9-0 第9章 可逆电池电动势及应用 修订版 习题-物理化学课后答案-考研试题文档资料系列.doc
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1、第9章 可逆电池电动势 内容提要一、基本知识点:1 可逆电极和可逆电池,电池电动势与DrGm、DrHm和DrSm的关系。2 标准电极电势表的应用(氧化能力的估计、平衡常数的计算等)。 3 电池的电极反应和电池反应,能斯特方程计算原电池的电动势。 4 根据简单化学反应来设计电池。 5 电动势产生的机理及电动势测定的一些应用。二、主要公式:1.原电池电动势的计算 2.可逆电池的热力学 3.液接电势 4.化学反应平衡常数 习题1-B1 计算下列浓差电池在18时的电池电动势: (1) Zn(s)|Zn2+(a1=0.1)|Zn2+(a2=0.5)|Zn(s) (2) Pt(s)|H2(p1=0.1MP
2、a)|HCl(0.1molkg-1)|H2(p2=0.01MPa)|Pt(s) 答: 0.0202V, 0.089V负极:Zn=Zn2+(a1=0.1)+2e-; 正极:Zn2+(a2=0.5)+2e-=Zn电池:Zn2+(a2=0.5)=Zn2+(a1=0.1)负极:H2(p1=0.1MPa)=2H+2e-; 正极:2H+2e-=H2(p1=0.01MPa)电池:H2(p1=0.1MPa)=H2(p2=0.01MPa)2 已知电池反应:2Fe3+Sn2+2Fe2+Sn4+(1)写出电池表达式和电极反应; (2)已知jo(Sn4+|Sn2+)=0.15V, jo(Fe3+|Fe2+)=0.77
3、1V,计算该电池在298K时的标准电动势; (3)计算反应的标准平衡常数。答:1.021021 负极:Sn2+=Sn4+2e-; 正极:2Fe3+2e-=2Fe2+电池表达式:Pt|Sn2+,Sn4+|Fe3+,Fe2+|Pt3 25,电池Ag(s)|AgCl(s)|HCl(b)|Cl2(g,100kPa)|Pt(s)的电动势E=1.136V,电动势的温度系数为-5.9510-4V/K。电池反应为: Ag+(1/2)Cl2(g,100kPa)AgCl(s)。试计算该反应的DrGm、DrSm、DrHm及电池恒温可逆反应放电时过程的可逆热效应QR。答: -109.6kJmol-1; -57.4JK
4、-1mol-1; -126.7kJmol-1; -17.11kJmol-14 电池Pt(s)|H2(p)|NaOH(稀aq)|HgO(s)|Hg(l)| Pt(s),298K时电池电动势E=0.9261V. (1)写出电极反应及电池反应; (2)求298K时电池反应的平衡常数; (3)已知,求308K时电池的电动势E。答:2.141031;0.9233V 负极:H2(pq)+2OH-(aq)2H2O+2e-; 正极:HgO(s)+H2O(l)+2e-2OH-(aq)+Hg(l)电池:H2(pq)+HgO(s)Hg(l)+H2O(l) E=Eq H2(pq)+HgO(s)=Hg(l)+H2O(l
5、)5 电池Zn(s)|ZnCl2(0.555molkg-1)|AgCl(s)|Ag(s),在298K时E=1.015V,已知(E/T) =-4.0210-4VK-1,jq(Zn2+|Zn) =-0.763V,jq(AgCl|Ag+,Cl-)=0.222V。(1) 写出电池反应(两个电子得失); (2)求反应的平衡常数; (3)求ZnCl2的g; (4) 若该反应在恒压反应釜中进行,不做其他功,求热效应是多少? (5) 若反应在可逆电池中进行,热效应是多少?答:2.101033;0.5208;219.02kJ.mol-1; -23.12kJ.mol-1负极:Zn(s)=Zn2+(0.555mol
6、kg-1)+2e-;正极:2AgCl(s)+2e-=2Ag(s)+2Cl-(20.555molkg-1)电池:Zn(s)+2AgCl(s)=ZnCl2(0.555mol.kg-1)+2Ag(s)6 298K时下述电池的电动势E=0.372V,Cu(s)|Cu(Ac)2(0.1molkg-1)|AgAc(s)|Ag(s),温度升至308K时,E=0.374V。已知298K时 jq(Ag+|Ag)=0.799V,jq(Cu2+|Cu)=0.337 V. (1) 写出电极反应和电池反应; (2) 298K时,当电池可逆地输出2mol电子的电量时,求电池反应的rGm,rHm和rSm。设电动势E随T的变
7、化率有定值; (3) 求醋酸银AgAc(s)的溶度积Ksp (设活度系数均为1)。答: -71.8kJ.mol-1; -60.29kJ.mol-1; 38.6kJ.K-1.mol-1; 1.8910-3负极:Cu(s)=Cu2+(0.1mol.kg-1)+2e-; 正极:2AgAc(s)+2e-=2Ag(s)+2Ac-(20.1mol.kg-1)电池:Cu(s)+2AgAc(s)=CuAc2(0.1mol.kg-1)+2Ag(s) AgAc=Ag+Ac-负极:Ag=Ag+e-; 正极:AgAc+e-=Ag+Ac-7. 已知一电池表达式为:Cd(s)|Cd2+(aq)|Cu2+(aq)|Cu(s
8、)。且jq(Cu2+|Cu)=0.337V, jq(Cd2+|Cd)=-0.403V。 (1) 写出电池反应(2个电子得失); (2) 计算该电池在298K时的标准电动势Eo; (3)计算反应的标准平衡常数Ko。 答:0.74V; 1.081025 负极:Cd(s)=Cd2+2e-; 正极:Cu2+2e-=Cu电池:Cd(s)+Cu2+=Cd2+Cu8. 将下列反应设计成电池 (1) Zn(s)+H2SO4(aq)H2(p)+ZnSO4(aq) (2)Ag+()+Cl-()AgCl(s)答:Zn(s)|ZnSO4(aq)|H2SO4(aq)|H2(p)|PtAg(s)|AgCl(s)|Cl-(
9、aCl-)|Ag+(aAg+)|Ag(s)9. 计算25时下列化学电池的电动势: (1) Pt(s)|H2(g,pq)|HCl(0.1molkg-1,=0.80)|AgCl(s)|Ag(s) (2) Ag(s) |AgBr(s)|Br-(a=0.34)|Fe3+(a=0.1),Fe2+(a=0.02)|Pt (s) 答:0.353V; 0.714V 负极:H2(p)=2H+(0.1mol.kg-1,=0.80)+2e-; 正极:2AgCl(s)+2e-=2Ag(s)+2Cl-(0.1mol.kg-1, =0.80)电池:H2(p)+2AgCl(s)=2Ag(s)+2HCl(0.1mol.kg-
10、1,=0.80)jq(AgCl|Ag,Cl-)=0.223V, , 负极:Ag+Br-=AgBr+e-正极:Fe3+e-=Fe2+电池:Ag(s)+Br-(a=0.34)+Fe3+(a=0.1) = AgBr(s)+Fe2+(a=0.02)jq(AgBr|Ag,Br-)=0.071V,jq(Fe3+|Fe2+)=0.771V10. 298.15K测得下面电池的电动势E=1.2270 V,其他数据查表 Zn(s)|ZnCl2(0.0050molkg-1)|Hg2Cl2(s)| Hg(l) 求0.005molkg-1 ZnCl2溶液的平均离子活度、平均离子活度因子和ZnCl2活度。答:0.0060
11、98,0.768,2.2710-7Zn(s)+Hg2Cl2(s) = 2Hg(s)+Zn2+(0.005mol.kg-1)+2Cl-(0.01mol.kg-1) , 11. 试设计一个电池能进行如下反应: (1) 写出电池表达式; (2) 计算上述电池在25时的平衡常数Kq; (3) 若将过量磨细的银粉加到质量摩尔浓度为0.05molkg-1Fe(NO3)3溶液中,求当反应平衡后Ag+的浓度。(设活度因子均等于1)答:2.988; 0.0442 molkg-1 反应: Fe2+ + Ag+ = Fe3+ + Ag(s)平衡浓度 b b 0.05-b12. 已知电池 Pt(s)|H2(101.3
12、25kPa)|HCl(0.1mol.kg-1)|Hg2Cl2(s)|Hg(l)的电动势与温度T的关系为: E/V = 0.0694+1.88110-3(T/K)-2.910-6(T/K)2(1) 写出电池反应;(2) 计算25时该反应的,以及电池恒温可逆放电时该反应过程的热QR。答:-35.898kJmol-1; -31.509kJmol-1; 4.388 kJmol-1 T=298K, , 13. 已知电池Pt(s)|H2(pq)|NaOH(aq)|HgO(s)|Hg(l),在25时的电动势为0.9261 V, 电池Pt(s)|H2(pq)|H2SO4(aq)|O2(pq)|Pt(s),在2
13、5时的电动势为1.229V, HgO的分解温度为838.15K,设rHmq与温度无关。求(1) HgO在25时的分解压, (2)rHmq答: , 电池:Pt(s)|H2(pq)|NaOH(aq)|HgO(s)|Hg(l);反应:H2(p)+HgO(s)=Hg(l)+H2O(l) (1)电池:Pt(s)|H2(pq)|H2SO4(aq)|O2(pq)|Pt(s); 反应:H2(p)+(1/2)O2(p)=H2O(l) (2)反应:HgO(s)=Hg(l)+(1/2)O2(p) (3) 反应(3)=(1)-(2) 298K: HgO分解温度为838.15K,且不随温度变化,即 ,14. 写出下列电
14、池所对应的化学反应(1) Pt(s)|H2(g)|HCl(b)|Cl2(g)|Pt(s)(2) Ag(s)|AgCl(s)|CuCl2(b)|Cu(s)(3) Cd(s)|Cd2+(b1)|HCl(b2)|H2(g)|Pt(s)(4) Cd(s)|CdI2(b1)|AgI(s)|Ag(s)(5) Pb(s)|PbSO4(s)|K2SO4(b1)|KCl(b2)|PbCl2(s)|Pb(s)(6) Ag(s)|AgCl(s)|KCl(b)|Hg2Cl2(s)|Hg(l)(7) Pt(s)|Fe3+,Fe2+|Hg(l)(8) Hg(l)|Hg2Cl2(s)|KCl(b1)|HCl(b2)|Cl2
15、(g)|Pt(s)(9) Sn(s)|SnSO4(b1)|H2SO4(b2)|H2(g)|Pt(s)(10) Pt(s)|H2(g)|NaOH(b)|HgO(s)|Hg(l)答:1. H2(g)+Cl2(g)=2HCl(b)2. 2Ag(s)+CuCl2(b)=Cu(s)+2AgCl(s)3. Cd(s)+2H+(b2)=Cd2+(b1)+H2(g)4. Cd(s)+2AgI(s)=CdI2(b1)+2Ag(s)5. PbCl2(s)+SO42-(b1)=PbSO4(s)+2Cl-(b2) 6. Ag(s)+(1/2)Hg2Cl2(s)=AgCl(s)+Hg(l) 7. Fe2+(1/2)Hg
16、22+=Fe3+Hg(l)8. 2Hg(l)+Cl2(g)=Hg2Cl2(s)9. Sn(s)+2H+(2b2)=Sn2+(b1)+H2(g)10. H2(g)+HgO(s)=Hg(l)+H2O(l)15. 电池Zn(s)|ZnCl2(0.05molkg-1)|AgCl(s)|Ag(s)的电动势E=1.015-4.9210-4(T/K-298)V。试计算在298 K时,当电池有2 mol电子的电量输出时,电池反应的rGm,rSm,rHm及可逆放电时的热效应QR。答:-195.9kJmol-1; -94.96JK-1mol-1; -224.2kJmol-1; -28.3kJmol-1298K:
17、E=1.015V, (E/T)=-4.9210-4VK-1 16. 298 K时,电池Pt(s)|H2(pq)|H2SO4(0.01molkg-1)|O2(pq)|Pt(s)的E为1.228 V,且H2O(l)的生成热fHm为-286.1 kJmol-1。试求:(1) 该电池的温度系数;(2) 该电池在273 K时的电动势。在273298 K之间,H2O(l)的生成焓不随温度而改变,电动势随温度的变化率为均匀的。答:-8.5410-4VK-1;1.207V 负极:H2(pq)2H+(0.02mol.kg-1)+2e-正极:(1/2)O2(pq)+2H+(0.02mol.kg-1)+2e-H2O
18、(l)电池:H2(pq)+(1/2)O2(pq)H2O(l) , ,17. 在298 K时,电池Zn(s)|Zn2+(a=0.0004)|Cd2+(a=0.2)|Cd(s) 的标准电动势 Eq=0.360 V。试写出该电池的电极反应和电池反应,并计算其电动势E值。答:0.44V 负极:ZnZn2+(a=0.0004)+2e-正极:Cd2+(a=0.2)+2e-Cd总:Zn+Cd2+(a=0.2)Zn2+(a=0.0004)+Cd 18. 在298 K,已知AgCl的标准摩尔生成焓是-127.04 kJ.mol-1,Ag、AgCl和Cl2(g)的标准摩尔熵分别是42.702JK-1mol-1、9
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