08-可逆电池的电动势及其应用

八、可逆电池的电动势及其应用

电池 Hg│Hg2Br2(s)│Br-│AgBr(s)│Ag 在 p?下 298 K附近时,该电池电动势与温度的关系是: E/mV = 68.04 + 0.312 (T/K - 298) 写出通过 1F 电量时电极反应与电池反应,求算在 p? 和 25℃时该电池反应的?rGm、?rHm、?rSm,若通过 2F 电量则电池作电功为多少? 19. 10 分 (4262)

根据下表

?? (298 K)/V 电极反应

0.521 Cu++ e-──→ Cu

- 0.11 [Cu(NH3)2]++ e-─→ 2NH3+ Cu

0.337 Cu2+ + 2e-──→ Cu

(1) 当在 0.01 mol·kg-1 Cu2+ 的溶液中加入过量的 Cu 时,计算反应 Cu + Cu2+ 2Cu+ 的平衡常数 K? 和 Cu+ 的平衡浓度。 (2) 计算 298 K 时反应 2NH3+ Cu+= [Cu(NH3)2]+的 ?rGm。

20. 10 分 (4263)

$ 对于反应: H2 (g,p?) + I2 (s)

2HI (aq,a=1)

(1) 写出电池表达式 (2) 计算上述反应在 298 K 时的 E、E?、?rG$ 和 K? m (3) 若反应写成

1212H2(g,p?) +

I2(s) HI (aq,a=1)

,则 E、E?、?rG$ 和 K?各为多少? m已知 298 K 时, I- (aq) 的吉布斯生成自由能 ?fG$ = -51.67 kJ·mol-1。 m21. 10 分 (4264)

反应 Zn(s) + CuSO4(a=1) ──→ Cu(s) + ZnSO4(a=1) 在电池中进行, 15℃时,测得 E = 1.0934 V,电池的温度系数(?E/?T)p= - 4.29×10-4 V·K-1,

(1) 写出电池表示式和电极反应式 (2) 求电池反应的 ?rGm、?rSm 、?rHm 和 Qr 。 22. 10 分 (4265)

计算以下电池在 25℃时的电动势和温度系数: Ag│AgCl(s)│NaCl(aq)│Hg2Cl2(s)│Hg 已知标准生成焓和标准熵如下: Ag(s) Hg(l) AgCl(s) Hg2Cl2(s)

$ 0 0 -127.03 -264.93 ?fH/kJ·mol-1

m$$$Sm/J·K-1·mol-1

$ 42.70 77.40 96.11 195.8

23. 10 分 (4266)

电极Ag+│Ag 和 Cl-│AgCl(s)│Ag 在 298 K时的标准电极电位分别为 0.7991V 和 0.2224 V。 (1) 计算 AgCl 在水中的饱和溶液的浓度 (2) 用德拜-休克尔方程式计算 298 K 时 AgCl 在 0.01 mol·kg-1 KNO3溶液 中的溶解度;已知 A = 0.509(mol·kg-1) (3) 计算反应 AgCl(s) 24. 5 分 (4267)

Ag+(aq) + Cl-(aq) 的 ?rGm

$ 在 25 ℃及 p?压力下,将一可逆电池短路,使 1F 的电量通过电池,此时所放出的热

- 797 -

八、可逆电池的电动势及其应用

量恰好为该电池可逆操作时所吸收热量的 43 倍,在 25℃ 及 p?压力下,该电池的电动势

的温度系数为 0.00014 V·K-1,求电池在 25℃及 p? 压力下的可逆电动势。 25. 5 分 (4268)

标准惠斯登镉电池在 293 K 时的电动势为 1.0186 V,温度每升高一度,电动势降低 4.06×10-5 V,试列出惠斯登电池电动势的数学表达式,并计算 298 K 时,该电池每消耗 1 mol镉时的 ?rHm和?rGm。 26. 10 分 (4272)

有电池: Hg│HgCl2(s),HCl(aq)│H2(g,p?)│Pt , 在 293 K 时的标准电池电动势为 0.2692 V,在 303 K 时的标准电动势为 0.266 V,求298 K 时,上述电池反应的 ?rG$,m?rHm 及 ?rSm。 27. 10 分 (4273)

对于电池 Pb(s)│PbCl2(s)│NaCl(aq)│AgCl(s)│Ag(s)

已知如下数据: T / K p/ 101325Pa E / V 280.0 1.00 0.49364 300.0 1.00 0.49004 320.0 1.00 0.48644 300.0 1000 0.49093 300.0 2000 0.49182

(a) 写出电池反应

$$ (b) 计算该电池反应在 300 K 时的 ?rGm、?rSm 、?rHm,?rVm及?rUm 。 28. 10 分 (4274)

下列两种可逆电池在 298 K 时的电动势分别为 0.4902 V 和 0.2111 V: Pb(s)│PbCl2(s)│KCl(aq)│AgCl(s)│Ag(s) (1) Pb(s)│PbI2(s)│KI(aq)│AgI(s)│Ag(s) (2) 上述电池电动势的温度系数分别为:-1.86×10-4 V·K-1和 -1.27×10-4 V·K-1。 计算下列反应在 298 K 时的 ?rGm 和 ?rHm. PbI2(s) + 2AgCl(s) = PbCl2(s) + 2AgI(s) 29. 5 分 (4276) 利用反应 Zn(s) +

12$$$$$$$O2(g) ─→ ZnO(s) 作成锌氧电池,试计算 298 K 时的标准电

动势及其温度系数。已知上述反应 298 K 时的:

?rHm = -347.980 kJ·mol-1 ?rSm = -100.200 J·K-1·mol-1 30. 10 分 (4278)

求 298 K 时下列电池的电动势和温度系数:

$$ Pt│H2(g,p?)│H2SO4(aq)│O2(g,p?)│Pt

已知 H2O(l)的生成热为 -285.84 kJ·mol-1,生成吉布斯自由能为 -237.19 kJ·mol-1。 31. 10 分 (4279)

电池: Ag│AgCl(s)│KCl(aq)│Hg2Cl2(s)│Hg(l) 在 298 K 时的电动势 E = 0.0455 V,(?E/?T )p= 3.38×10-4 V·K-1,写出该电池的反应,并求出 ?rHm,?rSm 及可逆放电时的热效应Qr。 32. 10 分 (4280)

有电极: 1. Ag(s)│AgI(s)│I-(aq) 2. I2(s)│I-(aq) 已知 298 K时,?1 < ?2,在 298 K,p?压力下,此两电极组成的电池的温度系数为 1.00

$$- 798 -

八、可逆电池的电动势及其应用

×10-4 V·K-1。 (1) 写出电池表达式,电极反应和电池反应 (2) 在 298 K,p?压力下,测得电池短路放电 289500 C 时,放热 190.26 kJ,

求电池在 298 K 时的标准电动势。

(3) 若在 298 K,p?压力下,此电池实际工作电压是电动势的 80%,求通过 1 mol 电子电量时电池放热多少?

33. 10 分 (4281)

298 K时,可逆电池 Pt│H2(p?)│H2SO4(极稀)│O2(p?)│Pt 的

-1

E= 1.23 V,并已知 ?fH$,[HO(l)] = -285.90 kJ·mol,求下述单位反应: 2m 2H2(g,p?) + O2(g,p?) ──→ 2H2O(l,p?下),按以下两种途径进行的?rUm、?rHm、?rSm、?rGm 值,并判断过程的自发方向及过程的性质。

(1) 将氢和氧直接接触在烧杯中进行; (2) 组成电池进行反应,并已知该单位反应时外作电功为 374.78 kJ·mol-1. 34. 10 分 (4293)

正丁烷在 298 K 时完全氧化: C4H10(g) + 13/2 O2(g) ─→ 4CO2(g) + 5H2O(l)

?rHm= -2877 kJ·mol-1 ?rSm= -432.7 J·K-1·mol-1

假定可以利用此反应建立起一个完全有效的燃料电池,计算: (a) 最大的电功 (b) 最大的总功 (298.15 K) 35. 2 分 (4292)

$$ 细胞色素 (Fe3+) + e-─→ 细胞色素(Fe2+) 在 298 K 时的标准电极电势为0.25 V,计算反应 1/2 H2(g) + 细胞色素 (Fe3+)─→ H++细胞色素 (Fe2+) 的?rGm。 36. 10 分 (4293)

正丁烷在 298 K 时完全氧化: C4H10(g) + 13/2 O2(g) ─→ 4CO2(g) + 5H2O(l)

$ ?rHm= -2877 kJ·mol-1 ?rSm= -432.7 J·K-1·mol-1

假定可以利用此反应建立起一个完全有效的燃料电池,计算: (a) 最大的电功; (b) 最大的总功 (298.15 K) . 37. 10 分 (4298)

电池 Zn│ZnCl2(0.05 mol·kg-1)│AgCl(s)│Ag(s) 的电动势与温度的关系为: E/V = 1.015 - 4.92×10-4(T/K - 298)

(1) 写出电池反应; (2) 计算 298 K 时上述电池可逆输出 2F 电量时,电池反应的?rGm、?rSm、?rHm、

?rUm、?rFm 以及该电池的热效应;

(3) 若将该电池短路,上述各值为多少? (4) 若该电池以 0.8 V 工作电压放电,上述各值又为多少? 38. 5 分 (4302)

利用反应 2AgCl(s) + Zn(s) + aq = ZnCl2(aq) + 2Ag 构成电池时,25℃时的电动势为 1.1558 V,ZnCl2的浓度 m(ZnCl2)= 0.01021 mol·kg-1,设此浓度的平均活度系数 ??= 0.702,

试求此反应的标准吉布斯自由能变化。 39. 5 分 (4303)

$$- 799 -

八、可逆电池的电动势及其应用

计算 298 K 时,下列电池的 E? 和电池反应通过 1 mol 电子电量时的平衡常数K?。

Cd(s)│Cd2+‖Cu2+│Cu(s)

已知: ?? (Cu2+/Cu) = 0.337 V, ?? (Cd2+/Cd) = -0.403 V 40. 5 分 (4304)

已知 25℃时,

(1) Hg(l) + 0.5O2(g) = HgO(s) ?fG$(298 K) = -58.53 kJ·mol-1 m (2) H2(g,p?)│KOH(aq)│HgO(s)│Hg(l) ?rG$(298 K) = -178.84 kJ·mol-1, m(3)Kw= 1.002×10-14。

根据这些数据求 OH-离子的 ?fG$ 值。 m41. 5 分 (4306)

计算下列反应的平衡常数: Cu(s) + Cl2(g) = CuCl2(aq) 已知 298 K 时,?? (Cl2/Cl-)= 1.3595 V, ?? (Cu2+/Cu) = 0.337 V . 42. 5 分 (4307)

反应 AgCl +

$1?rGm=-828.6 J·mol-1, 试求浓度为 1 mol·kg-1 的 HCl 溶液上面 HCl 的蒸气压。

2H2(g) ─→ Ag + HCl(g) 在 25℃ 时的标准自由能变化

已知 Pt│H2(p?)│HCl(m=1 mol·kg-1)│AgCl│Ag(s) 的电动势 E = 0.23328 V 。 43. 10 分 (4309)

298 K 时,下述电池的 E 为 1.228 V, Pt,H2(p?)│H2SO4(0.01mol·kg-1)│O2(p?),Pt

已知 H2O(l) 的生成热 ?fHm= -286.1 kJ·mol-1,试求:

(1) 该电池的温度系数 (2) 该电池在 273 K 时的电动势,设反应热在该温度区间内为常数。 44. 10 分 (4310)

从饱和韦斯顿电池的电动势与温度的关系式,试求 298 K 时,当有 2 mol 电子的电量通过电池时,反应的 ?rGm,?rHm,?rSm。 E/V = 1.01845 - 4.05×10-5(T/K - 293) - 9.5×10-7(T/K - 293)2 45. 10 分 (4311)

在 273 – 318 K 范围内,下述电池的电动势与温度的关系可由下列公式表示: (1) Cu(s)│Cu2O(s)│NaOH(aq)│HgO(s)│Hg(l) E ={461.7 - 0.144(T/K - 298) + 0.00014(T/K - 298)2}mV

$ (2) Pt,H2(p?)│NaOH(aq))│HgO(s)│ Hg(l) E ={925.65 - 0.2948(T/K - 298) + 0.00049(T/K - 298)2}mV

已知 H2O(l) 的 ?fHm= -285.85 kJ·mol-1,?fGm= -237.19 kJ·mol-1,试分别计算 HgO(S)

$$$$和 Cu2O(S) 在 298 K 时的 ?fGm和 ?fHm值。 46. 2 分 (4312)

电池 Cu(s)│CuAc2(0.1 mol·kg-1)│AgAc(s),Ag(s),在 298 K 时,电动势 E = 0.372 V,当温度升至 308 K 时,E = 0.374 V,已知 298 K 时, φ(Ag+,Ag) = 0.800 V,φ(Cu2+,Cu) = 0.340 V,

(A) 写出电极的反应和电池反应

(B) 298 K 时,当电池有 2F 电量流过,这时 ?rGm、?rHm、?rSm 为多少? (C) 计算醋酸银 AgAc 的溶度积 Ksp 47. 5 分 (4313)

- 800 -

八、可逆电池的电动势及其应用

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。 48. 5 分 (4316)

已知下列电池的 E? (298 K)=0.223 V, (?E/?T)p= -0.65 mV·K-1, Pt│H2(p?)│H+(a=1)‖KCl(a=1)│AgCl(s)│Ag(s) (1) 写出电池反应 (2) 计算与电池反应对应的 ?rG$、?rS$和 ?rH$ mmm49. 10 分 (4317)

-1+- 已知 298 K 时, H2O(l)的?rG$= -237.2 kJ·mol, HO(l)解离成H,OH的 2m?rGm=79.7 kJ·mol-1,

(A) 求下述电池的电动势 Pt│H2(p?)│H+(aq)‖OH-(aq)│O2(p?)│Pt

(B) 若有 2个电子得失的电池反应的?rHm=-172 kJ·mol-1, 求电池在298 K 时 的温度系数? 50. 10 分 (4318)

燃料电池的电池反应为 : H2(g)+

12O2(g)─→H2O(l)

已知?? (O2,H+,H2O)=1.229 V, (A) 写出电池表示式及电极反应 (B) 当H2,O2的压力都为p?时,计算电动势值 (C) 计算电池反应的平衡常数 (D) 计算每摩尔H2(g)所能作出的最大电功 (E) 每小时耗去 10 mol H2(g),计算该电池能输出的最大电流强度 51. 10 分 (4319)

已知 298 K时如下热力学数据 :

2? Pb2+ PbSO4(s) 物质 SO

4?fGm/kJ·mol-1

$ -24.31 -742.0 -811.23

?? (Pb2+,Pb)=-0.126 V。试求:

(1) ?? (PbSO4,Pb)的值

(2) PbSO4的活度积Kap

(3) PbSO4在含有0.01 mol·kg-1的 SO42- 溶液中的饱和溶液浓度(不考虑活度系数的 影响) 52. 10 分 (4320)

已知 ?? (Fe3+,Fe)=-0.036 V, ?? (Fe3+,Fe2+)=0.771V, 试求: (1) ?? (Fe2+, Fe) ; (2) Fe+2 Fe3+=3 Fe2+的平衡常数 . 53. 10 分 (4321)

298 K时,下列电池的 E/V=0.160235+1.0023×10-3T/K-2.541×10-6(T/K)2, 计算电极上发生 1 mol电子得失时反应的?rGm, ?rSm, ?rHm及?Cp值。

Ag(s)│AgCl(s)│HCl(a=1)│H2(p?)│Pt 54. 15 分 (4322)

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