能斯特方程计算器

使用能斯特方程计算电极(电池)电位。

输入标准电极电位、温度、电子数和所有产物及反应物的浓度和系数。计算器将使用能斯特方程计算电池电位。

尝试示例:Zn/Cu电池、H+还原、Cl-氧化、生物膜...
能斯特方程示例

探索常见电化学场景:

Zn/Cu原电池

Zn/Cu原电池

Zn2+ (0.01 M), Cu2+ (1.0 M), z = 2, E° = 1.10 V, 25°C

标准电极电位 (E°): 1.1 V | 温度: 25 °C | 电子数 (z): 2
产物:名称: Cu2+, 浓度: 1, 系数: 1
反应物:名称: Zn2+, 浓度: 0.01, 系数: 1

氢离子还原

氢离子还原

2H+ (0.001 M), H2 (1 atm), z = 2, E° = 0.00 V, 25°C

标准电极电位 (E°): 0 V | 温度: 25 °C | 电子数 (z): 2
产物:名称: H2, 浓度: 1, 系数: 1
反应物:名称: H+, 浓度: 0.001, 系数: 2

氯离子氧化

氯离子氧化

Cl2 (1 atm), Cl- (0.1 M), z = 2, E° = 1.36 V, 25°C

标准电极电位 (E°): 1.36 V | 温度: 25 °C | 电子数 (z): 2
产物:名称: Cl2, 浓度: 1, 系数: 1
反应物:名称: Cl-, 浓度: 0.1, 系数: 2

生物膜电位

生物膜电位

K+ (内部140 mM, 外部4 mM), z = 1, E° = 0.00 V, 37°C

标准电极电位 (E°): 0 V | 温度: 37 °C | 电子数 (z): 1
产物:名称: K+ (外部), 浓度: 0.004, 系数: 1
反应物:名称: K+ (内部), 浓度: 0.14, 系数: 1
其他标题
理解能斯特方程:综合指南
掌握电化学中能斯特方程的概念、计算和应用。

什么是能斯特方程?

  • 定义和重要性
  • 电化学中的物理意义
  • 在电池电位中的作用
能斯特方程将电化学电池的还原电位与标准电极电位、温度和所涉及化学物种的活度(浓度)联系起来。
为什么能斯特方程很重要?
它允许化学家预测非标准条件下的电池电压,是电化学、生物学和生理学的基础。

能斯特方程实践

  • 具有非标准离子浓度的Zn/Cu电池。
  • 神经细胞中的膜电位。

使用能斯特方程计算器的分步指南

  • 输入标准电位和温度
  • 添加产物和反应物
  • 解释结果
要使用计算器,请输入标准电极电位、温度和电子数。添加所有产物和反应物及其浓度和系数。计算器计算反应商(Q)和电池电位(E)。
如何读取结果
结果显示计算的电池电位和Q值。使用的公式是E = E° - (RT/zF) ln Q。

分步示例

  • 对于Zn/Cu:E° = 1.10 V, [Cu2+] = 1.0 M, [Zn2+] = 0.01 M, z = 2, T = 25°C。
  • 对于H+还原:E° = 0.00 V, [H+] = 0.001 M, [H2] = 1 atm, z = 2, T = 25°C。

能斯特方程的实际应用

  • 电池和燃料电池
  • 生物膜
  • 分析化学
能斯特方程用于计算电池、燃料电池和生物膜的电压。它也是电位测定和pH测量等分析技术的基础。
能斯特方程在哪里使用?
从工业电解到神经冲动传递,能斯特方程是科学和工程中的关键工具。

科学和工业应用

  • 计算铅酸电池的电压。
  • 估算神经元的膜电位。

常见误解和正确方法

  • 误解Q计算
  • 忽略温度效应
  • 错误使用系数
一个常见的错误是在Q中省略系数或使用错误的浓度。始终使用正确的化学计量,确保所有浓度都以mol/L为单位。对于一般公式,温度必须以开尔文为单位。
获得准确结果的最佳实践
仔细检查所有输入值和单位。对于生物系统,使用正确的温度(例如,人类37°C)。

避免计算错误

  • 忘记将°C转换为K。
  • 对气体使用分压而不是浓度。

数学推导和示例

  • 能斯特方程公式
  • 详细计算示例
  • 解释结果
能斯特方程从热力学原理推导而来,将吉布斯自由能变化与电池电位联系起来。它量化了电池电压如何依赖于离子浓度和温度。
计算示例
对于Zn/Cu电池:在25°C时,E = 1.10 - (0.05916/2) log([Zn2+]/[Cu2+])。

数学示例

  • 对于Cl-氧化:在25°C时,E = 1.36 - (0.05916/2) log([Cl-]^2/[Cl2])。
  • 对于K+膜:在37°C时,E = 0.00 - (0.0615/1) log([K+内部]/[K+外部])。