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1、 董 超 编 写 1 第七章 电化学 713电池 PtH2(101.325kPa) HCl(0.1 molkg 1)Hg 2Cl2(s) Hg 在电动势 E 与温度 T 的关系为 EV0.06941.88110 3 TK2.9106 (TK)2 (1) 写出电极反应和电池反应； (2) 计算 25时该反应的rGm、rSm、rHm，以及电池恒温可逆放电时该反应过程的 Qr, m； (3) 若反应在电池外在同样温度下恒压进行，计算系统与环境交换的热。 解：解：(1) 阳极反应：H2(101.325kPa) 2H (0.1 mol kg 1)2e 阴极反应：Hg2Cl2(s)2e 2Hg(l)2 C
2、l (0.1 mol kg 1) 电池反应：H2(101.325kPa)Hg2Cl2(s) 2Hg(l)2HCl(0.1 molkg 1) (2) 25时 E0.3724 V ()p E T 1.88110 35.8106 (TK)1.517 10 0 4 V K 1 rGm1F0.372435.94 kJmol 1 2F0. 372471.87 kJmol 1 rSm1F1.51710 414.64J K 1 mol 1 2F1.51710 429.28 J K 1 mol 1 rHm35.94298.1514.6410 335.944.3731.57 kJ mol 1 71.87298.1
3、529.2810 371.878.7463.14 kJ mol 1 Qr298.1514.6410 34.37 kJ mol 1 298.1529.2810 38.74 kJ mol 1 (3) Qp31.57 kJmol 1 或 Qp63.14kJmol 1 715甲烷燃烧过程可设计成燃料电池，当电解质为酸性溶液时，电极反应和电池反应分别 为： 阳极 CH4(g)2H2O(l) CO2(g)8H 8e 阴极 2O2(g)8H 8e 4H2O(l) 电池反应 CH4(g)2O2(g) CO2(g)2H2O(l) 已知，25时时有关物质的标准摩尔生成吉布斯函数 0 fm G为： 物 质 CH4(
4、g) CO2(g) H2O(l) 0 fm GkJmol 1 50.72 394.359 237.129 董 超 编 写 2 计算25时时该电池反应的标准电动势。 解：解： 0 rm G2(237.129)(394.359)(50.72)817.897 kJmol 1 0 E 3 817.897 10 8F 1.0596V 71425时，电池ZnZnCl2(0.555 molkg 1)AgCl (s)Ag 在电动势E1.015 V。已知 0 E (Zn2 Zn)0.7620V，0 E (Cl AgClAg)0.2222V，电池电动势的温度系数( )p E T = 4.0210 4 V K 1。
5、 (1) 写出电池反应； (2) 计算反应的标准平衡常数 0 K； (3) 计算电池反应过程可逆热Qr, m； (4) 求溶液中ZnCl2的平均离子活度因子 。 解：解：(1) 电池反应 Zn(s)2AgCl (s) 2Ag(s)ZnCl2(0.555 molkg 1) (2) 0 E0.22220.76200.9842 V ln 0 K 0.9842 2 298.15 F R 76.6295 0 K1.90410 033 (3) rSm2F4.0210 3 77.59 JK 1 mol 1 Qr298.1577.5923.132 kJmol 1 (4) E 0 E 3 2 ()ln 2 Zn
6、Cl RT a F 0.98420.02569 3 2 ln 2 ()ZnCla1.015V ln 2 ()ZnCla0.7993 2 ()ZnCla0.4496 2 ()ZnClb 3 40.5550.8810 molkg 1 2 ()ZnCl0.5103 716写出下列各电池的电池反应。应用表7.7.1的数据计算25时各电池的电动势、各电 池反应的摩尔Gibbs函数变及标准平衡常数，并指明的电池反应能否自发进行。 (1) PtH2 (g, 100kPa) HCla (HCl)0.8Cl2(g,100kPa)Pt (2) ZnZnCl2a (ZnCl2)0.6AgCl(s)Ag (3) Cd
7、Cd2 a (Cd2)0.01 Cla (Cl)0.5Cl 2(g, 100kPa) Pt 解：解：(1) 电池反应： H2 (g, 0 p )Cl2 (g, 0 p ) 2HCl 0 E1.3579V 0 rm G2F1.3579262.035 kJmol 1 E1.35790.05916lg(0.8)1.35790.0057331.3636 V rGm2F1.3636263.13 kJmol 1 董 超 编 写 3 ln 0 K 262 035 298 15 . R. 105.7096 0 K8.1111045 (2) 电池反应： Zn(s)2AgCl(s) ZnCl22Ag(s) 0 E
8、0.22220.76200.9842 V 0 rm G2F0.9842189.922 kJmol 1 E0.9842 0.05916 2 lg(0.6)0.98420.0065620.9908V rGm2F0.9908191.20 kJmol 1 ln 0 K 189922 298 15R. 76.6178 0 K1.8821033 (z1 4.3391016) (3) 电池反应： Cd(s)Cl2 (g, 0 p) Cd2 ( 2 Cd a +)Cl ( Cl a ) 0 E1.35790.40321.7611V 0 rm G2F1.7611339.841 kJmol 1 E1.7611 0
9、 05916 2 . lg(0.010.52)1.76110.07691.8381 V rGm2F1.8381354.70 kJmol 1 ln 0 K 339841 298 15R. 137.0979 0 K3.4741059 71825时，实验测定电池PtH2 (g, 100kPa)HCl(b0.1kgmol 1)Cl 2(g,100kPa)Pt 的电动势为1.4881 V 。计算HCl溶液中的HCl平均离子活度因子。 解：解：电池反应： H2(g)Cl2(g) 2HCl(b0.1kgmol 1) E1.357920.05916 lg(0. 1) a(HCl)6.297810 3 a(H
10、)7.9359102 lg(0. 1)1 3579 1 4881 2 0 05916 . 1.1004 ln(0.01)2.5342 0.7936 719电池PbPbSO4(s) H2SO4(b0.01kgmol 1)H 2(g, 0 p)Pt的电动势为0.1705V。 已知25时， 0 fm G(H2SO4, aq) 0 fm G( 2 4 SO , aq)744.53kJmol 1，0 fm G( PbSO4, s) 813.0kJmol 1。 (1) 写出上述电池的电极反应和电池反应； (2) 求25时的 0 E( 2 4 SO PbSO4Pb)； (3) 计算0.01kgmol 1 H
11、 2SO4溶液的a和。 解：解：(1) 阳极反应：Pb 2 4 SO (b0.01kgmol 1) PbSO4(s)2e 阴极反应：2H (b0.02kg mol 1)2e H 2 (g, 0 p) 董 超 编 写 4 电池反应：Pb(s)H2SO4(b0.01kgmol 1) PbSO4(s)H2 (g, 0 p) (2) 电极反应： PbSO4(s)2e Pb 2 4 SO 0 rm G744.53813.068.47 kJmol 1 0 E( 2 4 SO PbSO4Pb) 3 68.47 10 2F 0.3548 V (3) 0.17050.3548 3 0.05916 2 lg 24
12、 ()aH SO lg 24 ()aH SO 2.0769 24 ()aH SO 8.37810 3 24 ()b H SO 3 40.010.01587 molkg 1 0.5278 722在电池PtH2 (g, 100kPa)待测pH的溶液1moldm 3KClHg 2Cl2(s)Hg在25 时测得电池电动势E0.664V，试计算待测溶液的pH。 解：解： EEE0.27990.6640.3841 V E0.6640.27990.05916pH E0.05916pH pH 0.3841 0.05916 6.493 724724 将下列反应设计成原电池， 并应用表7.7.1的数据计算25 C
13、时电池反应的 0 rm G及 0 K (1) 2Ag H 2 (g) 2Ag (s)2H (2) CdCu2 CuCd2 (3) Sn2 Pb2 Sn4 Pb (4) 2Cu Cu2 Cu 解：解： (1) PtH2 (g, p) H ( H a +) Ag ( Ag a +)Ag (s) 0 E0.7994 V 0 rm G2F0.7994154.26 kJmol 1 ln 0 K 154260 298 15R. 62.2326 0 K1.0651027 (2) CdCd2 ( 2 Cd a +) Cu 2( 2 Cu a +)Cu (s) 0 E0.34170.40320.7449 V 0 rm G2F0.7449143.74 kJmol 1 董 超 编 写 5 ln 0 K 143740 298 15R. 57.9888 0 K1.5281025 (3) PtSn4 ( 4 Sn a +), Sn 2 ( 2 Sn a +) Pb 2( 2 Pb a +)Pb (s) 0 E0.12640.1510.2774 V 0 rm G2F0.277453.53 kJmol 1 ln 0 K 57357 298 15R. 21.5950 0 K4.18210 10 (4) PtCu2 ( 2 Cu a +), Cu ( Cu a +) Cu ( Cu a +)Cu (s
