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Un altro problema con le pile

Uno studente mi chiede di calcolare la concentrazione dell'acido nitrico presente nel semielemento di destra della pila (-) Hg/HgCl2 2·10-2 M // NaClO4 0,1 M, NaCl 5·10-2 M, HNO3/Pt (+), sapendo che a 25 °C la sua f.e.m. vale 0,490 V,
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Uno studente ha scritto: Salve professoressa, siccome non riesco a risolvere il seguente esercizio vorrei il suo aiuto. Il testo è questo. Sapendo che a 25 °C la f.e.m. della seguente pila

(-) Hg/HgCl2 2·10-2 M // NaClO4 0,1 M, NaCl 5·10-2 M, HNO3/Pt (+)

vale 0,490 V, calcolare la concentrazione dell'acido nitrico presente nel semielemento di destra.   Ecco l’aiuto: La f.e.m. di una pila corrisponde alla differenza tra il potenziale di riduzione del catodo, che è il polo positivo, e il potenziale di riduzione dell’anodo, che è il polo negativo. A partire dall’equazione di Nernst e dai valori tabulati di E° è possibile calcolare il potenziale di riduzione dell’anodo. Si può così determinare il valore del potenziale di riduzione del catodo; se, con l’equazione di Nernst, lo si esprime in funzione della concentrazione delle specie coinvolte nella semireazione di riduzione elettrodica, che è

ClO4- + 8 H+ + 8 e- = Cl- + 4 H2O

resta come unica incognita la concentrazione degli ioni H+. I calcoli in dettaglio sono questi:

f.e.m. = EcatEan = 0,490 V

E°Hg2+/Hg = 0,851 V        EHg = E°Hg2+/Hg + (0,0592/2) log [Hg2+]

EHg = 0,851 + (0,0592/2) log 2·10-2 = 0,801 V = Ean

f.e.m. + EHg = Ecat

0,490 V + 0,801 V = Ecat = 1,291 V = ECl

ECl = ClO4-/Cl- - (0,0592/8) log {[Cl-]/[ClO4-][H+]8}     ClO4-/Cl- = 1,389 V

1,291 = 1,389 – (0,0592/8) log (5·10-2 / 0,1·[H+]8)

1,291 - 1,389 + 0,0022 = (0,0592/8) log [H+]8

[H+] = 2,4·10-2 M  

In conclusione, la concentrazione dell’acido nitrico nel semielemento di destra deve essere 2,4·10-2 mol/L.      

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