
1、写出下列浓差电池的电池反应,计算在 298 K 时的电动势:
Zn(s)│Zn2+(a=0.004)‖Zn2+(a=0.02)│Zn(s)
Pb(s)│PbSO4(s)│SO (a=0.02)‖SO (a=0.001)│PbSO4(s)│Pb(s)
答案: (1) 电池反应 Zn2+(a=0.02) ─→Zn2+(a=0.004)
E = -RT/2F×ln(0.004/0.02) = 0.0207 V
(2) 电池反应 SO (a=0.01) ─→ SO (a=0.001)
E = -RT/2F×ln(0.001/0.01) = 0.0296 V
2、298 K时,下列电池的电动势为 E/V=0.160235+1.0023×10-3T/K-2.541×10-6(T/K)2
Ag(s)+AgCl(s)│HCl(1.0 mol·kg-1, =0.809)│H2(p)│Pt
求 (AgCl,Ag,Cl-)的值。
答案:解: 电池反应 Ag(s)+HCl(1.0 mol·kg-1)─→AgCl+H2(p)
E = 0.2333 V
E =E-RT/F×ln[1/(a+a-)] (a+a-=1×2)
E= (AgCl,Ag,Cl-)=0.2224 V
3、在 p压力、18℃下,白锡与灰锡处于平衡。 从白锡到灰锡的相变热为-2.01 kJ·mol-1,请计算以下电池在 0℃和 25℃时的电动势。
Sn(s,白)│SnCl2(aq)│Sn(s,灰)
答案:电池反应: Sn(s,白) ─→ Sn(s,灰)
291 K 达平衡 G = G= 0
S= (H- G)/T = -6.91 J·K-1·mol-1
在 273 – 298 K 间视 H 为常数
273 K:G= H- TS= -124 J·mol-1
E= -G/zF = 0.000 V
298 K:G= 49 J·mol-1
E= -0.00025 V
4、一个原电池是由固态铝电极和固态的 Al- Zn 合金电极以及熔融的 AlCl3- NaCl混合物作电解质形成,当铝在合金电极中的物质的量分数是 0.38,电池电动势在653 K时为 7.43 mV 试计算 Al(s) 在 Al - Zn(s) 合金中的活度。
答案:电池: Ag(s)│AlCl3(在NaCl中)│Al(s)(在Zn中,x(Al)=0.38)
电池反应: Al(s) Al(s) [x(Al)=0.38]
E = -RT/3F × lna(合金)/a(Al) a(Al) = 0.673
5、在 298 K 时有下述电池:
Pb(s)│Pb2+(a=0.1)‖Ag+(a=0.1)│Ag(s)
(a) 写出电极反应并计算其电极电势
(b) 计算电池的电动势和电池反应的 rGm
已知 (Ag+,Ag) = 0.7991 V, (Pb2+,Pb) = -0.126 V
答案: (1) (-) Pb(s) - 2ePb2+(a=1)
(+) 2Ag+(a=1) + 2e-2Ag(s)
(Ag+,Ag) = (Ag+/Ag) - RT/2F × ln[1/a2(Ag+)] = 0.7991 V
(Pb2+,Pb) = (Pb2+,Pb) - RT/2F × ln[1/a(Pb2+)] = -0.126 V
(2) E = (右) - (左) = 0.7991 V - (-0.126 V) = 0.925 V
rGm = -zEF = -178.5 kJ·mol-1
* 如果电池反应的电子得失数为 1,E不变,而 rGm= -.26 kJ·mol-1
6、298 K时,有如下两个反应:
A、 2Hg(l)+O2(g)+2H2O(l)=2Hg2++4OH –
B、 2Hg(l)+O2(水中溶解态)+2H2O(l)=2Hg2++4OH –
将反应A、设计成电池,其E = - 0.453 V。工业排放的废汞,可与水中溶解氧发生
如B、所示的反应,设废液呈中性,在液面上O2(g)分压为0.21×p ,活度系数均为1。
⑴ 写出反应A、的电池表示式。
⑵ 当废液中的[Hg2+]为1×10-5 mol·kg -1时,反应B、能否自发进行?
⑶ [Hg2+]在废液中浓度为多少时,不再与溶解O2反应?
答案:⑴ Hg(l)|Hg2+||OH -|O2(g),Pt
⑵,能自发进行。
⑶
[Hg2+]=2.09×10-2 mol·kg-1 Hg2+浓度大于此值时不再反应。
7、用电化学的方法计算2MnO4 -+10I -+16H+→5I2+2Mn2++8H2O反应的平衡常数。已知下列两电极的标准电极电势为:
2MnO4 -+16H++10e -→2Mn2++8H2O 1.515 V
5I2+10e -→10I - 0.536 V
答案:设计电池为:Pt,I2(s)|I -||MnO4 -,Mn2+,H+|Pt
E =1.515 V – 0.536 V=0.979 V
lnK==381.3;K=101
8、298 K 时,下述电池的电动势为 4.55×10-2 V , Ag + AgCl(s)│HCl(aq)│Hg2Cl2(s) + Hg(l)其温度系数 (E/T)p= 3.38×10-4 V·K-1。当有 1 mol电子电量产生时,求电池反应的rGm、rHm、rSm 值。
答案: rGm= -zEF = -4.391 kJ·mol-1
rSm= zF(E/T)p= 32.6 J·K-1·mol-1
rHm= rGm+ TSm= 5.324 kJ·mol-1
9、对半径为 R' 的球形液滴,在温度 T 时,其表面张力为 ,表面积为 A,试求 (/p)T, A 的表示式。
答案:ps= p - p0= 2 /R'
(/p)T, A= R'/2
10、已知某电池的 E=0.058 V (298 K), 其电池反应为:
Ag(s)+Cu2+(a=0.48)+Br-(a=0.40)─→AgBr(s)+Cu+(a=0.32)
(1) 写出两电极上发生的反应
(2) 写出电池的书面表达式
(3) 计算电池的电动势
答案:解:(1) (-) Ag(s)+Br-(0.40)─→AgBr(s)+e-
(+) Cu2+(0.48)+e-─→Cu+(0.32)
(2) Ag(s)│AgBr(s)│Br-(a=0.40)‖Cu+(a=0.32),Cu2+(a=0.48)│Pt
(3) E=E-(RT/F)ln[a(Cu+)/(a(Cu2+)×a(Br-))]=0.045 V
11、下列电池在 298 K 时, 当溶液 pH= 3.98 时, E1=0.228 V; 当溶液为 pHx时,
E2=0.3451V, 求 pHx为多少?
Sb│Sb2O3(s)┃H+(pH)‖KCl(饱和)│Hg2Cl2(s)│Hg(l)
答案:阳极反应为 2Sb+3H2O─→Sb2O3(s)+6H++6e-
-=+RT/(6F) ln a6(H+)=-(0.05916pH)V
E1=+-+(0.05916pH) V=0.228 V
E2=+-+(0.05916pHx)V=0.3451V
E2-E1=0.05916(pHx-pH) V
pHx=(E2 - E1)/0.05916 V+pH=5.96
12、电池 Pt│H2(p)│HBr(0.100 mol·kg-1)│AgBr(s)│Ag(s) 在298 K时, 测得E= 0.200 V。已知 (Ag│AgBr│Br-)=0.071 V。写出电极反应和电池反应, 并求所指浓度下的(HBr) 。
答案:解: H2(g, p) H++e-
AgBr(s)+e- Ag(s)+Br-
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H2(g,p)+AgBr(s) Ag(s)+H++Br-
E=E-RT/F×ln[aa/(p(H2)/p)1/2]
p(H2)=p, E=0.071 V-0=0.071V
ln(a·a)=(E-E)/(RT/F)=-5.0244
a·a=(c/c·c/c)2(HBr) =0.811
13、电池: Pt│H2(p)│HCl(0.01 mol·kg-1)‖NaOH(0.01 mol·kg-1)│H2(p)│Pt在 298 K 时的电动势为 -0.587 V,求水的离子积。
(0.01 mol·kg-1 水溶液中 ,HCl 和 NaOH 的平均活度系数为 0.904)
答案:电池反应 H+(a1) ─→ H+(a2)
HCl 溶液中 H+ 的活度 a1= m+/m = m/m
E = -RT/F×ln(a1/a2) a2 = 1.06×10-12
已知 0.01 mol·kg-1 NaOH 溶液中 a(OH-) = m/m= 9.04×10-3
Kw = a(OH-) a2 = 0.96×10
