電動(dòng)勢(shì)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，H2()HCl(a)Cl2()，Pt（2）Pt，H2()H+()Ag+()Ag(s)（3）Ag(s)+AgI(s)I()Cl()AgCl(s)+Ag(s)（4）Pb(s)+PbSO4(s)()Cu()Cu(s)（5）Pt，H2()NaOH(a)HgO(s)+Hg(l)（6）Pt，H2()H+(aq)Sb2O3(s)+Sb(s)（7）PtFe3+(a1)，F(xiàn)e2+(a2)Ag+()Ag(s)（8）Na(Hg)(aam)Na+()OH()HgO(s)+Hg(l)解1：（1）負(fù)極 H2()2e2H+() 正極 Cl2()+2e2C

2、l() 電池反應(yīng) H2()+Cl2()=2HCl(a) (2) 負(fù)極 H2()2e2H+() 正極 2 Ag+()+2e2 Ag(s)電池反應(yīng) H2()+2 Ag+()=2 Ag(s)+ 2H+()（3）負(fù)極 Ag(s)+ I()eAgI(s) 正極 AgCl(s) +e Ag(s)+ Cl() 電池反應(yīng) AgCl(s) + I()=AgI(s) + Cl()（4）負(fù)極 Pb(s)+()2ePbSO4(s) 正極 Cu()+2eCu(s) 電池反應(yīng) Pb(s)+()+Cu()=PbSO4(s)+ Cu(s)（5）負(fù)極 H2()+2OH()-2e2H2O(l) 正極 HgO(s)+ H2O(l)

3、+ 2e2OH()+Hg(l) 電池反應(yīng) H2()+HgO(s)= Hg(l) + H2O(l)（6）負(fù)極 3 H2()-6e6H+( aq) 正極 Sb2O3(s)+ 6H+( aq)+ 6e2Sb(s)+ 3H2O(l) 電池反應(yīng) Sb2O3(s)+3 H2()=2Sb(s)+ 3H2O(l)（7）負(fù)極 Fe2+(a2) -eFe3+(a1) 正極 Ag+()+eAg(s) 電池反應(yīng) Ag+()+ Fe2+(a2)= Ag(s)+ Fe3+(a1)（8）負(fù)極 2Na(Hg)(aam) -2e2Na+()+2Hg(l) 正極 HgO(s) + H2O(l) +2eHg(l)+ 2OH() 電

4、池反應(yīng) 2Na(Hg)(aam)+ HgO(s) + H2O(l)= 3Hg(l) +2Na+()+2OH()2、試將下述化學(xué)反應(yīng)設(shè)計(jì)成電池。(1)AgCl(s)=Ag+(aAg+)+Cl (aCl-)(2) AgCl(s)+ I (aI-)= AgI(s)+ Cl (aCl-)(3)H2()+HgO(s)= Hg(l)+H2O(l)(4)Fe2+()+ Ag+(aAg+)= Fe3+()+ Ag(s)(5)2H2()+O2() =2H2O(l)(6)Cl2()+2I(aI-)=I2(s)+2Cl (aCl-)(7)H2O(l)=H+(aH+)+OH (aOH-)(8)Mg(s)+(1/2)O

5、2(g)+H2O(l)=Mg(OH)2(s)(9)Pb(s)+HgO(s)=Hg(l)+PbO(s)(10)Sn2+()+Tl3+()= Sn4+()+Tl+()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+(aAg+)Cl(aCl-)|AgCl(s)|Ag(s)(2) Ag(s)| AgI(s)|I(aI-)Cl(aCl-)|AgCl(s)|Ag(s)(3)Pt|H2(g)|OH (aOH-)|HgO(s)| Hg(l)(4) Pt|Fe3+()，F(xiàn)e2+()Ag+(aAg+)| Ag(s)(5)Pt|H2(g)|H+(aH+)|O2(g)|Pt(6)Pt|I2(s)|I

6、(aI-)Cl(aCl-)|Cl2(g)|Pt(7)Pt|H2(g)|H+(aH+)OH (aOH-)|H2(g)|Pt負(fù)極反應(yīng)：H2(g)2H+(aH+)+2e- 正極反應(yīng)：2H2O(l)+2e-H2(g)+2OH (aOH-)電池反應(yīng)：2H2O(l)2H+(aH+)+2OH (aOH-)(8)Mg(s)|Mg2+(aMg2+)OH (aOH-)|O2(g)|Pt負(fù)極反應(yīng)：Mg(s)Mg2+(aMg2+)+2e-正極反應(yīng)：(1/2)O2(g)+H2O(l) +2e-2OH (aOH-)電池反應(yīng)：Mg(s)+ (1/2)O2(g)+H2O(l)Mg2+(aMg2+)+2OH (aOH-)(9)

7、Pb(s)|PbO(s)|H+(aH+)|HgO(s)|Hg(l)負(fù)極反應(yīng)：Pb(s)+H2O(l)PbO(s)+2H+(aH+)+2e-正極反應(yīng)：HgO(s)+2H+(aH+)+2e-Hg(l)+H2O(l)電池反應(yīng)：Pb(s)+ HgO(s)PbO(s)+Hg(l)(10)Pt|Sn2+()，Sn4+()Tl3+()，Tl+()|Pt負(fù)極反應(yīng)：Sn2+()Sn4+()+2e-正極反應(yīng)：Tl3+()+2e-Tl+()電池反應(yīng)：Sn2+()+ Tl3+()Sn4+()+ Tl+()3、從飽和韋斯頓電池的電動(dòng)勢(shì)與溫度的關(guān)系式，試求在298.15K，當(dāng)電池產(chǎn)生2mol電子的電量時(shí)，電池反應(yīng)的、和，

8、已知該關(guān)系式為E×10-5(T/K-293.15)-9.5×10-7(T/K-293.15)2 解 先求T=298.15K時(shí)電池的電動(dòng)勢(shì)E×10-5(298.15-293.15)-9.5×10-7(298.15-293.15)2 =1.01823再求T=298.15K時(shí)電池電動(dòng)勢(shì)的溫度系數(shù)接下來(lái)可求、和=-zFE=-2×(96500C·mol-1)×(1.01823V)=-196.5kJ·mol-1 =zF=2×(96500C·mol-1)×(-5.0×10-5V·

9、K-1)=-9.65J·k-1·mol-1 =-196.5kJ·mol-1+(298.15K)×(-9.65J·k-1·mol-1)=-199.38kJ·mol-1 4、298K時(shí)下述電池的E為1.228VPt,H2(p$)H2SO4(0.01mol·kg-1)O2(p$),Pt已知水的生成熱 。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(shì)。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H2(p$)+（1/2）O2(p$)= H2O(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)

10、的焓變，即（1）（2）由吉布斯亥姆霍茲公式，將G=-zFE帶入，得，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。將T1=298K, T2=273K, E1=1.228V, z=2, F =96500C·mol-1, 帶入上式可計(jì)算得E2=1.249V。5、電池Zn(s)ZnCl2(0.05mol·kg-1×10-4×(T/K-298)。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、和以及此過(guò)程的可逆熱效應(yīng)。解 當(dāng)T=×10-4×(298-298)= 1.015=-4.92×10-4V·K-1 所以

11、 =-zFE=-2×(96500C·mol-1)×(1.015V)=-195.9kJ·mol-1 =zF=2×(96500C·mol-1)×(-4.92×10-4V·K-1) =-94.96J·k-1·mol-1 =-195.9kJ·mol-1+(298K)×(-94.96J·k-1·mol-1)=-224.2kJ·mol-1 =（298K）×(-94.96J·k-1·mol-1) =-28.3kJ

12、3;mol-1。9、試為下述反應(yīng)設(shè)計(jì)一電池Cd(s)+I2(s)=Cd2+()+2I-()求電池在298K時(shí)的E$，反應(yīng)的和平衡常數(shù)。如將反應(yīng)寫成Cd(s)+I2(s)=Cd2+()+I-()再計(jì)算E$、和，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Cd2+，應(yīng)為負(fù)極；I2被還原成I-，應(yīng)為正極。設(shè)計(jì)的電池為：Cd(s)|Cd2+()I-()|I2(s) |Pt其電極和電池反應(yīng)為：負(fù)極 Cd(s)-2e-Cd2+()正極 I2(s)+2e-2I-() 電池反應(yīng) Cd(s)+I2(s)=Cd2+()+2I-()電池反應(yīng)和所給的化學(xué)反應(yīng)一致,說(shuō)明所設(shè)計(jì)的電池是正確的。

13、查標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)表，=-0.4029V, =0.5355V, 所以 E$=-=0.5355V-（-0.4029V）=0.9384V=-zFE$=-2×(96500C·mol-1)×(0.9384V)=-181.1kJ·mol-1 當(dāng)反應(yīng)式的各項(xiàng)系數(shù)均縮小至原來(lái)的二分之一時(shí), E$是強(qiáng)度性質(zhì),數(shù)值不變; 是容量性質(zhì),數(shù)值縮小至原來(lái)的二分之一,即 (2)=(1)=-90.55kJ·mol-1平衡常數(shù)則以指數(shù)形式減少 =7.46×1015。11、列式表示下列兩組標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)之間的關(guān)系。(1) Fe3+3e-Fe(s), Fe2+2e-Fe(s

14、), Fe3+e-Fe2+ (2) Sn4+4e-Sn(s), Sn2+2e-Sn(s), Sn4+2e-Sn2+ 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(shì)之間的關(guān)系(1) Fe3+3e-Fe(s) =-3FE$(Fe3+,Fe)Fe2+2e-Fe(s) =-2FE$(Fe2+,Fe)Fe3+e-Fe2+ =-FE$(Fe3+,Fe2+)-=, -=-3FE$(Fe3+,Fe)-2FE$(Fe2+,Fe)=-FE$(Fe3+,Fe2+)得 E$ (Fe3+,Fe2+)=3E$ (Fe3+,Fe)-2E$ (Fe2+,Fe) (2) Sn4+4e-Sn

15、(s) =-4FE$ (Sn4+,Sn) Sn2+2e-Sn(s) =-2FE$ (Sn2+,Sn)Sn4+2e-Sn2+ =-2FE$ (Sn4+,Sn2+)-=, -=得 4E $ (Sn4+,Sn)-2E $(Sn2+,Sn)=2E $ (Sn4+,Sn2+)即 E $ (Sn4+,Sn2+)=2E $ (Sn4+,Sn)-E $(Sn2+,Sn)13、試設(shè)計(jì)一個(gè)電池，使其進(jìn)行下述反應(yīng) Fe2+()+Ag+()Ag(s)+Fe3+()（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);（3） 若將過(guò)量磨細(xì)的銀粉加到濃度為0.05mol·

16、kg-1的Fe(NO3)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 （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 Pt|Fe3+,Fe2+Ag+|Ag(s)查標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)表=0.7991V, =0.771V, 所以（2） E$=-=0.7991V-0.771V=0.0281V（3）設(shè)平衡時(shí)Ag+的濃度為x mol·kg-1 Fe2+()+Ag+()Ag(s)+Fe3+()t=0 0 0 0.05mol·kg-1t=te x x (0.05-x)mol·kg-1，解得x=0.0442mol·, 即平

17、衡時(shí)Ag+的濃度為0.0442mol·kg-1。26、計(jì)算298K時(shí)下述電池的電動(dòng)勢(shì)EPb(s)+PbCl2(s)|HCl(0.1mol·kg-1)|H2(0.1×p$),Pt已知=-0.126V, 298K時(shí)，PbCl2(s)在水中飽和溶液的濃度為0.039 mol·kg-1。(設(shè)活度系數(shù)均等于1)。解 電池負(fù)極 Pb(s)+2Cl-()-2e-PbCl2(s)電池正極 2H+()+2e-H2()電池反應(yīng) Pb(s)+2Cl-()+2H+()= H2()+PbCl2(s)在計(jì)算E時(shí)，需要的數(shù)值，這可由已知=-0.126V和PbCl2(s)在水中飽和溶液

18、的濃度數(shù)據(jù)求算。PbCl2(s)在水中達(dá)溶解平衡PbCl2(s)Pb2+(a1)+2Cl-(a2) 其，Pb2+(a1)+2e-Pb(s) 其,兩反應(yīng)式相加得PbCl2(s)+2e-Pb(s)+2Cl-(a2)，其-2F ，由吉布斯函數(shù)之間的關(guān)系=+。總結(jié)此關(guān)系，有 因此所以 27、已知298K時(shí)下述電池的電動(dòng)勢(shì)E = 0.372V， Cu(s)Cu(Ac)2(0.1mol·kg-1)AgAc(s)+Ag(s)溫度升至308K時(shí)，E = 0.374V，又知298K時(shí)，。(1) 寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)；(2) 298K時(shí)，當(dāng)電池可逆地輸出2mol電子的電量時(shí)，求電池反應(yīng)的、和。設(shè)電動(dòng)勢(shì)

19、E隨T的變化率有定值。(3) 求醋酸銀AgAc(s)的溶度積Ksp ，設(shè)活度系數(shù)均為1。解 (1)負(fù)極反應(yīng)Cu(s)-2eCu2+()正極反應(yīng)2AgAc(s)+2e2Ag(s)+2Ac()電池反應(yīng)Cu(s)+2AgAc(s)=Cu2+()+2Ac()+2Ag(s)(2) =-zFE = -2×(96500C·mol-1)×(0.372V)=-71.80kJ·mol-1 =zF =2×(96500C·mol-1)×(0.0002V·K-1) =38.6J·K-1·mol-1=+T =(-71.80kJ·mol-1)+(298K)×(38.6J·K-1·mol-1) =-60.29 kJ·mol-1(3)由所給電池的電池反應(yīng)，給出能斯特方程為對(duì)二類電極及相關(guān)的難溶鹽，有所以 Ksp =1.89×10-3。32、在298K時(shí)有下述電池 Pt,H2(p$)|HI(m)|AuI(s)+Au(s)已知當(dāng)HI濃度