中南大学物化课后习题答案-9--章-可逆原电池

中南大学物化课后习题答案-9--章-可逆原电池

第9章可逆原电池

1．写出下列原电池中各电极反应、电池反应及E的计算公式。

①

② Pt,H

(101325Pa)｜KOH(a)｜O2(101325Pa),Pt

2

③

④

解：(1) 负极 Pb(s)+(a) → PbSO 4(s)+2e

正极 Cu2+() + 2e →Cu(s)

电池反应 Pb(s)+SO

(a) + Cu2+ (a Cu2+) ==== PbSO4(s)+Cu(s)

4

(2) 负极 H

( pΘ ) -2e → 2H+ (a H+)

2

( pΘ ) + H2O +2e → 2OH -(a OH -)

正极 O

2

(pΘ) +

电池反应 H

2

O2(pΘ) → H2O(l)

(3) 负极 3H

(p H2) - 6e → 6H+(aq)

2

(2) 负极 Ni(s) + 2OH -→NiO(s) + H

2

O +2e

正极 2H

2O + 2e →H

2

(p H2) +2OH -

电极反应 Ni(s) + H

2

O ====

NiO(s) + H

2

(p H2)

电池符号 Ni(s),NiO(s) | KOH(稀) | H

2

(p H2), Pt

（3）负极 H

2

(p H2) + 2OH -→ 2H2O + 2e

正极 2H

2O +2e → 2OH - + O

2

(p O2)

电池反应 H

2

(p H2) + O2(p O2)

==== H

2

O(l)

电池符号 Pt,H

2

(p H2) | NaOH(稀) | O2(p O2),Pt

(4) 负极 H

2

(p H2) + 2OH -→2H2O +2e

正极 HgO(s) + H

2

O +2e → Hg(l) +2OH -

电池反应 H

2

(p H2) + HgO(s)

==== Hg(l) + H

2

O(l)

电池符号 Pt ,H

2

(p H2) | KOH(稀) | HgO(s),Hg(l)

3．工业上用铁屑加入硫酸铜溶液中以置换铜，试设计原电池；计算该反应在298.15K时的平衡常数，并说明此置换反应进行的完全程度。已知＝0.3402V，＝－0.4402V。（答案：2.423×1026）

解：电池符号为：－）Fe(s) ｜Fe2+ (a1)|| Cu2+(a2)｜Cu(s) (＋

因很大，故可以认为反应进行彻底。

4．试计算反应：2Fe3++2Br-→2Fe2++Br

2

在298.15K下的标准平衡常数?（答案：1.06×10-10）

解：将反应设计为原电池：-) Pt, Br

2

| Br-(a1) || Fe3+-(a2), Fe2+(a3) | Pt (+查298.15K下标准电极电势顺序表得，

5．在298.15K时，测得下列电池的E为1.228V

Pt,H

2()｜H

2

SO

2

(0.01mol·kg－1)｜O

2

()，Pt

已知△

f

＝-285.83kJ·mol-1。试计算：①此电池的温度系数；②设反应热在此温度范围内为常数，试求此电池在273.15K时的电动势。（答案：–8.493×10-4 V·K-1；1.2492V）

解：负极： H

2

() → 2H+(m H+ =2×0.01 mol·kg-1 ) + 2e

正极： O

2

() + 2H+( m H+ =2×0.01mol·kg-1) + 2e → H2O(l)

电池反应：

H

2() + O

2

() ==== H

2

O(l)

（1）求电池的温度系数

ΔG = -2EF = -2×1.228×96485 = -236967.16 J·mol-1

-163.89 J·mol-1·k-1

(2) 求电动势

-zEF = ΔG = ΔH –TΔS = ΔH -

= (-285.83) - [273.15×2×96485×(-8.49×10-4)]×10-3= -241.06 kJ·mol -1

6．已知；。求。在298.15K时，

溶液混合，试计算平衡时Cu+离子浓度?（答案：铜粉与含0.01mol·kg-1的CuSO

2

0.158V；4.42×10-5）

解： (1) Cu2+ + 2e ==== Cu

(2) Cu+ + e ==== Cu

(3) Cu2+ +e ==== Cu+

因(1) - (2) = (3)，故，即

溶液混合时，可能发生下述反应

Cu粉与 CuSO

4

Cu2+ + Cu ==== 2Cu+

0.01 0

0.01-x 2x

取mΘ=1.0mol·kg-1

7．在298.15K时，将金属铁片和镉片分别插入下列溶液之中构成原电池，何者为负极?

(1) 溶液中Fe 2+及Cd2+的浓度均为0.1mol·kg-1；

(2) 溶液中含Fe2+为0.1mol·kg-1，含Cd2+为0.0036 mol·kg-1。（答

案：（1）铁；（2）镉）

解：设溶液中各离子的活度系数均为1，mΘ=1.0mol·kg-1

(1) 计算 Fe及Cd的电极电势

Fe2+ (m1 =0.1 mol·kg-1) + 2e → Fe(s)

Cd2+( m2 =0.01mol·kg-1) + 2e → Cd(s)