電動(dòng)勢習(xí)題解答

1、第九章習(xí)題解答1、寫出下列電池中各電極上的反應(yīng)和電池反應(yīng)(1) Pt,也 Ph2)I HCI(a) | Cl2( Pci2 ) , Pt(2) Pt, H2( Ph2)I H( aH ) II Ag+( aAg)I Ag(s)(3) Ag(s)+Agl(s) I I( a ) I Cl( aC| ) I AgCI(s)+Ag(s)(4) Pb(s)+PbSOs) I SO： ( aSO2 ) 11 Cu( aCu2 ) I Cu(s)(5) Pt, Hb( Ph 2)I NaOH(a) I HgO(s)+Hg(I)(6) Pt, H2( Ph 2) I H(aq) I Sb：Q(s)+Sb(s

2、)(7) Pt I Fe3+(ai) , Fe：+(a：) |A g+( aAg ) I Ag(s)(8) Na(Hg)(aam)INa+(aNa ) IOH(aOH) I HgO(s)+Hg(I)解 1: (1)負(fù)極H2( Ph2 ) 2ef 2H+( aH )正極 Cl 2(Pci2)+2e f2CI ( ac| )電池反應(yīng)H2( PH2 )+CI 2( PCI2 )=2HCI(a)(2)負(fù)極H2( PH2 )2et2H+( aH )正極2 Ag+( aAg )+2et2 Ag(s)電池反應(yīng)H2( PH2 )+2 Ag +( aAg )=2 Ag(s)+ 2H +( aH )(3)負(fù)極 A

3、g(s)+ I ( a|) etAgl(s)正極 AgCI(s) +e t Ag(s)+ Cl ( 3ci )電池反應(yīng) AgCI(s) + I ( aI )=AgI(s) + CI ( aCI )4）負(fù)極Pb(s)+SO42 ( aSO2 ) 2etPbSO4(s)正極Cu(aCu2 )+2e tCu(s)電池反應(yīng)Pb(s)+2SO4 ( aSO2 )+Cu( aCu 2 )=PbSO4(s)+ Cu(s)5)負(fù)極H2( PH2 )+2OH( aOH )-2e t2H2O(I)正極 HgO(s)+ H2O(I)+ 2e t2OH( aOH )+Hg(I)(6)負(fù)極3 H2( pH2 )-6e

4、6H+( aq)正極Sb2Q(s)+ 6H+( aq)+ 6e 2Sb(s)+3H 20(1)電池反應(yīng)Sb2Q(s)+3 H 2( Ph2 )=2Sb(s)+ 3H20(1)(7)負(fù)極Fe2+(a 2) -et Fe3+(ai)正極Ag+( aAg)+e Ag(s)電池反應(yīng)Ag+( aAg2+)+ Fe (a 2)= Ag(s)+ Fe3+(ai)(8)負(fù)極2Na(Hg)(aam) -2e _t2Na+(aNa)+2Hg(I)正極HgO(s)+ H2(O(l) +2e t Hg(l)+ 20H(a0H電池反應(yīng)2Na(Hg)(aam)+ HgO(s) + H 20(1)=電池反應(yīng)H2( Ph2

5、)+HgO(s)= Hg(l) + H20(1)3Hg(l) +2Na +( %)+20H( aoH )2、試將下述化學(xué)反應(yīng)設(shè)計(jì)成電池。+ + -(1) AgCI(s)=Ag (a Ag )+Cl (a ci-) AgCI(s)+ I-(ai-)= AgI(s)+ Cl-(aci-)H2( pH2)+HgO(s)= Hg(l)+H 2OQ)Fe 2+( aFe2)+ Ag +(a Ag+)= Fe 3+( aFe3 )+ Ag(s)(5)2H 2( Ph2 )+02( po2 ) =2H 20(1)(6) CI 2( PCl2 )+2I -(ai-)=I 2(s)+2CI-(a ci-)+ +

6、 -(7) H 20(I)=H (a h)+OH (a oh)(8) Mg(s)+(1/2)O2(g)+H 2O(l)=Mg(OH) 2(s)(9) Pb(s)+HgO(s)=Hg(l)+PbO(s)(10) Sn 2+(asn2)+TI3+(aTl3 )= Sn4+(asn4)+TI+(aT|)解 先設(shè)計(jì)成電池，然后寫出電池反應(yīng)驗(yàn)證(1) Ag(s)| Ag+(a Ag+) II Cl-(a ci-)|AgCI(s)|Ag(s) Ag(s)| AgI(s)|I-(a i-) II Cl-(a ci-)|AgCI(s)|Ag(s)(3)Pt|H 2(g)|OH -(aT|HgO(s)| Hg(

7、l) Pt|Fe3+( aFe3 ) , Fe2+( aFe2 ) I Ag+(a Ag+)| Ag(s)Pt|H 2(g)|H +(a h+)|0 2(g)|Pt(6)Pt|I 2(s)|I -(aI-) II CI-(aci-)|CI 2(g)|PtPt|H 2(g)|H (aH) I OH (a。町|H 2(g)|Pt 負(fù)極反應(yīng)：H2(g) t 2H(a H)+2e 正極反應(yīng)：2HzO(I)+2e - t H2(g)+2OH - (a oh-) 電池反應(yīng)：2HzO(I) t 2H+(a h+)+2OH - (a oh-)2+ 2+ | - (8)Mg(s)|Mg (a Mg ) ； OH

8、 (a oh-)|O 2(g)|Pt2+ 2+ -負(fù)極反應(yīng)：Mg(s) f Mg (a Mg )+2e正極反應(yīng)：(1/2)0 2(g)+H 20(1) +2e - f 20H -(a oh)電池反應(yīng)：Mg(s)+ (1/2)0 2(g)+H 20(1) f M$+(a m(+)+20H -(a oh-)+ +(9) Pb(s)|PbO(s)|H(a h )|HgO(s)|Hg(l)負(fù)極反應(yīng)：Pb(s)+H 20(1) f PbO(s)+2H+(a H+)+2e- 正極反應(yīng)：HgO(s)+2H+(a H+)+2e-f Hg(l)+H 20(l) 電池反應(yīng)：Pb(s)+ HgO(s) f PbO(

9、s)+Hg(l)(10) Pt|Sn( asn2 ) , Sn ( aSn4 ) Tl ( aTl3 ) , Tl ( aTl )|Pt負(fù)極反應(yīng)：Sn2+( aSn2)f Sn4+( aSn4 )+2e-正極反應(yīng)：Tl3+(aTl3 )+2e-f ti +( aTl )電池反應(yīng)：Sn2+( aSn2 )+ Tl 3+( aT|3 ) f Sn4+( aSn4 )+ Tl +( a)3、從飽和韋斯頓電池的電動(dòng)勢與溫度的關(guān)系式,試求在，當(dāng)電池產(chǎn)生2mol電子的電量時(shí),電池反應(yīng)的rGm、 rHmrSm，已知該關(guān)系式為E/V=先求丁=時(shí)電池的電動(dòng)勢E/V=再求T=時(shí)電池電動(dòng)勢的溫度系數(shù)54.05 10

10、2T p9.57110(298.15 293.15)V K55.0 10 V K接下來可求rGm、r H m和G m =-zFE=- 2 X (96500C -1 -1mol ) X = molr Sm =zF-1 -5 -1=2X (96500C mol ) XX 10 VK )p=k-1 molT rS-1 -1 -1= mol +x k mol ) = mol-14、298K時(shí)下述電池的 E為Pt,H 2(p ) | H2SO kg-1) I Q(p ),Pt已知水的生成熱f Hm【H2O(l)286.1kJ mol 1。試求(1) 該電池的溫度系數(shù)；(2) 該電池在273K時(shí)的電動(dòng)勢。

11、設(shè)反應(yīng)熱在該溫度區(qū)間內(nèi)為常數(shù)。 解上述電池的電池反應(yīng)為f(p )+ (1/2 ) Q(p )= H 20(l,p )由此可知，水的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成熱就是上述電池反應(yīng)的焓變，即其電極和電池反應(yīng)為：負(fù)極Cd(s)-2e Ccf+( aCd2 )HmfHzFE zFT T p$ fHm286.1kJ mol 11.228VzFT2 (96500C mol 1)298K298K8.54 10 4V(2)由吉布斯一亥姆霍茲公式(G/T)T，將 G=-zFE帶入,zFPT因反應(yīng)熱在該溫度區(qū)間內(nèi)為常數(shù),故將此式積分得zFE2T2E1T11。將 T1 =298K, T2=273K,-1E1=, z=2, F =9

12、6500C mol ,fHm【H2O(l)1286.1kJ mol帶入上式可計(jì)算得巳=。5、電池 Zn(s) I ZnCI2 kg-1) |AgCI(s)+Ag(s)的電動(dòng)勢E/V=。試計(jì)算在298K當(dāng)電池有2mol電子的電量輸出時(shí)，電池反應(yīng)的r H m和r Sm以及此過程的可逆熱效應(yīng)QR,m。解 當(dāng) T=298K 時(shí)，E/V=(E / T) p =x 10-4v k-1所以 rGm =-zFE=-2 X (96500C mol-1) X = mol-1r Sm =zF-1-4-1=2X (96500C mol ) XX 10 V- K )p-1-k-1-molT r Sm-1-1-1= mo

13、l +(298K) X k mol ) = mol-1QR,m T r Sm= (298K)X k-1 mol-1)= mol-1。9、試為下述反應(yīng)設(shè)計(jì)一電池cc(s)+i 2(s)=cc 2+( aCd21 .0)+2i -( aI 1.0)求電池在298K時(shí)的E，反應(yīng)的G$r m和平衡常數(shù) Ka。如將反應(yīng)寫成1 12 Cd(s)+ 2 12(s)=12 Cd+( aCc21.0)+i -( aI 1.0)G$.m和Ka，以此了解反應(yīng)方程式的寫法對(duì)這些數(shù)值的影響。解 在反應(yīng)方程式中Cd被氧化成Ccf+,應(yīng)為負(fù)極；12被還原成I -,應(yīng)為正極。設(shè)計(jì)的電池為：cc(s)|cc 2+( aCd21

14、.0) |i -( aI 1.0)|i 2(s)|Pt正極 I 2(s)+2e -t2I -( ai )2+電池反應(yīng) Cd(s)+I 2(s)=Cd ( aCd2 )+2I -( aI )$(I2,I)=,所以e = $ (I2, I )- $ (Cd2 ,Cd)=()=r Gm =-zFE =-2 X (96500C mol-1) X= mollnK$G$r mRT181100J mol(8.314J K 1 mol 1) 298K73.096K$5.56 1031$(Cd2 ,Cd)=,當(dāng)反應(yīng)式的各項(xiàng)系數(shù)均縮小至原來的二分之一時(shí)G$.m是容量性質(zhì),數(shù)值縮小至原來的二分之一，即G$m(2)=

15、G$m (1)=-mol-1平衡常數(shù)則以指數(shù)形式減少K： (2) K$1(1)2=x 1015。15電池反應(yīng)和所給的化學(xué)反應(yīng)一致，說明所設(shè)計(jì)的電池是正確的。查標(biāo)準(zhǔn)電極電勢表$之間的關(guān)系rGm (1)=-3FE (Fe3+,Fe) rGm (2) =-2FE (Fe2+,Fe) rGm (3) =-FE (Fe3+,Fe2+) rGm (2) = rGm (3)$11、列式表示下列兩組標(biāo)準(zhǔn)電極電勢之間的關(guān)系。3+-2+-3+ -2+(1) Fe +3e t Fe(s), Fe+2e t Fe(s), Fe+e t Fe4+-2+-4+-2+(2) Sn +4e t Sn(s), Sn+2e t

16、Sn(s), Sn+2e t Sn解 利用狀態(tài)函數(shù)法，由各電極反應(yīng)的吉布斯函數(shù)變化間的關(guān)系給出各電極反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(1) Fe 3+3e-t Fe(s)Fe2+2e-t Fe(s)Fe3+e-t Fe2+ -二,rGm(1)-3+2+3+2+-3FE (Fe ,Fe)-2FE (Fe ,Fe)=-FE (Fe ,Fe )得 E (Fe ,Fe )=3E (Fe ,Fe)-2E (Fe ,Fe) Sn 4+4e-t Sn(s) rGm (1)=-4FE (Sn 4+,Sn)Sn2+2e-tSn(s)r G 叮(2) =-2FE (Sn 2+,Sn)Sn4+2e-tSn2+ G； (3) =-

17、2FE (Sn 4+,Sn2+)-二,rG；(1)- rG： (2) = rG；(3)得 4E (Sn 4+,Sn)-2E(Sn2+,Sn)=2E(Sn 4+,Sn2+)即 E (Sn 4+,Sn2+)=2E(Sn 4+,Sn)-E(Sn 2+,Sn)13、試設(shè)計(jì)一個(gè)電池，使其進(jìn)行下述反應(yīng)Fe2+(aFe2 )+Ag ( aAg)丄 Ag(s)+Fe 3 ( aFe3 )(1)寫出電池的表示式；(2)計(jì)算上述電池反應(yīng)在$298K,反應(yīng)進(jìn)度為1mol時(shí)的平衡常數(shù) Ka ;(3)若將過量磨細(xì)的銀粉加到濃度為kg1的Fe(NQ)3溶液中，求當(dāng)反應(yīng)達(dá)平衡后Ag的濃度為多少？(設(shè)活度系數(shù)均等于1)。解

18、(1)在反應(yīng)式中Fe2+氧化成，Ag+還原成Ag(s)，故設(shè)計(jì)成的電池為_3+2+ 11 +Pt|Fe,Fe II Ag |Ag(s)查標(biāo)準(zhǔn)電極電勢表$ (Ag , Ag) =,$(Fe3 , Fe2 )=,所以(e= $(Ag ,Ag) -$(Fe3 ,Fe2 ) = lnK$zFE$RT1 (0.0281V) (96500C mol 1)(8.314J K 1 mol 1) 298K1.0945$K a 2.988 (3)設(shè)平衡時(shí)Ag+的濃度為x mol kg2+ +B3+ Fe ( aFe2 )+Ag ( aAg ) ” Ag(s)+Fe ( aFe3 )-1t=000 kg-1t=t

19、e x x mol kg1 $(0.05 x)mol kg / m(x/m$ )22.988，解得x= ,即平衡時(shí)Ag+的濃度為kg-1。26、計(jì)算298K時(shí)下述電池的電動(dòng)勢 E-1Pb(s)+PbCI 2(s)|HCI kg )|H 2X p ),Pt$2已知 (Pb , Pb) =, 298K時(shí)，PbCl2(s)在水中飽和溶液的濃度為mol kg-1。(設(shè)活度系數(shù)均等于1)。解 電池負(fù)極 Pb(s)+2Cl -( aCl )-2e -tPbCl2(s)電池正極2H ( a h )+2e t H2( aH 2 )電池反應(yīng)Pb(s)+2CI -( ac| )+2H+( aH )= H 2( a

20、H2 )+PbCI 2(s)E $(H E)$(Pb,PbCI2,CI )RT|n zFaH222a aH Cl在計(jì)算e時(shí)，需要的$ (PbCI2, Pb, Cl )數(shù)值，這可由已知$ (Pb1 2 , Pb)=和PbCb(s)在水中飽和溶液的濃度數(shù)據(jù)求算。PbCI 2(s)在水中達(dá)溶解平衡PbCl2(s) FPb2+(aJ+2CI(a 2)rG；(1)RT In Ksp ,Pb2+(ai)+2e- Pb(s)2F $(Pb2 ,Pb),兩反應(yīng)式相加得PbC%s)+2e t Pb(s)+2CI(a 2),-2F$(PbCl2,Pb,CI ),由吉布斯函數(shù)之間的關(guān)系(PbCI2,Pb,CI )=

21、$(Pb2 ,Pb) + RTInKsp?？偨Y(jié)此關(guān)系，有(二類電極)RT(一類電極)F I nKsp因此$(PbCI2,Pb,CI )0.126VRT ln0.039(2 0.039)20.126V 0.1071V0.2331V所以E 0 ( 0.2331V)RTln0.12F(0.1)2(0.1)20.1445V27、已知298K時(shí)下述電池的電動(dòng)勢 E =,Cu(s) I Cu(Ac) 2 kg-1) | AgAc(s)+Ag(s)溫度升至308K時(shí)，E =，又知298K時(shí)$Ag , Ag0.799V ,CU2 ,cu 0.337V。0.002V0.0002V K 1(308 298)Kr

22、Gm =-zFE = -2-1-1x (96500C mol ) x = molr Sm =zF t=2p-1-1x (96500C mol ) x K )-1-1-K molr Gm +Tr Sm(1)K1 mol-1)= mol-1 )+(298K) x=kJ mol-1(3) 由所給電池的電池反應(yīng)，給出能斯特方程為E ( AgAc,Ag,Ac$Cu2,cu)學(xué)“心山aAc)0.372V ( AgAc,Ag,Ac0.337V) RTl 門0.1(0.2)2$AgAc, Ag ,Ac0.638V對(duì)二類電極及相關(guān)的難溶鹽,所以RT ln Ksp F$AgAc,Ag,AcAg ,Ag0.6矽0.

23、799V0.161VKsp = x 10-3。32、在298K時(shí)有下述電池Pt,H2(p )|HI(m)|Aul(s)+Au(s)、41已知當(dāng) HI濃度 m=1 x 10- mol kg-時(shí),當(dāng) m = kg-1 時(shí),+ $E =。電極Au+ |Au(s)的 值為，試求:(1)HI濃度為m = kg-1時(shí)的AuI(s)的活度積 Ka。解(1)此問是根據(jù)電池能斯特方程中E與間的關(guān)系來求，首先應(yīng)寫出電池反應(yīng)，負(fù)極12 H2(p )-e h+( aH )正極 AuI(s)+ eau(s)+i 一( aI)電池反應(yīng)1尹(卩)+AuI(s)= Au(s)+ H+ )+I(al )能斯特方程E($ $(Aul, Au,lH也)RTFln(aH a| )E AuI,Au,I卩（耳）2Fm$當(dāng)m =1 x 10-4mol kg-1時(shí)，因濃度特稀,可近似等于1,所以當(dāng)m = kg 1時(shí)，代回能斯特方程解得0.97V$AuI ,