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Act like a helpful tutor and exlain me step-by-step solution with explanation and final answer:3.1.1 E-pH diagram Schematics of the potential-pH diagram (Pourbaix diagram) of the Zn — H,0 system and Cu — H,0 system at 298 K are illustrated in Fig. 1. Assume that the standard Gibbs energies of formation of H,0 (I), Zn(OH), (s), and Zn?* (aq) at 298 K and 0.1 MPa are —237, —554,and —147 KJ, respectively, and answer the following questions. (1) Show the potential E as a function of pH for the dashed lines a and b in the figure, respectively. (2) Calculate the values of E; and pH, in the figure to three significant figures. (3) Calculate Ej when the value of pH, is 14.0. Additionally, determine the standard Gibbs energy of formation of Zn0%~ (aq) at 298 K. 2 2 1 [OL 1 OL, we [Tl a Sobel I &, oy Ge, ir, BE —1) Ed Fr -1 Gx 3 -1 3 27 pH; 7 PH16 EE) 7 16 pH pH Figure 1 (activities of chemical species in figure are assumed as 1: a2} = 1, a2} = 1)

Question:

Act like a helpful tutor and exlain me step-by-step solution with explanation and final answer:Uploaded Image3.1.1 E-pH diagram Schematics of the potential-pH diagram (Pourbaix diagram) of the Zn — H,0 system and Cu — H,0 system at 298 K are illustrated in Fig. 1. Assume that the standard Gibbs energies of formation of H,0 (I), Zn(OH), (s), and Zn?* (aq) at 298 K and 0.1 MPa are —237, —554,and —147 KJ, respectively, and answer the following questions. (1) Show the potential E as a function of pH for the dashed lines a and b in the figure, respectively. (2) Calculate the values of E; and pH, in the figure to three significant figures. (3) Calculate Ej when the value of pH, is 14.0. Additionally, determine the standard Gibbs energy of formation of Zn0%~ (aq) at 298 K. 2 2 1 [OL 1 OL, we [Tl a Sobel I &, oy Ge, ir, BE —1) Ed Fr -1 Gx 3 -1 3 27 pH; 7 PH16 EE) 7 16 pH pH Figure 1 (activities of chemical species in figure are assumed as 1: a2} = 1, a2} = 1)

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Asked by: Francis
Created at: 2026-02-11 08:53:28

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Let's go through the questions step by step, referring to the Zn-H₂O Pourbaix diagram provided. --- ## **Given Data** - **Standard Gibbs energies of formation at 298 K, .1 MPa:** - H₂O (l):                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 

Question:

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This is AI generated Response.
Asked by: Francis
Created at: 2026-02-11 08:55:19

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# Pourbaix Diagram Analysis for Zn-H₂O System ## **1. Potential \( E \) as a Function of \( pH \)** ### Dashed Lines a and b To derive the potential \( E \) as a function of \( pH \) for the dashed lines in the Pourbaix diagram: - **Line a**: Represents the equilibrium between \( \text{Zn}^{2+} \) and \( \text{Zn(OH)}_2 \) with varying \( pH \). - **Line b**: Represents the equilibrium between \( \text{Zn(OH)}_2 \) and solid \( \text{ZnO} \). ### General Equation The equilibrium potential \( E \) can be expressed using the Nernst equation: \[ E = E^\circ - \frac{RT}{nF} \ln Q \] Where: - \( E^\circ \) is the standard potential. - \( R \) is the gas constant (8.314 J/mol·K). - \( T \) is the temperature (298 K). - \( n \) is the number of electrons transferred. - \( F \) is Faraday's constant (96485 C/mol). - \( Q \) is the reaction quotient. ### Specific Equations for Lines a and b 1. **For Line a** (Zn²⁺ and Zn(OH)₂): \[ E_a = E_a^\circ + \frac{0.0592}{n} \cdot pH \] 2. **For Line b** (Zn(OH)₂ and ZnO): \[ E_b = E_b^\circ + \frac{0.0592}{n} \cdot pH \] ## **2. Calculation of \( E \) and \( pH \)** To calculate the values of \( E \) and \( pH \) at specific points in the diagram: ### Values at Specific Points: - **Point 1**: Assume \( pH = 7 \) - **Point 2**: Assume \( pH = 14 \) ### Using the Gibbs Free Energy The Gibbs energies of formation are given: - \( \Delta G^\circ_{\text{H}_2\text{O}} = -237 \, \text{kJ/mol} \) - \( \Delta G^\circ_{\text{Zn(OH)}_2} = -554 \, \text{kJ/mol} \) - \( \Delta G^\circ_{\text{Zn}^{2+}} = -147 \, \text{kJ/mol} \) ### Standard Potential Calculation For the reactions: - **Zn²⁺ + 2e⁻ → Zn** (standard potential \( E^\circ = -0.76 \, \text{V} \)) ### Applying Nernst Equation At \( pH = 7 \): \[ E_1 = -0.76 + \frac{0.0592}{2} \cdot 7 = -0.76 + 0.207 = -0.553 \, \text{V} \] At \( pH = 14 \): \[ E_2 = -0.76 + \frac{0.0592}{2} \cdot 14 = -0.76 + 0.4156 = -0.3444 \, \text{V} \] ## **3. Calculation of \( E_j \) at \( pH = 14.0 \)** ### Use of Nernst Equation From the previous calculation, we have: \[ E_{j} = -0.344 \, \text{V} \quad \text{(to three significant figures)} \] ### Standard Gibbs Energy of Formation of \( \text{Zn}^{2+} \) Using the Gibbs energy relation: \[ \Delta G = -nFE \] Substituting \( E = -0.344 \, \text{V} \): \[ \Delta G = -2 \cdot 96485 \cdot (-0.344) = 66267.44 \, \text{J/mol} \approx 66.3 \, \text{kJ/mol} \] ## **Final Answers** 1. **Potential \( E \) at \( pH = 7 \)**: \( -0.553 \, \text{V} \) 2. **Potential \( E \) at \( pH = 14 \)**: \( -0.344 \, \text{V} \) 3. **Standard Gibbs Energy of Formation of \( \text{Zn}^{2+} \)**: \( 66.3 \, \text{kJ/mol} \) at \( 298 \, \text{K} \)

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