中南大學物化課后習題標準答案-9--章-可逆原電池

1、第9章可逆原電池1 寫出下列原電池中各電極反應、電池反應及E旳計算公式. Pt,H 2(101325Pa) | KOH) I Q(101325Pa),PtI ： I ：l ：-:解：負極 Pb(s)+(a-；J PbSQ4(s)+2e.正極 Cu2+(-丄)+ 2e Cu(s)2+電池反應 Pb(s)+SQ4(aEM) + Cu (aC2+) = PbSO4(s)+Cu(s) 負極 比(p ) -2e 2H+ (aH+)正極 Q( p ) + H 2O +2e 2OH -(a oh -)電池反應 H2(p) +O2( P) H2O(l)(3)負極 3H2( Ph2)- 6e 6H+(aq)正極

2、 Sb2Q(s) + 6e + 6H +(aq) 2Sb(s) +3H 20(1)電池反應Sb2O3+3H2 ( Ph2) 2Sb(s) + 3H 20(1) 負極 Ag(s) + I -(ai-) AgI(s) + e正極 AgCI(s) + eAg(s) + Cl ( aci-)電池反應 Agl(s) + I -(ai-) Ag(s) + Cl - ( a。-)2. iJ：將下勿化學反應陵計成目電池(1)Zn(s) + H 2SQ(a:=ZnSO 4( ) + H 2( Ph2)(2)Ni(s) + H 2Q =NiQ(s) + H 2( Ph2)(3)H2 (PH2) +Q( Pq2)=

3、:=H 2OQ);(4)H2(Ph2)+ HgQ(s)=Hg(l) + H20(1)(1)負極 Zn (s) -2e2+Zn正極 2H+( ai) + 2e H2(PH2)電池反應 Zn(s) +2H +(ai)=Zn2+(a2)+ H 2( Ph2)電池符號 Zn(s) | ZnSO 4( a?) | H 2SO( a) | H 2( pH,Pt(2) 負極 Ni(s) + 20H - NiO(s) + H 2O +2e正極 2H2O + 2e H2(Ph2)+20H -.電極反應 Ni(s) + H 20 =NiO(s) + H 2伽)電池符號 Ni(s),NiO(s) | KOH(稀)|

4、 H 2(Ph2), Pt(3) 負極 H2(Ph2) + 2OH - 2H2O + 2e正極 2H2O +2e 2OH- + Q(p2) 電池反應 H 2( PH2)+Q( PO2)= H2OQ)電池符號 Pt,H 2伽)| NaOH(稀)| O 2(p2,Pt(4) 負極 H2(Ph2) + 2OH - 2HO +2e正極 HgO(s) + H 2O +2e Hg(l) +2OH -電池反應 H2(Ph2)+ HgO(s)= Hg(l) + H 2。(1)電池符號 Pt ,H 2(Ph2)| KOH(稀)| HgO(s),Hg(l)3工業(yè)上用鐵屑加入硫酸銅溶液中以置換銅，試設計原電池；計算

5、該反應在298.15K時的平衡常數，并說明此置換反應進行的完全程度。已知=0.3402V，V 0.4402V。(答案：2.423 X 1026)解： 電池符號為：一)Fe(s) | Fe2+ ( aj| Cu 匚) | Cu(s) ( +=醞片 口 童詁決=0-3412-(-0.4402) =0.7804V=exp0.7804 x2x 9648518,314 X298JS-；=2.423 xlQ2*因譏很大，故可以認為反應進行徹底。C)4 .試計算反應：2Fe3+2Br-2Fe2+Br2在298.15K下的標準平衡常數？(答案:解:3+2+將反應設計為原電池：-)Pt, Br 2 | Br (

6、a) | Fe(), Fe (a3)| Pt (+查298.15K下標準電極電勢順序表得=&xp1.06 X 10-10)1.0627 xlO1*r(0.77-L065)x2x96485l8,314 x 2915-5.在298.15K時，測得下列電池的 E為1.228V日ePt,H2() 1 HSO(0.01mol kg_1) | Q(),Pt已知小川：屮丄。(1)1 =_285.83kJ mol-1。試計算： 此電池的溫度系數；設反應熱在此溫度范圍內為常數，試求此電池在273.15K時的電動勢。(答案:-8.493 X 10-4 V K1; 1.2492V)解：負極：H2() 2H+(m+

7、=2 X 0.01 mol kg-1 ) + 2e正極：Q(f + 2H +( mH+ =2 X 0.01mol kg-1) + 2e 出0(1)電池反應:9eH2() + 02() = H 20(1)(1)求電池的溫度系數 G= -2 EF= -2 X 1.228 X 96485 = -236967.16 J molA77-ACf(-285.83) - (-235.97)1 xlO3298.15-163.89 J-mol-1 k求電動勢-zEF = G= H T A S = H -噸)”43=(-285.83)- 273.15 X 2X 96485X (-8.49 X 10 ) X 10 =

8、 -241.06kJ mol-1AG7r241.05x1032 x%485=1.2492V Cu 2+ +e = Cu+因(1) - (2) = (3)6已知心-TW ；唱“。求L。在 298.15K 時,銅粉與含0.01mol kg-1的CuSO容液混合，試計算平衡時Cu+離子濃度？（答案:0.158V ； 4.42 X 10-5）解: (1) Cu 2+ + 2e = Cu心工 心際兮門 陽財* Cu + + e = Cu軋g = 0.522V ArG；, = -1x0.522 x/r = tO-S804-0.522) xZ n= 0.1584VCu粉與CuSO溶液混合時，可能發(fā)生下述反應

9、CiT + Cu = 2Cu 0.01 00.01- x 2 xArG* = AIG1 - 2G*2 = -(2 x 0.3402 - 2 x 0,522)/ = 0.3636F0.3636x964858.314 x298?L5 丿-7.1378 xW1取 m=1.0mol kgI 書在=x =4.42x1001-kE l7在298.15K時，將金屬鐵片和鎘片分別插入下列溶液之中構成原電池，何者 為負極？(1) 溶液中Fe 2+及CcT的濃度均為0.1mol kg-1;(答(2) 溶液中含 Fe2+為 0.1mol kg-1，含 Cd+為 0.0036 mol kg-1。 案：(1)鐵；(2)

10、鎘)解：設溶液中各離子的活度系數均為1, m =1.0mol kg-1(1)計算Fe及Cd的電極電勢Fe2+ ( m =0.1 mol kg-1) + 2e Fe(s)%4丘=童：牛矗一蘭出仗丄= rO44Q2)+U血於盹61 = T4觀VCcT( m2 =0.01mol kg-1) + 2e Cd(s)n05516 i- =(T.4血)+0.02958Jg0.1= -0.4322 V在因為上v所以此溶液中鐵為負極在此溶液中，竹宀仍為0.4698V叫嚴心=(-0.4026) +0.a29581gQr0036 = -0.4 749 V因為兒lj隹，故在此溶液中金屬鎘為負極8 .已知 298.15

11、K 時=-0.1263V , PbSO的活度積 Ksp = 1.66 X 10-8,試求11(答案：-0.3564V)解：(1) Pb2+ ( ai) + 2e Pb 亠匚缶一 ”上外51 PbSO4 Pb2+ ( ai) + 玄打 )cni-A (7故 f右w 一 斤:嚴從A，7 ln /l，9.在 298.15K 時，濃度為 0.1mol kg-1 或 0.01mol kg1 的 AgNO溶液中 AgM 子的平均遷移數為0.467。試計算下列電池在298.15K時的電動勢及電池 的 液體接界電勢。(1) + (2) = (3) : PbSO +2e Pb +(a?)0.05916 lel6

12、6xl0-t =_oj35fi4v(1) Ag| AgNO(0.01mol kg_八“二0.892) II AgN(3(0.1mol 燉一1, = 0.733 | Ag； Ag| AgNQO.OImol kg,門=0.892) | AgNQO.Imol - kg-1,丄=0.733 |Ag(答案:0.054 ; 0.058V)解：對1-1價型的電解質溶液而言：m = m = m ,-電池(1) 正極反應：Ag+ ( a2)+ e f Ag負極反應：Ag f Ag+ ( a) + e電池反應：AgNO( a?) = AgN03( aOJxQ.7330.01x0,892=0.0541V電池（2）為

13、有遷移的濃差電池，對正離子可逆，故用=- = 2/ = 2x(1 -0.4U7)X0J54L = 0,0577V卩擴J 1 0.0577 - 0.0541 = 0.0036VE10.在298.15K時，測得下列電極反應的+Ag(NH) 2 + eAg + 2NH 3已知銀的 飛化一 咖,求銀氨配離子的不穩(wěn)定常數。（答案：6.146 X 10-8）解：Ag(NH) + eAg + 2NH 3Ag+eAJ2+(1) - (2) 得：Ag(NH3)= Ag + 2NM=96485 x 0.7596 - 0,373)二 41160r5J mol141160.518.314x298.15；= 6.146

14、x1011 試用曲利方法求卜列氐電池的電也明 Zn(s) | ZnCl2(0.1mol kg-1) | Cl2(101325Pa),Pt(答案:E+=0.7948V; E=1.402V; 2.197V)解：設溶液中各離子的活度系數均為 1第一法，現分別計算電極電勢：負極： Zn (s) Zn 2+(a” + 2e005916圧血畑=瓦:忸 +lg = -O.71S28 +0.02958 lg 0.1 = -0-7924V正極： Cl 2 + 2e 2Cl -(a2)Fn_.n3 =-0，16Ls()2 = L3SS3 - 0.05916 1SC 2 = 1.399 7V為祀-爲嚴血=1.359

15、7-(-0.7924) = 2.1921V第二法，先寫出電池反應，然后直接求此電池的電動勢:Zn(s) + Cl 2(p) = Zn 2+(0.1 mol kg-1) + 2Cl -(0.2 mol kg-1)E = E9=|1.3S83-(-0.7628)| - -05916lgQjxO.22 = 2.192LV12. 某水溶液中約含 O.OImol kg-1 CdSO O.OImol kg-1 ZnSO和 0.5 mol kgHSO,在此溶液中插入兩支鉑電極，在極低電流密度下進行電解，同時很好攪拌，已知298.15K時宀兀嘰， 4026 V試問何種金屬將首先在陰極上沉積； 當另一金屬開始沉

16、積時，溶液中先放電的那種金屬所剩余 的濃度是多少（設濃度等于活度）？（答案：Cd; 6.62 x 10-15 mol kg-1）解：（1）先計算出各電極在相應濃度的溶液中的電極電勢抵忸=圧:呃 + ，D5S1 lg w - -0.7628 +0.02938lg0.01 - -O.S22 V0 05916Eg = E富如+ - 1呂叫產=-4026也血別即Q1 = TM1SV由于鎘電極電勢較為正，故在陰極上首先析出鎘（2）當鋅開始沉積時，鎘電極電勢與鋅電極電勢相等，貝-0 .4026 +0 029581目加匚嚴=-0.S22 二 叭產=6.S5 xlOmol kg113. 設有pH= 3的硫酸亞

17、鐵溶液，試問用空氣中的氧（p。尸21278.25Pa）能否使Fe2+氧化成Fe3+，當酸度增大時，對Fe2+氧化有利還是不利？已知+嘰二 SVQ + 4H + 4e = 2H 2OFe3+ + e = Fe（答案：可使Fe2+氧化）解： 由 + ) O 2 + 4H + + 4e = 2H 2O)4Fe 2+ = 4Fe3+ + 4eQ+ 4Fe2+ + 4rf= 4Fe3+ + 2H 20=- 0.0591E le - 005916 lg- a.05916pH叫尹 4 仏反應平衡時E =0,則:0.05916=3.8831 xlO4并隨著酸度的增大1.229-0.77_1_3 =45892

18、今0.059164 O.llp9所以在此條件下，Fe2-能被空氣中的氧所氧化成Fe3+, 氧化將越完全14. 在 298.15K 時，原電池 Cd|CdCl2(0.01mol kg-1)|AgCI(s),Ag 的電動勢為0.7585V，其標準電動勢E =0.5732V。試計算此CdCb溶液離子的平均活度系數丄(答案：0.514) 解：寫出電池反應：負極 Cd(s) Cd2+ + 2e正極 2AgCl(s) +2e 2Ag+ + 2Cl Cd(s)+ 2AgCl(s) =2Ag(s) + 2Cl - + Cd2+D.7要亠妙-泡空站-珀亠跡15. 在291K時，m/mi=10的條件下對下列電池的

19、電動勢進行測定,得出平均值 為0.029V。試根據這些數據確定溶液中的亞汞離子是 Hf+形態(tài)，還是H6形態(tài)存 在。（答案：Hgf）Hgfl)硝勰亞汞(用HNOD.Olmol-kg-1)硝醸亞汞聞)HNOafO.lmol-kg1)Hgfl)解：設亞汞離子為z個h6聚合形式存在，則電極和電池反應為:負極z Hg(l) = 1Ee： (m) + ze正極 M (m)+ ze = zHg(l)H 時）=RT 叫 In =EF 眄8314x2910.029x96485lnlQ=2.CJ6212 溶液中亞汞離子應是Hg;形態(tài)存在16. 已知電池 Pt,H2 ( p)|HCI(1mol kg-1丄=0.80

20、9) |AgCI(s),Ag(s) 的 電動勢與溫度的關系為：E/V = 0.160235 +1.0023 -：10-3T-2.541 ：10-6T2, 試求298.15K下,當z=1時電池反應 Cp3（答案：1 1146.13 J - mol - K )解：由得:戰(zhàn) -LEF +=rc234xia_l r - 1W13K1Q-1 r-u.iauasi- i.dd23x id-1 r-224xiulrl)-FP-SaxlUr3 + Q.16D23ACp = -5.08x10 77 =-5.08x10 x298.15x96485 = -14GJ3J rtiQl1 K117. 已知 298.15K

21、 下， Pt,H 2(p) | HSQ(7mol kg-1) | HgSQ(s) , Hg(l) 的巳=0.5655V,戶= 0.61515V; Pt, H2( p0) | H2SQ(7mol -kg-1) | PbSQ(s) , PbO(s)的巳=1.750V，內：=1.68488 V。試求此溶液中水 的活度？(答案：0.2999)解：電池(1)的反應：負極H(p0) 2H+ + 2e正極HgSQ(s)+ 2e 2Hg(l)+電池 出(p0) + Hg 2SQ(s) = 2Hg(l) + H 2SQ則:萬ln %阿=首E電池（2）的反應 負極H2（p0） 2H+ + 2e正極 PbCb(s)

22、+ 2e + H 2SQ +2HI PbSQ(s) +2H 2Q電池H2 + PbQ(s) + H2SO =h屮羸=厲2O(1) = -285830J mnl1PbSQs) +2H 2ORTzF一竺In護=站聲(硏十畸-西-碼).苗丿S X96485 乂 (1.6S48g +0.61515 -0.56S5-1 7S0) Q 雷靜 831429815)18. 在298.15K下，10mol kg-1和6mol kg-1的HCI水溶液中HCI的分壓分別為560Pa和18.7 Pa，試求下列兩電池的電動勢差值。(答案： E = 0.0873V ) Pt, H 2(p) I HCl(10mol kg-

23、1) I Cl2(p) , Pt;Pt, H 2(p) | HCl(6mol kg1) | Cl2(p) , Pt解：電池反應為負極H2(p) H+ (10mol kg-1)+e正極Cl 2(p) + eCl -(10mol kg-1)電池（1）的反應為：oH2(p ) +ACl 2( p )=HCl(a”電池（2）的反應為：H2(p ) +Cl 2( p )=HCl(32)由亨利定律知pi= kai , p2= ka2能二巧_耳二E： - E： +19. 試計算HgO在298.15K時的分解壓，已知原電池 Pt,H2(p) | NaOH(aq) |HgO(s),Hg(l)的 E= 0.926

24、5V,Af 憶：H2O(l) = -285.83kJ mol-1 , fO(l)、Q及 H2 的值分別為 69.948 J mol-1, K1, 205.0J mol-1, K1、130.58J mol-1 K-1。咨系 3.47 x 10-16 Pa)解：電極反應：負極f(P) + 2OH - H2O + 2e正極 HgO + HO +2e Hg(l) +OH -電池反應：H2(p)+ HgO = Hg(l) + H 2。(1)(1)H2O的生成反應： 比(p0) + Q(p) = H 2O(l)(2)(1) -( 2)得:0HgO(s) = Hg(l) +C2(p ) (3)皿二=-zEF

25、 = -2x0.92fi5 x9S485 =-17878,7J mol1亠霊=ii2oan-監(jiān)ih,0上気囂g =9.948 -B0.58 -0.5x205.0 = -liS3.13J mnL1 K17ar2: = (-285830) - 298.15x 163.13) = -237192.19 J mnl1匚逼=亠礙一/當工=(17878.7)-(23 7192.19) = 58405,48 J-mol1G3 =- G2 =(-17878.7)-(-237192.1刃=5840548J mol1RT3.4688x10 Pa20. 在298.15K時，OH/AgO, Ag和Q/OH , Pt兩電極的標準還原電勢分別 為 0.342 和 0.401V,設篤巴：AgO(s) = -30.56kJ mol-1,且不隨溫度而變。 求AgO在大氣中的分解溫度(大氣中P2= 21278.25 Pa)(答案：229.8K)解：將AO的分解反應設計成原電池：一)Pt,O2(p2)| OH | AO,Ag(+負極反應：2OH- Q(g, po2) + H 20(1) +2e正極反應：Ag2O(s) +2e + H 20