Langkau ke kandungan
Kimia · Tingkatan 6 (STPM Chemistry) · Electrochemistry

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.

  • STPM
  • 2 SP
  • 13 latihan
  • Percuma

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.

  1. IsiMenggunakan persamaan Nernst
    Huraian

    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).

    Contoh

    Zn | Zn²⁺(1.0) || Cu²⁺(0.010) | Cu: Q = 100, Esel = 1.10 − (0.0592/2)(2) = 1.04 V.

  2. IsiKesan kepekatan
    Huraian

    Menambah kepekatan bahan (Q kecil) menaikkan Esel; menambah kepekatan hasil (Q besar) menurunkan Esel.

    Contoh

    Zn | 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.

SP 13.3.1

Peta alirContoh: Zn | Zn²⁺(0.010 mol dm⁻³) || Cu²⁺(1.0 mol dm⁻³) | Cu pada 298 K

  1. Persamaan: Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s); n = 2; E°sel = +1.10 V
  2. Q = [Zn²⁺]/[Cu²⁺] = 0.010/1.0 = 0.010; log Q = −2
  3. Esel = 1.10 V − (0.0592/2)(−2) = 1.10 V + 0.0592 V
  4. Esel = +1.16 V (lebih besar daripada E°sel kerana [hasil] rendah)
SP 13.3.1

Peta pelbagai alirKesan perubahan kepekatan terhadap Esel

SebabKepekatan bahan tindak balas (cth Cu²⁺) bertambahKepekatan hasil (cth Zn²⁺) berkurang
Q berkurang
AkibatEsel bertambahTindak balas ke hadapan lebih spontanApabila Q = K, Esel = 0 dan sel mencapai keseimbangan (bateri habis)
SP 13.3.1SP 13.3.2

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.

  1. IsiKespontanan bukan piawai
    Huraian

    Tanda Esel (bukan E°sel) menentukan arah spontan; Esel = 0 bermaksud keseimbangan.

    Contoh

    Sel kepekatan Cu | Cu²⁺(0.010) || Cu²⁺(1.0) | Cu: E°sel = 0 tetapi Esel = +0.0592 V, spontan.

  2. IsiKc daripada E°sel
    Huraian

    Pada keseimbangan Esel = 0 dan Q = Kc, maka log Kc = nE°sel/0.0592.

    Contoh

    Sel Daniell: log Kc = 2(1.10)/0.0592 = 37.2, Kc ≈ 1.5 × 10³⁷.

  3. IsiKsp daripada E°sel
    Huraian

    Tulis proses pelarutan sebagai gabungan dua setengah persamaan, kira E°sel, kemudian log Ksp = nE°sel/0.0592.

    Contoh

    AgCl(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)

  1. Pada keseimbangan Esel = 0 dan Q = Kc, maka log Kc = nE°sel/0.0592
  2. log Kc = (2 × 1.10 V)/0.0592 V = 37.2
  3. Kc = 10³⁷·² ≈ 1.5 × 10³⁷ (tindak balas hampir lengkap)
SP 13.3.2

Peta alirContoh: Ksp AgCl daripada nilai E°

  1. AgCl(s) + e⁻ ⇌ Ag(s) + Cl⁻(aq), E° = +0.22 V; Ag⁺(aq) + e⁻ ⇌ Ag(s), E° = +0.80 V
  2. Keseluruhan AgCl(s) ⇌ Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq): E°sel = 0.22 V − 0.80 V = −0.58 V; n = 1
  3. log Ksp = nE°sel/0.0592 = (1 × −0.58)/0.0592 = −9.80
  4. Ksp = 10⁻⁹·⁸⁰ ≈ 1.6 × 10⁻¹⁰ mol² dm⁻⁶
SP 13.3.2

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.

SP 13.3.2

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

  1. 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.

  2. 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)
  1. 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
  2. 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
  3. 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
  4. 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.

Unit lain dalam Electrochemistry

  1. 13.1 Half-cell and redox equations
  2. 13.2 Standard reduction potential
  3. 13.3 Non-standard cell potentials
  4. 13.4 Electrolysis
  5. 13.5 Application of electrochemistry