题目
将反应(H)^+((a)_1) arrow (H)^+((a)_2)设计成电池的表示式为: ____________
将反应$\text{H}^+({a}_1) \rightarrow \text{H}^+({a}_2)$设计成电池的表示式为: ____________
题目解答
答案
将反应 $ H^+(a_1) \rightarrow H^+(a_2) $ 设计为电池时，可将高活度 $ H^+(a_1) $ 作为正极，低活度 $ H^+(a_2) $ 作为负极。负极反应为：
\[ H_2 (p) \rightarrow 2H^+(a_2) + 2e^- \]
正极反应为：
\[ 2H^+(a_1) + 2e^- \rightarrow H_2 (p) \]
最终电池表示式为：
\[ (-) \, Pt \, | \, H_2 (p) \, | \, H^+(a_2) \, $ \, H^+(a_1) \, | \, H_2 (p) \, | \, Pt \, (+) \]
解析
本题考查原电池表示式的设计，解题思路是先根据给定反应确定正负极，再写出正负极的电极反应，最后依据电极反应和原电池表示式的书写规则得出电池表示式。
- 确定正负极：
- 对于反应$\text{H}^+({a}_1) \rightarrow \text{H}^+({a}_2)$，根据化学反应自发进行的方向，高活度的物质倾向于向低活度的物质转化，所以高活度$\text{H}^+({a}_1)$作为正极，低活度$\text{H}^+({a}_2)$作为负极。
- 写出正负极电极反应：
- 负极发生氧化反应，为了实现$\text{H}^+({a}_2)$的生成，电极反应为$\text{H}_2 (p) \rightarrow 2\text{H}^+({a}_2) + 2e^-$。这里需要氢气参与反应，因为氢气是常见的用于涉及氢离子的电极反应的物质，且压力为$p$。
- 正极发生还原反应，电极反应为$2\text{H}^+({a}_1) + 2e^- \rightarrow \text{H}_2 (p)$。同样使用氢气，压力为$p$，以保证电极反应的完整性和一致性。
- 书写电池表示式：
- 原电池表示式的书写规则为：负极写在左边，正极写在右边；用“|”表示相界面，用“||”表示盐桥。
- 负极是氢气在低活度氢离子溶液中的电极，所以表示为$\text{Pt} \, | \, \text{H}_2 (p) \, | \, \text{H}^+({a}_2)$，其中$\text{Pt}$是惰性电极，用于传导电子，因为氢气本身不能直接作为电极导体。
- 正极是氢气在高活度氢离子溶液中的电极，所以表示为$\text{H}^+({a}_1) \, | \, \text{H}_2 (p) \, | \, \text{Pt}$。
- 完整的电池表示式为$(-) \, \text{Pt} \, | \, \text{H}_2 (p) \, | \, \text{H}^+({a}_2) \, || \, \text{H}^+({a}_1) \, | \, \text{H}_2 (p) \, | \, \text{Pt} \, (+)$，“$(-)$”和“$(+)$”分别表示负极和正极。