13.3 Non-standard cell potentials
Unit ini menggunakan persamaan Nernst (Nernst equation) untuk mengira Esel pada keadaan bukan piawai serta menentukan kespontanan, pemalar keseimbangan Kc dan hasil darab keterlarutan Ksp.
SP 13.3.1Calculate Ecell using Nernst equation;
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Calculate (Mengira)
Calon perlu mengira Esel pada keadaan bukan piawai menggunakan persamaan Nernst yang diberi, termasuk menentukan n dan Q dengan betul.
- IsiMenggunakan persamaan NernstHuraian
Esel = E°sel − (0.0592/n) log Q pada 298 K; n = mol elektron dipindahkan, Q = hasil bahagi kepekatan ion hasil terhadap bahan (pepejal tidak dimasukkan).
ContohZn | Zn²⁺(1.0) || Cu²⁺(0.010) | Cu: Q = 100, Esel = 1.10 − (0.0592/2)(2) = 1.04 V.
- IsiKesan kepekatanHuraian
Menambah kepekatan bahan (Q kecil) menaikkan Esel; menambah kepekatan hasil (Q besar) menurunkan Esel.
ContohZn | Zn²⁺(0.010) || Cu²⁺(1.0) | Cu: Q = 0.010, Esel = 1.10 + 0.0592 = 1.16 V.
NotaPersamaan Nernst
Esel = E°sel − (RT/nF) ln Q. Pada 298 K: Esel = E°sel − (0.0592/n) log Q, dengan n = bilangan mol elektron dipindahkan, Q = hasil bahagi tindak balas (reaction quotient) menggunakan kepekatan ion (pepejal dan cecair tulen tidak dimasukkan). R = 8.31 J K⁻¹ mol⁻¹, F = 96 500 C mol⁻¹.
Peta alirContoh: Zn | Zn²⁺(0.010 mol dm⁻³) || Cu²⁺(1.0 mol dm⁻³) | Cu pada 298 K
- Persamaan: Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s); n = 2; E°sel = +1.10 V
- Q = [Zn²⁺]/[Cu²⁺] = 0.010/1.0 = 0.010; log Q = −2
- Esel = 1.10 V − (0.0592/2)(−2) = 1.10 V + 0.0592 V
- Esel = +1.16 V (lebih besar daripada E°sel kerana [hasil] rendah)
Peta pelbagai alirKesan perubahan kepekatan terhadap Esel
SP 13.3.2Determine the spontaneity of a reaction, equilibrium constant, Kc, and solubility product, Ksp, using Nernst equation.
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Determine (Menentukan)
Calon perlu menggunakan persamaan Nernst untuk menentukan kespontanan pada keadaan bukan piawai, pemalar keseimbangan Kc dan hasil darab keterlarutan Ksp.
- IsiKespontanan bukan piawaiHuraian
Tanda Esel (bukan E°sel) menentukan arah spontan; Esel = 0 bermaksud keseimbangan.
ContohSel kepekatan Cu | Cu²⁺(0.010) || Cu²⁺(1.0) | Cu: E°sel = 0 tetapi Esel = +0.0592 V, spontan.
- IsiKc daripada E°selHuraian
Pada keseimbangan Esel = 0 dan Q = Kc, maka log Kc = nE°sel/0.0592.
ContohSel Daniell: log Kc = 2(1.10)/0.0592 = 37.2, Kc ≈ 1.5 × 10³⁷.
- IsiKsp daripada E°selHuraian
Tulis proses pelarutan sebagai gabungan dua setengah persamaan, kira E°sel, kemudian log Ksp = nE°sel/0.0592.
ContohAgCl(s) ⇌ Ag⁺ + Cl⁻: E°sel = 0.22 − 0.80 = −0.58 V; Ksp ≈ 1.6 × 10⁻¹⁰ mol² dm⁻⁶.
Peta alirContoh: Kc daripada E°sel (sel Daniell, 298 K)
- Pada keseimbangan Esel = 0 dan Q = Kc, maka log Kc = nE°sel/0.0592
- log Kc = (2 × 1.10 V)/0.0592 V = 37.2
- Kc = 10³⁷·² ≈ 1.5 × 10³⁷ (tindak balas hampir lengkap)
Peta alirContoh: Ksp AgCl daripada nilai E°
- AgCl(s) + e⁻ ⇌ Ag(s) + Cl⁻(aq), E° = +0.22 V; Ag⁺(aq) + e⁻ ⇌ Ag(s), E° = +0.80 V
- Keseluruhan AgCl(s) ⇌ Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq): E°sel = 0.22 V − 0.80 V = −0.58 V; n = 1
- log Ksp = nE°sel/0.0592 = (1 × −0.58)/0.0592 = −9.80
- Ksp = 10⁻⁹·⁸⁰ ≈ 1.6 × 10⁻¹⁰ mol² dm⁻⁶
NotaKespontanan pada keadaan bukan piawai
Kespontanan ditentukan oleh tanda Esel (bukan E°sel). Tindak balas dengan E°sel kecil negatif boleh menjadi spontan jika Q sangat kecil. Contoh: sel kepekatan Cu | Cu²⁺(0.010) || Cu²⁺(1.0) | Cu mempunyai E°sel = 0 tetapi Esel = −(0.0592/2) log(0.010/1.0) = +0.0592 V, maka spontan.
Ingat: mnemonik & kad imbas
Mnemonik
- QKE
- Q lebih kecil daripada K: Esel positif (spontan ke hadapan); Q sama dengan K: E sifar (keseimbangan).
Kad imbas
- Persamaan Nernst pada 298 K
- Esel = E°sel − (0.0592/n) log Q
- Esel pada keseimbangan
- 0 V; Q = K
- Hubungan E°sel dan K
- log K = nE°sel/0.0592 (298 K)
- Spesies yang tidak dimasukkan dalam Q
- Pepejal dan cecair tulen
- Penentu kespontanan bukan piawai
- Tanda Esel
Semak kefahaman
Hitung Esel bagi Zn | Zn²⁺(0.10 mol dm⁻³) || Cu²⁺(1.0 mol dm⁻³) | Cu pada 298 K (E°sel = 1.10 V). (SP 13.3.1)
Lihat jawapan
Q = 0.10/1.0 = 0.10; Esel = 1.10 − (0.0592/2) log 0.10 = 1.10 + 0.0296 = 1.13 V.
Apakah nilai Esel apabila sel mencapai keseimbangan, dan apakah Q pada ketika itu? (SP 13.3.2)
Lihat jawapan
Esel = 0 dan Q = Kc.
13 soalan latihan pelbagai aras, kad imbas dan Kad Tahniah ada dalam mod interaktif.
Untuk guru: cadangan aktiviti ikut aras kognitif (4)
- Mengingat
Aktiviti: Murid menulis persamaan Nernst dan menyebut maksud setiap pemboleh ubah dengan unit.
Bukti hasil kerja: Lembaran kerja atau kuiz ringkas: ketepatan ingatan istilah dan fakta tentang keupayaan sel bukan piawai.
SP disasar: 13.3.1 · Latihan sepadan: aras Mengingat - Memahami
Aktiviti: Berpasangan, murid menerangkan bagaimana kepekatan mempengaruhi Esel menggunakan persamaan Nernst dengan contoh sel kuprum-zink.
Bukti hasil kerja: Penerangan lisan dan lukisan murid tentang keupayaan sel bukan piawai; semak ketepatan hubungan sebab dan akibat.
SP disasar: 13.3.1 · Latihan sepadan: aras Memahami - Mengaplikasi
Aktiviti: Murid mengira Esel pada kepekatan bukan piawai dan menentukan kespontanan tindak balas.
Bukti hasil kerja: Jawapan lembaran kerja atau hasil pengiraan tentang keupayaan sel bukan piawai; semak kaedah dan ketepatan jawapan.
SP disasar: 13.3.1, 13.3.2 · Latihan sepadan: aras Mengaplikasi - Menganalisis
Aktiviti: Dalam kumpulan, murid menentukan pemalar keseimbangan Kc dan Ksp daripada data E°sel dan menganalisis kesahan hasilnya.
Bukti hasil kerja: Jadual atau peta pemikiran analisis keupayaan sel bukan piawai; semak ketepatan kesimpulan berasaskan data atau bukti.
SP disasar: 13.3.2 · Latihan sepadan: aras Menganalisis
Cadangan ini mengikut aras kognitif hasil pembelajaran (bukan TP DSKP kerana STPM tiada TP). Buka unit dan latihan
Siapkan unit ini dalam mod interaktif untuk mendapat bintang, anggaran TP dan Kad Tahniah. Siapkan semua 65 unit Kimia STPM untuk Sijil Penghargaan SistemGuru.My.