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

第八章可逆电池的电动势及其应用
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1. 试将下述化学反应设计成电池:
(1) AgCl(s)=Ag+(aAg+)+Cl-(aCl-)
(2) AgCl(s)+I-(aI-)=AgI(s)+Cl-(aCl-)
(3) H2(pH2)+HgO(s)=Hg(l)+H2O(l)
(4) Fe2+(aFe2+)+Ag+(aAg+)=Fe3+(aFe3+)+Ag(s)
(5) H2(pH2)+1/2 O2(pO2)=H2O(l)
(6) Cl2(pCl2)+2I-(aI-)=I2(s)+2Cl-(aCl-)
2. 298K时下述电池的E为1.228 V
Pt,H2( )|H2SO4(0.01 mol/kg)|O2( ),Pt
已知H2O(l)的生成热为-286.1 kJ/mol.试求:
(1) 该电池的温度系数.
(2) 该电池在273 K时的电动势.该反应热在该温度区间内为常数.
3. 电池Zn(s)|ZnCl2(0.05 mol/kg)|AgCl(s)+Ag(s) 的电动势E
={1.015- 4.92×(T/K-298)}V.试计算在298 K当电池有2 mol 电子的电量输出时,电池反应的Δr G m, Δr H m, Δr S m和此过程的可逆热效应Q R.
4. 一个可逆电动势为1.07 V的原电池,在恒温槽中恒温至293 K.当此电池短路时(即直接发生化学反应,不作电功),有1000 C的电量通过.假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,还需何种数据?
5. 试为下述反应设计一电池
Cd(s)+I2(s)=Cd2+(aCd2+=1.0)+2I-(aI-=1.0) 求电池在298K时的
,反应的和平衡常数 .如将反应写成 1/2 Cd(s)+1/2 I2(s)=1/2 Cd2+(aCd2+=1)+I-(a I-=1) 再计算, 和 ,以此了解反应方程式的写法对这些数值的影响.
6. 列式表示下列两组标准电极电势之间的关系.
7. 试设计一个电池,使其中进行下述反应 Fe2+(aFe2+)+ Ag+(aAg+) =Ag(s)+Fe3+(aFe3+)
(1) 写出电池的表示式.
(2) 计算上述电池反应在298K,反应进度ξ为1 mol 的平衡常数 .
(3) 如将过量磨细的银粉加到浓度为0.05 mol/kg的Fe(NO3)3溶液中,求当反应达平衡后Ag+的浓度为多少?(设活度系数均等于1)
8. 试设计合适的电池判断在298K时,将金属银插在碱溶液中,在通常的空气中银是否会被氧化?(空气中氧的分压为0.21× ).如果
在溶液中加入大量的CN-,情况又怎样? 已知 [Ag(CN)2]- + e-
-> Ag(s)+2CN- =-0.31V
9. 在298K时,分别用金属Fe和Cd插入下述溶液中,组成电池,是判断何种金属首先被氧化?
(1)溶液中含Fe2+和Cd2+离子的浓度都是0.1 mol/kg
(2)溶液中含 Fe2+为0.1 mol/kg,而Cd2+为0.0036 mol/kg.
10. 在298K时,试从标准生成吉布斯自由能计算下述电池的电动势Ag(s)+AgCl(s)|NaCl(a=1)|Hg2Cl2(s)+Hg(l) 已知AgCl(s) 和
Hg2Cl2(s)的标准生成吉布斯自由能分别为-109.57和-210.35
kJ/mol.
11. 根据下列在298K和下的数据,计算HgO(s)在该温度时的离解压.
(1) 下述电池的=0.9265 V
Pt,H2( )|NaOH(a=1)|HgO(s)+Hg(l)
(2) H2( )+1/2O2( )=H2O(l) =-285.85kJ*mol-1
(3) 298K时下列物质的摩尔熵值
化合物HgO(s) O2(g) H2O(l) Hg(l)
H2(g)
/J/(K·mol) 73.22 205.1 70.08 77.4
130.7
12. 298K时,10 mol/kg和6 mol/kg的HCl水溶液中HCl的分压为560和18.7Pa,试计算下述两电池的电动势的差值.
(Pt)H2( )|HCl(10 mol/kg)|Cl2( )(Pt)
(Pt)H2( )|HCl(6 mol/kg)|Cl2( )(Pt)
13. 在298K时,测得下述电池的E为0.695V,
Zn(s)|Zn2+(aZn2+=0.01)|H+(aH+=0.02)|H2(pH2),Pt 通入H2(g)时,液面上总压为100.5 kPa,这时水的饱和蒸汽压为3.20kPa,并已知液
接电势为-0.030V,求Zn电极的(Zn2+,Zn). 设氢气为理想气体.
14. 已知298K时 2H2O(g) = 2H2(g)+O2(g) 反应的平衡常数为
9.7×,这时H2O的饱和蒸汽压为3200Pa,试求298K时下述电池的电动势E.
Pt,H2()|H2SO4(0.01 mol/kg)|O2(),Pt
(298K时的平衡常数是根据高温下的数据间接求出的.由于氧电极上的电极反应不易达到平衡,不能测出E的精确值,所以可通过上法来计算E值)
15. 计算298K时下述电池的电动势E, Pb(s)+PbCl2(s)|HCl(0.1
mol/kg)|H2(0.1×),Pt 已知(Pb2+,Pb)=-0.126V,298K
时,PbCl2(s)在水中饱和溶液的浓度为0.039 mol/kg.设活度系数均等于1.
16. 已知298K时下述电池的电动势E=0.372V, Cu(s)|Cu(Ac)2(0.1 mol/kg)|AgAc(s)+Ag(s) 温度升至308K时,E=0.374V,又知298K时,
(Ag+,Ag)=0.799V, (Cu2+,Cu)=0.337V,
(1) 写出电极反应和电池反应.
(2) 298K时,当电池可逆地输出2 mol 电子的电量时,求电池反应的ΔrGm, ΔrHm和ΔrSm,设电动势E 随 T的变化率有定值.
(3) 求醋酸银AgAc(s)的溶度积Ksp.(设活度系均为1)
17. 已知298K时浓度为7.0 mol/kg的HCl水溶液里,离子的平均活度系数γ±=4.66,该溶液上方HCl(g)的平衡分压为46.40Pa,电极
Cl-(aCl-)|Cl2(pCl2),Pt的标准电极电势为1.3595V,求该温度下,下述反应的平衡常数 .
2HCl(g, )= Cl2(g, )+H2(g, ) 设气体为理想气体.
18. 对下列电池 Pt,H2(p1) |HCl(m)|H2(p2),Pt
设氢气遵从的状态方程为p Vm =RT+a p,式中a=1.48× m3/mol,且与温度,压力无关.当氢气的压力p1=20× , p2= 时,
(1) 写出电极反应和电池反应
(2) 计算电池在293 K时的电动势
(3) 当电池放电时是吸热还是放热?为什么?
(4) 若a是温度的函数a=b-a/RT(a,b是常数),当电池输出2 mol电子的电量时,试列出下列函数的计算公式: Δr S m , Δr H m 和最大功W max.
19. 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摩尔分数是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.
20. 298K时测定下述电池的电动势
玻璃电极 | 缓冲溶液 | 饱和甘汞电极
当所用缓冲溶液的pH=4.00时,测得电池的电动势为0.1120 V.若换用另一缓冲溶液重测电动势,得E=0.3865 V.
试求该缓冲溶液的pH值.
当电池中换用pH=2.50的缓冲溶液时,则电池的E将为若干?。