код в HTML-блок на своём сайте. Посетители смогут пользоваться калькулятором без перехода.

Прямая ссылка: https://calc-calc.ru/embed/calc_910503/

Предварительный просмотр