物理化学第五版上册教案 第九章 可逆电池的电动势及其应用

PAGEPAGE11第九章可逆电池的电动势及其应用1写出下列电池中各电极的反应和电池反应（1）负极正极电极反应(3)(4)(5)2.试将下述化学反应设计成电池：解：设计电池3、从饱和电池的电动势与温度的关系式，试求在，当电池可逆产生电子的电荷时，电池反应的，和。已知该关系为解：由的关系式求出，再求出时的值。因为，当时，4、时，下述电池的电动势为：已知的标准摩尔生成焓为。试求：（1）该电池的温度系数；（2）该电池在时的电动势。设反应焓在该温度区间内为常数。解：（1）电池反应：负极正极电极反应（2），不随温度变化时，5、电池的电动势与温度的关系为试计算在当电池有电子的电荷量输出时，电池反应的，，和此过程的可逆热效应。解：时有电子的电荷量输出可逆热效应为：6、在时，电池的电动势为，温度系数为。（1）写出有2个电子得失的电极反应和电池的净反应；（2）计算与该电池反应相应的，，及可逆热效应.若只有1个电子得失，则这些值又等于多少？（3）计算在相同的温度和压力下，与2个电子得失的电池净反应相同的热化学方程式的热效应。解：（1）在时若只有一个电子，则所求的值变为原来的1/2.（3）若在相同温度压力下，热化学方程式的热效应为7.一个可逆电动势为1.70V的原电池，在恒温槽中恒温至293K。当此电池短路时（即直接发生化学反应，不作电功），相当于有1000℃的电荷量通过。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系统时总的熵变。如果要分别求算恒温槽和电池的熵变，还需何种数据？解：电池发生的反应与可逆放电时的反应相同。体系的=+T=0====5.8J.K-1若要分别求焓变还须知道电池反应的焓变。8.分别写出下列电池的电极反应、电池反应，列出电动势的计算公式，并计算电池的标准电动势，设活度因子均为1，气体为理想气体，所需的标准电极电势从电极电势表中查阅。(1)(2)(3)(4)(5)解：(1)负极：正极：电池反应：（2）负极：正极：电池反应：(3)负极：正极：电池反应：解：负极：正极：电池反应：(5)负极：正极：电池反应：。9、试为下述反应设计一电池求电池在时的标准电动势，反应的和标准平衡常数。如将电池反应写成再计算，和，比较两者的结果，并说明为什么。解：设计电池还原正极氧化负极电池反应电池反应式写成不变10、时，已知如下三个电极的反应及标准还原电极电势，如将电极(1)与(3)和(2)与(3)分别组成自发电池(设活度均为1),请写出电池的书面表示式；写出电池反应式并计算电池的标准电动势。(1)(2)(3)解：自发反应，电极电势高的做正极电极(1)的电极电势电极(2)的电极电势。(2)为正极，电极反应负极正极电池反应电池表达式同理(2)与(3)组成的自发电池(3)为正极负极正极电池反应设计电池为11、列式表示下列两组标准电极电势之间的关系(1)，，(2)，，。解：(1)①②①式-②式得③为该电极与标准电极组成的电池的电势(2)①②③同样:12.在298K时，已知如下电池的标准电动势写出电极反应和电池反应；计算该电池的电动势；计算甘汞电极的标准电极电势。解：(2)(3)13、试设计一个电池，使其中进行下述反应(1)写出电池的表达式；(2)计算上述电池反应在，反应进度为时的标准平衡常数；(3)若将过量磨细的银粉加到浓度为的溶液中,求当反应平衡后,的浓度为多少?(设活度因子均为1)。已知，解：(1)电池表达式为(2)(3)设平衡时的浓度为。反应前001平衡时14、试设计合适的电池判断在时，将金属插中碱溶液中，在通常的空气中银是否会被氧化？（空气中氧气分压为）。如果在溶液中加入大量的，情况又怎样？已知解：设计电池电池反应负极正极电池是自发的，在空气中碱性条件下能被氧化成氧化银。加入后，电池变为负极正极电池反应电动势大量存在，很大，而与都很小故此时电池电动势大于不加大量离子时的电池电动势.,越正越大.反应的趋势越大.所以，加入后，被氧化成。15、在时，分别用金属和插入下述溶液中，组成电池。试判断何种金属首先被氧化？（1）溶液中含和的活度都是0.1；（2）溶液中含的活度是0.1，而含的活度是0.0036。解：（1），，以为正极设计电池负极正极电池反应电池电动势，电池反应能发生首先被氧化成。（2）反应不能发生，而其逆反应可以发生。所以首先被氧化成。16.在298K时，有电池：。已知化合物标准生成Gibss自由能分别为：，。试写出该电池的电极和电池反应，并计算电池的电动势解：负极：正极：电池反应：=标准状态下17、根据下列在和标准压力下的热力学数据，计算在该温度时的解离压，已知：(1)电池的标准电动势；(2)反应的；(3)时,下表为保物质的标准摩尔熵值化合物解:负极正极电池反应①②①-②式得18、在的温度范围内，下述电池的电动势与温度的关系可由所列公式表示：(1)(2)已知,，试分别计算和在时的和的值。解：(1)的电池反应为负极正极电池反应①(2)的电池反应为负极正极电池反应②在时①、②的电池电动势分别为在时，已知③②-③得④故同样①+③-②得⑤19.有电池,在298K时，已知该电池的标准电动势试计算这时的离子积常数K的值。解：负极正极电池反应①而②③19有电池，在时，已知该电池电动势，。试计算这时的离子积常数的值。解：负极正极电池反应①而②①-②得③20、有电池，已知时的电动势，极限公式中的常数。试求：(1)电极反应和电池的净反应；(2)电池的标准电动势（要考虑的影响）；(3)按电池反应有2个电子得失，当反应进度为时的。解：负极正极电池反应在的溶液中其中当有电子得失，如上的电池反应进度为时21、写出下列浓差电池的电池反应，并计算在时的电动势。(1)(2)(3)(4)解：浓差电池由浓度之间的差异造成的电池电动势两电极标准电势相等(1)负极正极电池反应(2)负极正极电池反应(3)负极正极电池反应(4)负极正极电池反应(5)负极正极电池反应(6)负极正极电池反应22、时，有下述电池：已知该电池的实测电动势为，在的溶液中，值分别为和，计算的迁移数。解：负极正极电池反应离子由高浓度向低浓度迁移电动势为浓差电势与液接电势之和。由液接电势的计算公式解得注:迁移过程的自由能变化为活度由,个离子由不同浓度变化引起自由能的变化而得出常用的铅蓄电池可表示为已知在℃的温度区内，电动势与温度的关系式为在时，电池的，试计算这时电解质溶液的平均活度因子。解：铅蓄电池表示为：负极正极电池反应酸性溶液在时，在和时，试求电极的标准电极电势。已知(1)溶于大量水中,；溶于过量的离子溶液中，；溶于过量的离子溶液中，；，；各物质在时的标准摩尔熵为化合物33.47146.0105.9116.7解:(1)的化学反应式为①②③②－③－2①得④④的转移电子数为2把两电极组成电池负极正极电池反应④的④的电池电动势为已知时，反应的平衡常数为，这时的饱和蒸气压为，试求时下述电池的电动势。（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，不能测出电动机势的精确值，所以可通过上法计算值。）解：负极正极电池反应高温水分解的方程式为此计算需设计过程如下：计算时下述电池的电动势：已知，该温度下在水中饱和溶液的浓度为（用极限公式求活度因子后再计算电动势）。解：负极正极电池反应①电池的一极为氢电极，需求出的电极电势，与组成电池的电动势。设计电池负极正极电池反应溶液的浓度为离子强度为电池反应①的电池电动势为同样计算出的的离子强度为27、有如下电池已知时该电池的电动势，温度为时，，设电动势随温度的变化是均匀的。又知时，，。(1)写出电极反应和电池反应；(2)当电池可逆地输出电子的电荷量时,求电池反应的,和；(3)求醋酸银的溶度积(设活度因子为1)。解：(1)负极正极电池反应(2)电动势随温度均匀变化在时,①③④②②代入①得(3)要求醋酸银的溶度积,设计电池如下：负极正极电池反应28、已知时，电极的标准还原电极电势为，的活度积，试求电极的标准电势。解：设计电池负极正极电池反应29、已知时，试设计合适的电池，用电动势测定下列各热力学函数值。要求写出电池的表示和列出所求函数的计算式。(1)的平衡常数；(2)的标准活度积常数；(3)溶液的离子平均活度系数；(4)分解温度；(5)的标准摩尔生成自由能；(6)弱酸的解离常数。解：(1)设计电池(2)设计电池(3)设计电池电池反应(4)设计电池电池反应还应测出，根据设与不随温度变化而变化由，求出值。(5)设计电池电池反应(6)设计电池电池反应，测出值即得的值。根据的电离平衡平衡（设活度系数均为1）30、时，测得如下电池的电动势与浓度的关系如表所示：试计算：(1)电极的标准电极电势；(2)的溶液的离子平均活度系数。解：负极正极电池反应，以对作图。（图略）截距即为的值，约为。(2)把任意一组数据代入上式解得。即31、电池中，设氢气遵从的状态方程为，式中，且与温度、压力无关。当氢气的压力，的，(1)写出电极反应和电池反应;(2)计算电池在时的电动势;(3)当电池放电时,是吸热还是放热?为什么?解：(1)负极正极电池反应(2)非理气(3)即电池可逆放电时吸热。32、在时，有电池，已知当浓度时，；当时，；电极的标准电极电势为。试求：(1)溶液浓度为时的平均离子活度因子；(2)的活度积常数。解：(1)负极正极电池反应当时,一价稀溶液。而若要准确求出时的则应用时，(2)计算的活度积设计电池如下负极正极电池反应。33、有电池，电池中的浓度为。在时，维持的情况下，（奥格）对该电池进行了一系列测定，求得电动势的平均值为。试根据这些数据确定亚汞离子在溶液中是以还是形式存在。解：设亚汞仅以形式存在，则电池反应应为负极正极电池反应若以形式存在电池反应为可见亚汞以形式存在。34、时测定下述电池的电动势：当所用缓冲溶液的时，测得电池的电动势为。若换用另一缓冲溶液重测电动势，得。试求该缓冲溶液的。当电池换用的缓冲溶液时，计算电池的电动势。解：时35、用电动势测定丁酸解离常数。在时安排成如下电池：其中代表丁酸，为丁酸钠，实验数据如下：试求反应的平衡常数。设活度因子均为1。解：负极正极电池反应开始平衡，浓度均很稀，活度系数近似为1。对其余数据作同样的计算，取平均值为。36、时，下述电池的实验数据如表所示：试求时水的离子积常数，设活度因子均为1。解：负极正极电池反应，其中解出同理解出其余值，取平均值为。37、在时，有下列两个电池：(1)(2)已知乙醇溶液的浓度分别为：，，两电池电动势分别为，。试求：(1)在两种的乙醇溶液中离子平均活度因子的比值；(2)在乙醇溶液中的迁移数；(3)和的无限稀释离子摩尔电导率和的值。已知。