物理化学第五版胡英 第十七章答案

思考题和习题解答
o o o Δ r Gm = Δ r Gm = ΔrHm − TΔ r S m
= 5.54 × 10 3 − 298.15 × 33.4 J ⋅ mol −1
⎞ ⎟ ⎟ V = 0.0458 V ⎠ o o ⎛ ∂E ⎞ Δ S ⎛ 33.4 ⎞ ⎛ ∂E ⎞ −1 ⎟ = r m =⎜ ⎟ V⋅K ⎜ ⎟ =⎜ ⎜ ⎟ zF ⎝ 1× 96485 ⎠ ⎝ ∂T ⎠ p ⎝ ∂T ⎠ p
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第 17 章
电化学
·251·
E = Eo −
1 RT ln zF a Ag + ⋅ a Br −
⎡ 1 ⎞⎤ ⎛ = ⎢(0.7994 − 0.07116) − 0.05916 lg ⎜ ⎟⎥ V ⎝ 0.1× 0.2 ⎠⎦ ⎣ = 0.6277 V
7. 试为反应 H 2 (0.1 MPa) + I 2 (s) ⎯ ⎯→ 2HI(a = 1)
4
电池： Pb, PbSO 4 (s) H 2 SO 4 (a ± = 0.1) H 2 (0.1 MPa), Pt
E = Eo −
E = Eo −
1 RT ln = (0.342 + 0.8277 ) V zF pH2 p o
= 1.170 V
(4) 负极： Ag + Br − (a = 0.2) ⎯ ⎯→ AgBr + e −
m
·250·
思考题和习题解答
(4) Ag + (a = 0.1) + Br − (a = 0.2) ⎯ ⎯→ AgBr(s)
解：(1) 负极： 2Cr 2 + (a = 0.2) ⎯ ⎯→ 2Cr 3+ (a = 0.1) + 2e − 正极： I 2 (s) + 2e − ⎯ ⎯→ 2 I − (a = 0.1) 电池： Pt Cr 3+ (a = 0.1), Cr 2 + (a = 0.2) I − (a = 0.1) I 2 (s), Pt
正极： Ag + (a = 0.1) + e − ⎯ ⎯→ Ag − 电池： Ag, AgBr(s) Br (a = 0.2) Ag + (a = 0.1) Ag
ww
w.
kh
da
课
后 答
(3) 负极： H 2 (0.1 MPa) + 2OH − (a ) ⎯ ⎯→ 2H 2 O + 2e − 正极： Ag 2 O(s) + H 2 O + 2e − ⎯ ⎯→ 2Ag + 2OH − (a) 电池： Pt, H 2 (0.1 MPa) OH − (a) Ag 2 O(s), Ag
co
3. 写出下列电池的电极反应和电池反应： (1) Pt, H 2 (0.1 MPa) HCl (0.1 mol ⋅ kg −1 ) Cl 2 (0.1 MPa), Pt
m
= 0.346 ×10 −3 V ⋅ K −1
第 17 章
电化学
·249·
在 25℃时的电池反应电势。 解：负极： Ag + Br − (a = 0.34) ⎯ ⎯→ AgBr + e − 正极： Fe 3+ (a = 0.1) + e − ⎯ ⎯→ Fe 2 + (a = 0.02)
[
(
)]
案 网
= −57.4 J ⋅ K −1 ⋅ mol −1 Δ r H m = Δ r G m + TΔ r S m = − 109.63 × 10 3 − 298.15 × 57.4 J ⋅ mol −1
(
= −126.74 kJ ⋅ mol
−1
2. 计算电池
192.5 J ⋅ K −1 ⋅ mol −1 。 o o 解： Δ r S m = ∑ν B S B
第 17 章
电化学
习题解答
1. 25℃时电池 Ag, AgCl(s) HCl(aq) Cl 2 (0.1 MPa), Pt 的电池反应电势为 1.1362 V，电池反应电势的温度系数为 − 5.95 ×10 −4 V ⋅ K −1 。试计算电池反应 1 Ag(s) + Cl 2 (0.1 MPa) ⎯ ⎯→ AgCl(s) 2 在 25℃时的 Δ r Gm 、 Δ r S m 和 Δ r H m 。 解： Δ r G m = − zFE = −(1 × 96485 × 1.1362) J ⋅ mol −1 = −109.63 kJ ⋅ mol −1 ⎛ ∂E ⎞ −4 Δ r S m = zF ⎜ J ⋅ K −1 ⋅ mol −1 ⎟ = 1 × 96485 × − 5.95 × 10 ⎝ ∂T ⎠ p
(
)
= −4.42 kJ ⋅ mol ⎛ − 4.42 ×10 3 Δ G E = − r m = −⎜ ⎜ 1× 96485 zF ⎝
−1
(2) Pt, H 2 (0.1 MPa) KOH (0.1 mol ⋅ kg −1 ) O 2 (0.1 MPa), Pt
(3) Zn ZnCl 2 (0.1 mol ⋅ kg −1 ) Hg 2 Cl 2 , Hg (4) Zn, ZnO(s) KOH (0.5 mol ⋅ kg −1 ) HgO(s), Hg
课
Eo = E +
6. 将下列反应设计成电池，并计算 25℃时电池反应的电势。已知 E o Cr 3+ , Cr 2+ Pt = −0.407 V ，其他数据可查表 17-3。
{
w.
2 4
2Cr 3+ (a = 0.1) + 2I − (a = 0.1) (1) 2Cr 2+ (a = 0.2) + I 2 (s) (2) Pb(s) + H SO (a = 0.1) ⎯ ⎯→ PbSO (s) + H (0.1 MPa)
案 网
0.05916 1 ⎤ ⎡ = ⎢(0 + 0.3590 ) − lg 3 ⎥ V 2 0.1 ⎦ ⎣ = 0.2703 V
w.
co
− (2) 负极： Pb + SO 2 ⎯→ PbSO 4 + 2e − 4 ( a SO 2 − ) ⎯
m
⎡ ⎛ 0.1× 0.1 ⎞⎤ = ⎢(0.5353 + 0.407 ) − 0.05916 lg⎜ ⎟⎥ V ⎝ 0.2 ⎠⎦ ⎣ = 1.019 V
2 2 RT a Cr 3 ư + o
4
正极： 2H + (a H + ) + 2e − ⎯ ⎯→ H 2 (0.1 MPa)
pH / p o pH / p o RT RT = Eo − ln 2 2 ln 2 3 zF a H + ⋅ a SO 2 − zF a±
1 ⎛ ⎞ = ⎜1× 96.2 + 1× 76.02 − 1× 42.55 − × 192.5 ⎟ J ⋅ K −1 ⋅ mol −1 2 ⎝ ⎠ = 33.4 J ⋅ K −1 ⋅ mol −1
da
Ag, AgCl(s) KCl(aq) Hg 2 Cl 2 (s), Hg
课
后 答
w.
)
co
m
·248·
课
后 答
w.
案 网
⎯→ 2H + (0.1 mol ⋅ kg −1 ) + 2e − 解：(1) 负极： H 2 (0.1 MPa) ⎯ 正极： Cl 2 (0.1 MPa) + 2e − ⎯ ⎯→ 2Cl − (0.1 mol ⋅ kg −1 ) 电池： H 2 (0.1 MPa) + Cl 2 (0.1 MPa) ⎯ ⎯→
kh
电池： Zn + Hg 2 Cl 2 ⎯ ⎯→
2Hg + Zn 2 + (0.1 mol ⋅ kg −1 ) + 2Cl − (0.2 mol ⋅ kg −1 )
da
(2) 负极： 2H 2 (0.1 MPa) + 4OH − (0.1 mol ⋅ kg −1 ) ⎯ ⎯→ 4H 2 O + 4e − 正极： O 2 (0.1 MPa) + 2H 2 O + 4e − ⎯ ⎯→ 4OH − (0.1 mol ⋅ kg −1 ) 电池： 2H 2 (0.1 MPa) + O 2 (0.1 MPa) ⎯ ⎯→ 2H 2 O
±
kh
}
3 RT RT ⎡ ⎛ b ⎞ 3 ⎤ 2 ln a Zn 2 + a Cl ln ⎢4⎜ o ⎟ γ ± ⎥ − = E + zF ⎣ zF ⎢ ⎝b ⎠ ⎥ ⎦ 0.05916 ⎡ ⎤ = ⎢1.227 + lg 4 × 0.005 3 × 0.789 3 ⎥ V 2 ⎣ ⎦ = 1.031 V
{
}
{
}
5. 25℃时电池 Zn ZnCl 2 (0.005 mol ⋅ kg −1 ) Hg 2 Cl 2 (s), Hg
解：负极： Zn ⎯ ⎯→ Zn 2 + (0.005 mol ⋅ kg −1 ) + 2e − 正极： Hg 2 Cl 2 + 2e − ⎯ ⎯→ 2Hg + 2Cl − (0.010 mol ⋅ kg −1 )
2H + (0.1 mol ⋅ kg −1 ) + 2Cl − (0.1 mol ⋅ kg −1 )