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Le potentiel standard d’électrode d’une demi-cellule de cuivre, où une électrode de cuivre métallique est placée dans une solution d’ions cuivre deux plus, est de plus 0,337 volts. Quel est le potentiel standard de cellule lorsque cette demi-cellule de cuivre est connectée à une demi-cellule similaire de Zn métallique et d’ions Zn deux plus qui a un potentiel standard d’électrode de moins 0,7618 volt ?
Chaque fois que nous voulons trouver le potentiel standard pour une cellule galvanique, nous devons examiner les deux demi-équations qui se combinent pour former une réaction d’oxydoréduction complète pour la cellule. Les deux demi-réactions pour cette cellule peuvent être trouvées dans la série électrochimique, qui est une liste de plusieurs demi-réactions avec leurs potentiels standard d’électrode associés.
On nous dit qu’une demi-cellule contient une électrode de cuivre dans une solution d’ions cuivre deux plus. La demi-réaction correspondante sur la série électrochimique est Cu2+ aqueux plus deux électrons réagissent pour former Cu solide. Et le potentiel standard d’électrode, également appelé potentiel standard de réduction, pour cette demi-réaction est de 0,337 volt. Et on nous dit que l’autre demi-cellule est une demi-cellule de zinc et d’ions Zn deux plus. Donc, l’autre moitié de la réaction est Zn2+ aqueux plus deux électrons réagissent pour former Zn solide. Cette demi-réaction a un potentiel standard d’électrode de moins 0,7618 volt.
Notez que les réactions sont généralement écrites sous la forme de réductions de gauche à droite dans la série électrochimique, autrement connue comme le tableau des potentiels standard de réduction. Et c’est pourquoi les potentiels standard d’électrode sont également appelés potentiels standard de réduction. En outre, les réactions sont souvent écrites avec des flèches d’équilibre, bien que nous ayons montré ici des flèches simples.
Nous devons maintenant déterminer laquelle de ces équations montre la réaction d’oxydation pour cette cellule et laquelle montre la réaction de réduction. En remontant dans la liste, le potentiel de réduction de l’ion augmente. Ainsi, la demi-réaction avec le potentiel standard de réduction le plus élevé ou le plus positif sera la demi-réaction de réduction. La demi-réaction dont le potentiel standard de réduction est le plus faible, ou le plus négatif, sera la demi-réaction d'oxydation. L’oxydation se produit à l’anode et la réduction à la cathode.
D'après la question, nous voyons que le potentiel standard de réduction de Cu2+ est plus grand ou plus positif que celui de Zn2+. Cela signifie que les atomes de zinc seront oxydés à l’anode et que les ions cuivre seront réduits à la cathode. Puisque le zinc est plus susceptible d’être oxydé lorsqu’il est connecté au cuivre dans une cellule galvanique, cette flèche doit être inversée de gauche à droite si nous voulons écrire la demi-réaction telle qu’elle se produit, comme ceci. Ceci est la bonne demi-réaction d'oxydation.
Nous savons maintenant que le cuivre est la cathode et le zinc est l’anode. Nous pouvons maintenant utiliser l'équation suivante pour déterminer le potentiel standard de la cellule. 𝐸 cellule égale 𝐸 cathode moins 𝐸 anode. Les signes ⦵ en exposant indiquent les conditions standard de 25 degrés Celsius, la pression d’une atmosphère et les concentrations en solution d’un molaire. 𝐸 cathode est le potentiel standard de réduction du cuivre, la cathode, avec une valeur de plus 0,337 volt. Et 𝐸 anode est le potentiel standard de réduction du zinc, l’anode, avec une valeur de moins 0,7618 volt.
Nous pouvons insérer ces valeurs dans l’équation, en faisant attention à la présence des deux signes moins. Ensuite, en calculant, nous obtenons 1,0988 volt. Une valeur positive pour 𝐸 cellule indique qu’une réaction d'oxydoréduction spontanée se produira lorsque le cuivre est la cathode et le zinc est l’anode.
En conclusion, quel est le potentiel standard de cellulaire de cette cellule ? La réponse est 1,0988 volt.
