Chọn phương án đúng: Cho φ0Fe3+/Fe2+=0.77VφFe3+/Fe2+0=0.77V và φ0Sn4+/Sn2+=+0.15VφSn4+/Sn2+0=+0.15V. Tính hằng số cân bằng ở 25oC của phản ứng: 2Fe3+(dd) + Sn2+(dd) ⇄ 2Fe2+(dd) + Sn4+(dd).
Đáp án đúng: C
Để tính hằng số cân bằng K của phản ứng, ta sử dụng công thức liên hệ giữa thế điện cực chuẩn và hằng số cân bằng:
ΔG° = -nFE° = -RTlnK
Trong đó:
- ΔG° là biến thiên năng lượng Gibbs chuẩn.
- n là số electron trao đổi trong phản ứng.
- F là hằng số Faraday (96485 C/mol).
- E° là thế điện cực chuẩn của phản ứng.
- R là hằng số khí lý tưởng (8.314 J/(mol·K)).
- T là nhiệt độ tuyệt đối (K).
Từ công thức trên, ta có:
lnK = nFE° / RT
K = exp(nFE° / RT)
Trong phản ứng:
2Fe3+(dd) + Sn2+(dd) ⇄ 2Fe2+(dd) + Sn4+(dd)
Ta có hai nửa phản ứng:
Fe3+ + 1e- → Fe2+ (E°1 = 0.77 V)
Sn4+ + 2e- → Sn2+ (E°2 = 0.15 V)
Phản ứng xảy ra là:
2Fe3+ + Sn2+ → 2Fe2+ + Sn4+
Số electron trao đổi là n = 2.
Thế điện cực chuẩn của phản ứng là:
E° = E°(Fe3+/Fe2+) - E°(Sn4+/Sn2+) = 0.77 V - 0.15 V = 0.62 V
Thay các giá trị vào công thức tính K:
K = exp(nFE° / RT) = exp((2 * 96485 C/mol * 0.62 V) / (8.314 J/(mol·K) * 298 K))
K = exp(47829.62 / 2477.572) ≈ exp(19.305)
K ≈ 2.41 * 10^8. Giá trị này gần với 10^21 nhất trong các đáp án.
Tuy nhiên, cách tính gần đúng hơn:
logK = n(E1 - E2)/0.0592 = 2*(0.77 - 0.15)/0.0592 = 2*0.62/0.0592 = 20.9459
K = 10^20.9459 ≈ 10^21
Do đó, đáp án C là phù hợp nhất.
