南京大学《物理化学》练习 第八章 可逆电池的电动势及其应用

1、 第八章第八章 可逆电池的电动势及其应用可逆电池的电动势及其应用 返回上一页返回上一页 1. 1. 试将下述化学反应设计成电池试将下述化学反应设计成电池: : (1) AgCl(s)=Ag+(aAg+)+Cl(1) AgCl(s)=Ag+(aAg+)+Cl- -(aCl(aCl- -) ) (2) AgCl(s)+I(2) AgCl(s)+I- -(aI(aI- -)=AgI(s)+Cl)=AgI(s)+Cl- -(aCl(aCl- -) ) (3) H2(pH2)+HgO(s)=Hg(l)+H2O(l) (3) H2(pH2)+HgO(s)=Hg(l)+H2O(l) (4) Fe2+(aFe

2、2+)+Ag+(aAg+)=Fe3+(aFe3+)+Ag(s) (4) Fe2+(aFe2+)+Ag+(aAg+)=Fe3+(aFe3+)+Ag(s) (5) H2(pH2)+1/2 O2(pO2)=H2O(l)(5) H2(pH2)+1/2 O2(pO2)=H2O(l) (6) Cl2(pCl2)+2I(6) Cl2(pCl2)+2I- -(aI(aI- -)=I2(s)+2Cl)=I2(s)+2Cl- -(aCl(aCl- -) ) 2. 298K2. 298K时下述电池的时下述电池的E E为为1.228 V 1.228 V Pt,H2(Pt,H2( )|H2SO4(0.01 mol/kg

3、)|O2( )|H2SO4(0.01 mol/kg)|O2( ),Pt ),Pt 已知已知H2O(l)H2O(l)的生成热的生成热 为为- -286.1 kJ/mol.286.1 kJ/mol.试求试求: : (1) (1) 该电池的温度系数该电池的温度系数. . (2) (2) 该电池在该电池在273 K273 K时的电动势时的电动势. .该反应热在该温度区间内为常数该反应热在该温度区间内为常数. . 3. 3. 电池电池Zn(s)|ZnCl2(0.05 mol/kg)|AgCl(s)+Ag(s) Zn(s)|ZnCl2(0.05 mol/kg)|AgCl(s)+Ag(s) 的电动势的电动势

4、E E =1.0151.015- - 4.92 4.92(T/K(T/K- -298)V.298)V.试计算在试计算在298 K298 K当电池有当电池有2 mol 2 mol 电子电子 的电量输的电量输 出时出时, ,电池反应的电池反应的r rG Gm, m, r rH Hm, m, r rS Smm和此过程的可逆热和此过程的可逆热 效应效应Q QR. R. 4. 4. 一个可逆电动势为一个可逆电动势为1.07 V1.07 V的原电池的原电池, ,在恒温槽中恒温至在恒温槽中恒温至2 293 K.93 K.当此当此 电池短路时电池短路时( (即直接发生化学反应即直接发生化学反应, ,不作电功不

5、作电功), ),有有1000 C1000 C的电量通过的电量通过. .假假 定电池中发生的反应与可逆放电时的反应相同定电池中发生的反应与可逆放电时的反应相同, ,试求以此电池和恒温试求以此电池和恒温 槽都看作体系时总的熵变化槽都看作体系时总的熵变化. .如果要分别求算恒温槽和电池的熵变化如果要分别求算恒温槽和电池的熵变化, , 还需何种数据还需何种数据? ? 5. 5. 试为下述反应设计一电池试为下述反应设计一电池 Cd(s)+Cd(s)+I2(s)=Cd2+(aCd2+=1.0)+22(s)=Cd2+(aCd2+=1.0)+2I- -(aI(aI- -=1.0) =1.0) 求电池在求电池在

6、298K298K时的时的 , , 反应的反应的 和平衡常数和平衡常数 . .如将反应写成如将反应写成 1/2 Cd(s)+1/2 1/2 Cd(s)+1/2 I2(s)=1/2 2(s)=1/2 Cd2+(aCd2+=1)+Cd2+(aCd2+=1)+I- -(a(aI- -=1) =1) 再计算再计算, , 和和 , ,以此了解反应方以此了解反应方 程式的写法对这些数值的影响程式的写法对这些数值的影响. . 6. 6. 列式表示下列两组标准电极电势列式表示下列两组标准电极电势 之间的关系之间的关系. . 7. 7. 试设计一个电池试设计一个电池, ,使其中进行下述反应使其中进行下述反应 Fe

7、2+(aFe2+)+ Ag+(aAg+) Fe2+(aFe2+)+ Ag+(aAg+) =Ag(s)+Fe3+(aFe3+)=Ag(s)+Fe3+(aFe3+) (1) (1) 写出电池的表示式写出电池的表示式. . (2) (2) 计算上述电池反应在计算上述电池反应在298K,298K,反应进度反应进度为为1 mol 1 mol 的平衡常数的平衡常数 . . (3) (3) 如将过量磨细的银粉加到浓度为如将过量磨细的银粉加到浓度为0.05 mol/kg0.05 mol/kg的的Fe(NO3)3Fe(NO3)3溶液溶液中中, , 求当反应达平衡后求当反应达平衡后Ag+Ag+的浓度为多少的浓度为

8、多少?(?(设活度系数均等于设活度系数均等于1)1) 8. 8. 试设计合适的电池判断在试设计合适的电池判断在298K298K时时, ,将金属银插在碱溶液中将金属银插在碱溶液中, ,在通常在通常 的空气中银是否会被氧化的空气中银是否会被氧化?(?(空气中氧的分压为空气中氧的分压为0.210.21 ). ).如果在溶液如果在溶液 中加入大量的中加入大量的CNCN- -, ,情况又怎样情况又怎样? ? 已知已知 Ag(CN)2 Ag(CN)2- - + e + e- - - - Ag(s)+2CNAg(s)+2CN- - = =- -0.31V0.31V 9. 9. 在在298K298K时时, ,

9、分别用金属分别用金属FeFe和和CdCd插入下述溶液中插入下述溶液中, ,组成电池组成电池, ,是判断是判断 何种金属首先被氧化何种金属首先被氧化? ? (1)(1)溶液中含溶液中含Fe2+Fe2+和和Cd2+Cd2+离子离子的浓度都是的浓度都是0.1 mol/kg0.1 mol/kg (2)(2)溶液中含溶液中含 Fe2+ Fe2+为为0.1 mol/kg,0.1 mol/kg,而而Cd2+Cd2+为为0.0036 mol/kg. 0.0036 mol/kg. 10. 10. 在在298K298K时时, ,试从标准生成吉布斯自由能计算下述电池的电动势试从标准生成吉布斯自由能计算下述电池的电动

10、势 Ag(s)+AgCl(s)|NaCl(a=1)|Hg2Cl2(s)+Hg(l) Ag(s)+AgCl(s)|NaCl(a=1)|Hg2Cl2(s)+Hg(l) 已知已知AgCl(s) AgCl(s) 和和 Hg2Cl2(s)Hg2Cl2(s)的标准生成吉布斯自由能分别为的标准生成吉布斯自由能分别为- -109.57109.57和和- -210.35 kJ/mol.210.35 kJ/mol. 11. 11. 根据下列在根据下列在298K298K和和 下的数据下的数据, ,计算计算HgO(s)HgO(s)在该温度时的离解在该温度时的离解 压压. . (1) (1) 下述电池的下述电池的 =0

11、.9265 V=0.9265 V Pt,H2(Pt,H2( )|NaOH(a=1)|HgO(s)+Hg(l) )|NaOH(a=1)|HgO(s)+Hg(l) (2) H2(2) H2( )+1/2O2( )+1/2O2( )=H2 )=H2O(l) O(l) = =- -285.85kJ*mol285.85kJ*mol- -1 1 (3) 298K(3) 298K时下列物质的摩尔熵值时下列物质的摩尔熵值 化合物化合物 HgO(s) HgO(s) O2(g)O2(g) H2O(l) H2O(l) Hg(l) Hg(l) H2(g) H2(g) /J/(K/J/(Kmol)mol) 73.227

12、3.22 205.1205.1 70.0870.08 77.477.4 130.7 130.7 12. 298K12. 298K时时,10 mol/kg,10 mol/kg和和6 mol/kg6 mol/kg的的HClHCl水溶液中水溶液中HClHCl的分压为的分压为560560 和和18.7Pa,18.7Pa,试计算下述两电池的电动势的差值试计算下述两电池的电动势的差值. . (Pt)H2( (Pt)H2( )|HCl(10 mol/kg)|Cl2()|HCl(10 mol/kg)|Cl2( )(Pt) )(Pt) (Pt)H2(Pt)H2( )|HCl(6 mol/kg)|Cl2( )|H

13、Cl(6 mol/kg)|Cl2( )(Pt) )(Pt) 13. 13. 在在298K298K时时, ,测得下述电池的测得下述电池的E E为为0.695V, 0.695V, Zn(s)|Zn2+(aZn2+=0.01)|H+(aH+=0.02)|H2(pH2),Pt Zn(s)|Zn2+(aZn2+=0.01)|H+(aH+=0.02)|H2(pH2),Pt 通入通入H2(g)H2(g)时时, , 液面上总压为液面上总压为100.5 kPa,100.5 kPa,这时水的饱和蒸汽压为这时水的饱和蒸汽压为3.20kPa,3.20kPa,并已知液接并已知液接 电势为电势为- -0.030V,0.0

14、30V,求求ZnZn电极的电极的 (Zn2+,Zn). (Zn2+,Zn). 设氢气为理想气体设氢气为理想气体. . 14. 14. 已知已知298K298K时时 2H2O(g) = 2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) = 2H2(g)+O2(g) 反应的平衡常数为反应的平衡常数为 9.79.7, ,这时这时H2OH2O的饱和蒸汽压为的饱和蒸汽压为3200Pa,3200Pa,试求试求298K298K时下述电池的时下述电池的 电动势电动势E.E. Pt,H2(Pt,H2()|H2SO4(0.01 mol/kg)|O2()|H2SO4(0.01 mol/kg)|O2(),Pt ),Pt (2

15、98K(298K时的平衡常数是根据高温下的数据间接求出的时的平衡常数是根据高温下的数据间接求出的. .由于氧电极上的由于氧电极上的 电极反应不易达到平衡电极反应不易达到平衡, ,不能测出不能测出E E的精确值的精确值, ,所以可通过上法来计算所以可通过上法来计算 E E值值) ) 15. 15. 计算计算298298K K时下述电池的电动势时下述电池的电动势E, Pb(s)+PbCl2(s)|HCl(0.1 E, Pb(s)+PbCl2(s)|HCl(0.1 mol/kg)|H2(0.1mol/kg)|H2(0.1),Pt ),Pt 已知已知 (Pb2+,Pb)=(Pb2+,Pb)=- -0.

16、126V,298K 0.126V,298K 时时,PbCl2(s),PbCl2(s)在水中饱和溶液的浓度为在水中饱和溶液的浓度为0.039 mol/kg.0.039 mol/kg.设活度系数均等设活度系数均等 于于1. 1. 16. 16. 已知已知298K298K时下述电池的电动势时下述电池的电动势E=0.372V, Cu(s)|Cu(Ac)2(0.1 E=0.372V, Cu(s)|Cu(Ac)2(0.1 mol/kg)|AgAc(s)+Ag(s) mol/kg)|AgAc(s)+Ag(s) 温度升至温度升至308K308K时时,E=0.374V,E=0.374V,又知又知298K298K

17、时时, , (Ag+,Ag)=0.799V, (Ag+,Ag)=0.799V, (Cu2+,Cu)=0.337V,(Cu2+,Cu)=0.337V, (1) (1) 写出电极反应和电池反应写出电极反应和电池反应. . (2) 298K(2) 298K时时, ,当电池可逆地输出当电池可逆地输出2 mol 2 mol 电子的电量时电子的电量时, ,求电池反应的求电池反应的 rGm, rGm, rHmrHm和和rSm,rSm,设电动势设电动势E E 随随 T T的变化率有定值的变化率有定值. . (3) (3) 求醋酸银求醋酸银AgAc(s)AgAc(s)的溶度积的溶度积Ksp.(Ksp.(设活度系

18、均为设活度系均为1) 1) 17. 17. 已知已知298K298K时浓度为时浓度为7.0 mol/kg7.0 mol/kg的的HClHCl水溶液里水溶液里, ,离子的平均活度离子的平均活度 系数系数=4.66,=4.66,该溶液上方该溶液上方HCl(g)HCl(g)的平衡分压为的平衡分压为46.40Pa,46.40Pa,电极电极 ClCl- -(aCl(aCl- -)|Cl)|Cl2(pCl2),Pt2(pCl2),Pt的标准电极电势为的标准电极电势为1.3595V,1.3595V,求该温度下求该温度下, ,下述反下述反 应的平衡常数应的平衡常数 . . 2HCl(g,2HCl(g, )=

19、Cl2(g, )= Cl2(g, )+H2(g, )+H2(g, ) ) 设气体为理想气体设气体为理想气体. . 18. 18. 对下列电池对下列电池 Pt,H2(p1) |HCl(m)|H2(p2),Pt Pt,H2(p1) |HCl(m)|H2(p2),Pt 设氢气遵从的状态方程为设氢气遵从的状态方程为p pVm =RT+aVm =RT+ap p, ,式中式中a=1.48a=1.48 m3/mol, m3/mol, 且与温度且与温度, ,压力无关压力无关. .当氢气的压力当氢气的压力p1=20p1=20 , p2= , p2= 时时, , (1) (1) 写出电极反应和电池反应写出电极反应和电池反应 (2) (2) 计算电池在计算电池在293 K293 K时的电动势时的电动势 (3) (3) 当电池放电时是吸热还是放热当电池放电时是吸热还是放热? ?为什么为什么? ? (4) (4) 若若a a是温度的函数是温度的函数a=ba=b- -a/RT(a,ba/RT(a,b是常数是常数), ),当