problema elettrochimica
Determinare in quale direzione procede spontaneamente la reazione 2Fe3+ + I^- -> 2Fe2+ + I2 quando le concentrazioni di tutte le specie sono 1 mol/dm^-3. Calcolare inoltre la concentrazione delle specie ioniche quando si è stabilito l'equilibrio.

Fe3+/Fe2+ = 0,771   I2/I- = 0,536

E = 0,771-0,536 = 0,235
E = -RT/zF*log(Keq)
RT/F * 2,303 = 0,05916
log(Keq)= z*E/0,05916 = 0,235*2/0,05916 da cui Keq = 8,8*10^7 

La reazione si sposta a destra

Fe^3+ =  I^-  = 1-2x
Fe^2+ = 1+2x

8,8*10^7 = (1-2x)/(1+2x)^2

non riesco a trovare le soluzioni delle concentrazoni all'equilibrio. in altri post ero riuscito inoltre a utilizzare i codici per apici, pedici e caratteri speciali ma non ricordo come feci e non ho fogli sotto mano per mandare uno scan. i risultati dovrebbero essere Fe3+ = 1,44*10^-2    Fe2+ = 2 - 1,44*10^-2
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La reazione che hai scritto non è bilanciata:

2 Fe3+ + 2 I- --> 2 Fe2+ + I2

All'equilibrio le concentrazioni sono:
[Fe3+] = [I-] = 1-2x
[Fe2+] = 1+2x
[I2] = 1+x

L'equazione da risolvere è:

8,80·10^7 = [(1+2x)^2(1+x)] / [(1-2x)^2(1-2x)^2]

Si ottiene un'equazione di quarto grado che, sinceramente, non so risolvere. :-(
Ciao
Luisa

Dal laboratorio se ne usciva ogni sera, e più acutamente a fine corso, con la sensazione di avere “imparato a fare una cosa”;
il che, la vita lo insegna, è diverso dall’avere “imparato una cosa”.
(Primo Levi)


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8,80*107 = [(1+4x+4x2)*(1-x)]/(1-2x)4

8,80*107 = [(1+4x+4x2-x-4x2+4x3]/(1-2x)4

8,80*107 = [1+3x−4x3]/(1-2x)4

8,80*107*(1-2x)4 = 1+3x−4x3

8,80*107*(16x4−32x3+24x2−8x+1)−1−3x+43 = 0

A questo punto, diventa un casino... Come accennato da LuiCap. E a mio parere non ha senso risolvere questa equazione. Non si può semplificare la questione? Magari dico una cagata...

In considerazione del suo elevato valore, possiamo affermare che la trasformazione è pressoché completa e possiamo assumere, in prima approssimazione, che 0,10 mol/L di Fe3+ si trasformino in altrettante di Fe2+ per cui la concentrazione di Fe2+ all’equilibrio diventa 0,20 M. Le piccole concentrazioni residue di Fe2+ e I si calcolano, invece, a partire dall’espressione della costante di equilibrio, tenendo presente che esse devono essere uguali dato che gli ioni Fe2+ e I hanno uguale concentrazione iniziale e reagiscono in rapporto 1:1.

Kc = [Fe2+]2/[Fe3+]2·[I]2

8,7·107 = 0,20/(x2· x2)

x = 6,9·10–3

In conclusione, all’equilibrio le concentrazioni approssimate degli ioni in soluzione sono le seguenti:

[Fe2+] = 0,20 mol/L, [Fe3+] = [I] = 6,9·10–3 mol/L.

Volendo determinare in modo più accurato il valore delle concentrazioni all’equilibrio, è necessario indicare con x la concentrazione di Fe3+ che si riduce, esprimere in funzione dell’incognita la concentrazione all’equilibrio di ciascuna specie, introdurla nell’espressione della costante di equilibrio e risolvere l’equazione risultante.
La chimica è una cosa che serve a tutto. Serve a coltivarsi, serve a crescere, serve a inserirsi in qualche modo nelle cose concrete.
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Hai ragione, la semplificazione mi sembra del tutto accettabile.
Hai però sbagliato la concentrazione iniziale dell'Fe3+ e dell'I- che non sono 0,10 mol/L, ma 1 mol/L, quindi all'equilibrio avremo:
[Fe2+] = 2 mol/L
Il testo del'esercizio non dice se l'I2 che si forma è solido o in soluzione acquosa. Opto, del tutto a caso, per la prima possibilità, perciò nell'espressione della Kc non va inclusa la sua concentrazione (ho dei dubbi, ma tant'è!!!):
Kc = [Fe2+]^2 / [Fe3+]^2 [I-]^2

Le concentrazioni residue dei reagenti saranno dunque:
8,80·10^7 = = 2^2 / x^4
x = (4 / 8,80·10^7)^(1/4) = 1,46·10^-2 mol/L
Ciao
Luisa

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ringrazio entrambi! avevo omesso il valore della temperatura (298K, da cui il rapporto RT/zF * 2,303 = 0,05916) e quindi al di sotto della T di fusione di I2
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(2021-02-11, 12:31)LuiCap Ha scritto: Hai ragione, la semplificazione mi sembra del tutto accettabile.
Hai però sbagliato la concentrazione iniziale dell'Fe3+ e dell'I- che non sono 0,10 mol/L, ma 1 mol/L, quindi all'equilibrio avremo:
[Fe2+] = 2 mol/L
Il testo del'esercizio non dice se l'I2 che si forma è solido o in soluzione acquosa. Opto, del tutto a caso, per la prima possibilità, perciò nell'espressione della Kc non va inclusa la sua concentrazione (ho dei dubbi, ma tant'è!!!):
Kc = [Fe2+]^2 / [Fe3+]^2 [I-]^2

Le concentrazioni residue dei reagenti saranno dunque:
8,80·10^7 = = 2^2 / x^4
x = (4 / 8,80·10^7)^(1/4) = 1,46·10^-2 mol/L

Figurarsi se non facevo un errore. Grazie della correzione.
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(2021-02-11, 12:54)LucaZombini Ha scritto: ringrazio entrambi! avevo omesso il valore della temperatura (298K, da cui il rapporto RT/zF * 2,303 = 0,05916) e quindi al di sotto della T di fusione di I2

Non c'entra la temperatura di fusione dello iodio, ma la sua solubilità in acqua a 298 K per stabilire se è I2(s) o I2(aq).
Ciao
Luisa

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