大学の無機の平衡について

質問

こんにちは。今大学で習っている無機化学がよくわかりません。高校時代は化学IIをほぼやっていないため、平衡がいまいち理解できません。そこで質問です。（＾は価数を表します）
1,　２Fe＾3＋プラスCu⇔２Fe＾2＋プラスCu＾2＋
2,　Cr2O7＾2－プラス6Fe＾2＋プラス14H＋⇔2Cr＾3+
　　プラス6Fe＾3＋プラス7H2O
の平衡定数を出さなければなりません。ノートの類題を見ると、標準還元電位とかネルンストの式などを先生は使われている（？）ような気がしますが、何がなんだかわかりません。問題が見づらくて申し訳ないですが、回答よろしくお願いします。

回答No.1

Raputa · ベストアンサー

標準電池反応の反応ギプスエネルギー△Gr^o[J・mol^-1]と標準電池電位E^o[V]の間には
△Gr^o=－νFE^o・・・(1)
という関係式があることはすでに勉強されていると思います。νは「電池反応においてやりとりされる電子の数」で、Fはファラデー定数(=96500[C・mol^-1])です。

gorogoro13さんが書いている下記の反応では、
2(Fe^3+)+Cu⇔2(Fe^2+)+(Cu^2+)
(Cr2O7^2-)+6Fe^2+14H+⇔2(Cr^3+)+(6Fe^3+)+7(H2O)
やりとりされる電子の数は2個なのでν=2です。
また標準電極電位とは電池の「右側電極の電位と左側電極の電位の差（＝電位差）」であり、25℃におけるE^oは1.1[V]です。

よって(1)式に定数を代入していくと、
△Gr^o=－νFE^o
　　　=－212000[J・mol^-1]
となります。また△Gr^oは気体定数R(8.31[J・K^-1・mol^-1])、温度T(℃ではなくK(ケルビン)です)、平衡定数Kを用いて
△Gr^o=－RT・lnK・・・(2)
となることはご存じですか？lnはlog naturalのことで自然対数です。(2)式をKの式に直すと
K=exp(－△Gr^o/(RT))
となり、右辺はすべて定数ですからKが求まります。
(K=1.51*10^37)

ネルンストの式などの説明もすると長くなるので、とりあえずは問題の解答を説明します。この解答を見ながらもう一度教科書を参照してもらうと新たな理解があるかもしれませんね。頑張ってください。

あと質問者、回答者互いの規約違反になるかもしれないので、忠告しておきますが、問題のどこまでがわかっていて（あるいはどこまでが自分なりに推測できて）、どこまでがわからないのかを明確にしなければ「レポートの記載」と判断され規約違反になります。ご注意を。（念のため途中式は省略しましたがご了承ください。）

お礼

回答ありがとうございます。なんとか自分で解けるようになりそうです！これから類題等解いて、理解を深めようと思います。また、親切なご忠告ありがとうございます。以後気をつけます。