Redoxpotentiale, Nernst-Gleichung 1. Im letzten Kapitel wurde die

Übung, 2.12.13: Redoxpotentiale, Nernst-Gleichung
1. Im letzten Kapitel wurde die Berechnung von pH-Werten für unterschiedliche Typen von
Säuren und Basen erläutert, und Indikatoren vorgestellt, die bei entsprechender Mischung
(vgl. im Praktikum verwendetes Universalindikatorpapier!) eine grobe Abschätzung des pHWerts einer Lösung erlaubten. Diese Aufgabe befasst sich mit der Messung des pH-Werts mit
Hilfe einer galvanischen Zelle.
Gegeben ist eine Zn/Zn2+-Halbzelle (E° (Zn/Zn2+) = –0,76 V); c(Zn2+ = 0,10 mol/L), die mit
einer Wasserstoffelektrode kombiniert wird. Dazu wird die Elektrode aus Pt mit Wasserstoffgas (p = 0,50 bar) umspült, die in die Lösung mit unbekanntem pH-Wert eintaucht. Die
Messung der elektromotorischen Kraft für dieses galvanische Element liefert einen Wert von
0,45 V.
Ermitteln Sie den pH-Wert dieser Lösung.
2. Das Cytochrom c ist ein kleines Häm-Protein, das als Elektronenüberträger in der
Atmungskette fungiert. In deren letztem Schritt wird es katalysiert durch das Enzym
Cytochrom c-Oxidase mit Sauerstoff vom zweiwertigen (cyt c-Fe2+) in den dreiwertigen
Zustand (cyt c-Fe3+) oxidiert.
Die beiden Standardreduktionspotenziale sind
E° (cyt c-Fe2+ / cyt c-Fe3+) = 0,22 V
E° (2 H2O / O2) = 1,22 V
Faraday-Konstante F = 96495 C/V
a) Berechnen Sie die Freie Enthalpie für diesen Prozess bei einem pH-Wert von 5,0 und
einem Sauerstoff-Partialdruck von 0,20 bar. Die Konzentrationen an cyt c-Fe2+ und cyt c-Fe3+
werden als identisch angenommen.
b) Die frei werdende Energie wird zum Aufbau des Protonengradienten über die innere
Mitochondrienmatrix benutzt, welcher letztlich die ATP-Synthase antreibt und so die
Synthese von ATP aus ADP und Pi ermöglicht. Wie viele Moleküle ATP können pro
reduziertem O2-Molekül gebildet werden, wenn die Freie Enthalpie für die Synthese von ATP
unter den gegebenen Bedingungen 32 kJ/mol beträgt?
3. Heimübung:
Gegeben sind die beiden Redoxpaare
Cr2O72– / Cr3+ mit
–
NO3 / NO
mit
E° = 1,33 V und
E° = 0,96 V
Erstellen Sie eine Redoxgleichung für die Oxidation von Cr3+-Ionen mit Nitrat-Ionen und
ermitteln Sie die Gleichgewichtskonstante für diese Reaktion bei 25 °C unter Standardbedingungen.
[Lösung: KR = 2,85 × 10–38]