题目

8.写出下列原电池的电极反应式和电池反应式,并计算原电池的电动势(298K):-|||-|(Fe)^2+(1.0molcdot (L)^-1) jí ^-(1.0molcdot (L)^-1)/(Cl)_(2)(100KPa)-|||-(2) |(Fe)^2+(1.0molcdot (L)^-1) ,^3+(1.0molcdot (L)^-1) ^4+(1.0molcdot (L)^-1) ,^3+(1.0molcdot (L)^-1)|Pt-|||-(3)Pt, _(2)(100kPa)|(H)^+(1.0molcdot (L)^-1) i ({Cr)_(2)(O)_(7)}^2-(1.0molcdot (L)^-1) ,^3+(1.0molcdot (L)^-1) ),^+(1.0times -|||-^-2molcdot (L)^-1)|Pt-|||-(4) |(Fe)^2+(1.0molcdot (L)^-1) ,^3+(0.10molcdot (L)^-1) ji (N{O)_(3)}^-(1.0molcdot (L)^-1) ,(O)_(2)(0.010molcdot (L)^-1 ),-|||-.^+(1.0molcdot (L)^-1)|Pt

题目解答

答案

解析

本题主要考察原电池的电极反应式、电池反应式书写及电动势计算，涉及标准电极电势和能斯特方程的应用。

（1）原电池：$Fe|Fe^{2+}(1.0mol·L^{-1})||Cl^{-}(1.0mol·L^{-1})/Cl_2(100kPa)$

  • 负极（氧化）：$Fe \rightleftharpoons Fe^{2+} + 2e^-$，标准电极电势$\varphi^\theta_{Fe^{2+}/Fe}=-0.440V$（标准状态，$\varphi_{负}=-0.440V$）。
  • 正极（还原）：$Cl_2 + 2e^- \rightleftharpoons 2Cl^-$，标准电极电势$\varphi^\theta_{Cl_2/Cl^-}=1.396V$（标准状态，$\varphi_{正}=1.396V$）。
  • 电池反应：$Fe + Cl_2 \rightleftharpoons Fe^{2+} + 2Cl^-$。
  • 电动势：$E=\varphi_{正}-\varphi_{负}=1.396V - (-0.440V)=1.836V$。

（2）原电池：$Pt|Fe^{2+}(1.0mol·L^{-1}),Fe^{3+}(1.0mol·L^{-1})||Ce^{4+}(1.0mol·L^{-1}),Ce^{3+}(1.0mol·L^{-1})|Pt$

  • 负极（氧化）：$Fe^{2+} \rightleftharpoons Fe^{3+} + e^-$，标准电极电势$\varphi^\theta_{Fe^{3+}/Fe^{2+}}=0.771V$（标准状态，$\varphi_{负}=0.771V$）。
  • 正极（还原）：$Ce^{4+} + e^- \rightleftharpoons Ce^{3+}$，标准电极电势$\varphi^\theta_{Ce^{4+}/Ce^{3+}}=1.61V$（标准状态，$\varphi_{正}=1.61V$）。
  • 电池反应：$Ce^{4+} + Fe^{2+} \rightleftharpoons Ce^{3+} + Fe^{3+}$。
  • 电动势：$E=\varphi_{正}-\varphi_{负}=1.61V - 0.771V=0.84V$。

（3）原电池：$Pt,H_2(100kPa)|H^+(1.0mol·L^{-1})||Cr_2O_7^{2-}(1.0mol·L^{-1}),Cr^{3+}(1.0mol·L^{-1}),H^+(1.0×10^{-2}mol·L^{-1})|Pt$

  • 负极（氧化）：$H_2 \rightleftharpoons 2H^+ + 2e^-$，标准电极电势$\varphi^\theta_{H^+/H_2}=0V$（标准状态，$\varphi_{负}=0V$）。
  • 正极（还原）：$Cr_2O_7^{2-} + 14H^+ + 6e^- \rightleftharpoons 2Cr^{3+} + 7H_2O$，标准电极电势$\varphi^\theta_{Cr_2O_7^{2-}/Cr^{3+}}=1.36V$。
    非标准状态下用能斯特方程：
    $\varphi_{正}=1.36V - \frac{0.0592V}{6}\lg\frac{[Cr^{3+}]^2}{[Cr_2O_7^{2-}][H^+]^{14}}=1.36V - \frac{0.0592V}{6}\lg\frac{1.0^2}{1.0×(1.0×10^{-2})^{14}}≈1.08V$
  • 电池反应：$3H_2 + Cr_2O_7^{2-} + 8H^+ \rightleftharpoons 2Cr^{3+} + 7H_2O$（简化后）。
  • 电动势：$E=\varphi_{正}-\varphi_{负}=1.08V - 0V=1.08V$。

（4）原电池：$Pt|Fe^{2+}(1.0mol·L^{-1}),Fe^{3+}(0.10mol·L^{-1})||NO_3^-(1.0mol·L^{-1}),HNO_2(0.010mol·L^{-1}),H^+(1.0mol·L^{-1})|Pt$

  • 负极（氧化）：$Fe^{2+} \rightleftharpoons Fe^{3+} + e^-$（注：原答案电子数应为$e^-$，非$2e^-$），标准电极电势$\varphi^\theta_{Fe^{3+}/Fe^{2+}}=0.771V$。
    非标准状态下：
    $\varphi_{负}=0.771V - 0.0592V\lg\frac{[Fe^{2+}]}{[Fe^{3+}]}=0.771V - 0.0592V\lg\frac{1.0}{0.10}=0.712V$
  • 正极（还原）：$NO_3^- + 3H^+ + 2e^- \rightleftharpoons HNO_2 + H_2O$，标准电极电势$\varphi^\theta_{NO_3^-/HNO_2}=0.94V$。
    非标准状态下：
    $\varphi_{正}=0.94V - \frac{0.0592V}{2}\lg\frac{[HNO_2]}{[NO_3^-][H^+]^3}=0.94V - \frac{0.0592V}{2}\lg\frac{0.010}{1.0×1.0^3}≈1.00V$
  • 电池反应：$2Fe^{2+} + NO_3^- + 3H^+ \rightleftharpoons 2Fe^{3+} + HNO_2 + H_2O$。
  • 电动势：$E=\varphi_{正}-\varphi_{负}=1.00V - 0.712V≈0.29V$。