Tính thế điện cực tiêu chuẩn của Fe3+/Fe2+ khi có mặt ion OH-. Cho biết thế điện cực tiêu chuẩn của Fe3+/Fe2+ bằng 0,77V, tích số tan của Fe(OH)2 và Fe(OH)3 lần lượt là: 1 ×10-15,0, 1 × 10-37,5.
Đáp án đúng: B
Để tính thế điện cực tiêu chuẩn của cặp Fe3+/Fe2+ trong môi trường có ion OH-, ta cần xét các phản ứng tạo phức với OH-. Tuy nhiên, ở đây ta xét sự tạo thành các hidroxit tương ứng của Fe3+ và Fe2+.
Ta có các bán phản ứng:
Fe3+ + e ⇌ Fe2+ E0 = 0,77V (1)
Fe(OH)3 ⇌ Fe3+ + 3OH- Ks1 = 10-37,5 (2)
Fe(OH)2 ⇌ Fe2+ + 2OH- Ks2 = 10-15 (3)
Kết hợp (1), (2), (3), ta có:
Fe(OH)3 + e ⇌ Fe(OH)2 + OH-
Áp dụng phương trình Nernst:
E = E0 - (0,0592/n) * log(Q)
Ở đây, n = 1 (số electron trao đổi)
Q = [OH-] = Ks1 / Ks2 = 10-37,5 / 10-15 = 10-22,5
Để tính E0' của cặp Fe(OH)3/Fe(OH)2, ta có:
ΔG0 = -nFE0 = -RTlnK
Từ (1), ta có Fe3+ + e ⇌ Fe2+; ΔG10 = -1*F*0,77
Từ (2), ta có Fe(OH)3 ⇌ Fe3+ + 3OH-; ΔG20 = -RTln(10-37,5) = RT*37,5*ln10
Từ (3), ta có Fe(OH)2 ⇌ Fe2+ + 2OH-; ΔG30 = -RTln(10-15) = RT*15*ln10
Phản ứng tổng: Fe(OH)3 + e ⇌ Fe(OH)2 + OH- ; ΔG0' = ΔG10 + ΔG20 - ΔG30 = -F*E0'
-F*E0' = -F*0,77 + RT*37,5*ln10 - RT*15*ln10
E0' = 0,77 - (RT/F)*(37,5 - 15)*ln10 = 0,77 - (0,0592)*(22,5) = 0,77 - 1,332 = -0,562 V
Giá trị này gần nhất với đáp án B. Tuy nhiên, có sự sai khác nhỏ do làm tròn số.
