题目
在298.15时,两电对Fe3+/ Fe2+和Cu2+/Cu组成原电池,其中 c(Fe3+)=c(Fe2+)=c(Cu2+)=0.10 mol·L-1已知 : E(Fe3+/ Fe2+)=0.771 V ,E(Cu2+/Cu)=0.337 V求:(1)写出原电池的电池符号,电极与电池反应(2)计算电池电动势(3)计算反应的平衡常数
在298.15时,两电对Fe3+/ Fe2+和Cu2+/Cu组成原电池,其中 c(Fe3+)=c(Fe2+)=c(Cu2+)=0.10 mol·L-1
已知 : E(Fe3+/ Fe2+)=0.771 V ,E(Cu2+/Cu)=0.337 V
求:(1)写出原电池的电池符号,电极与电池反应
(2)计算电池电动势
(3)计算反应的平衡常数
题目解答
答案
解:(1). 原电池的电池符号为:
(-)Cu| Cu2+ (0.10mol·L-1)|| Fe3+(0.10mol·L—1) , Fe2+(0.10mol·L—1) |Pt(+)
负极电极反应为:Cu-2e=Cu2+
正极电极反应为: Fe3++e=Fe2+
电池反应为: 2Fe3++ Cu =2Fe2++ Cu2+
(2). E = E +- E -
E += E(Fe3+/ Fe2+)+0.0592lg[c(Fe3+)/ c(Fe2+)]=0.771+0.0592lg1=0.771V
E -= E(Cu2+/Cu)+(0.0592/2)lgc(Cu2+)=0.337+0.0296lg(0.10)=0.3074V
E= E +- E -=0.771-0.3074=0.4636V
(3).zFE=RTlnK(或lgK=zE/0.0592)
lnK= zFE /(RT)=(2×96485×0.4636)/(8.314×298.15)
K=4.7×1015(或K=4.6×1015 )
解析
步骤 1：确定原电池的电池符号和电极反应
原电池的电池符号为：(-)Cu| Cu2+ (0.10mol·L-1)|| Fe3+(0.10mol·L—1) , Fe2+(0.10mol·L—1) |Pt(+)
负极电极反应为：Cu-2e=Cu2+
正极电极反应为：Fe3++e=Fe2+
电池反应为：2Fe3++ Cu =2Fe2++ Cu2+
步骤 2：计算电池电动势
E = E(正极) - E(负极)
E(正极) = E(Fe3+/ Fe2+) + 0.0592lg[c(Fe3+)/ c(Fe2+)]
E(正极) = 0.771 + 0.0592lg(0.10/0.10) = 0.771V
E(负极) = E(Cu2+/Cu) + (0.0592/2)lgc(Cu2+)
E(负极) = 0.337 + 0.0296lg(0.10) = 0.3074V
E = E(正极) - E(负极) = 0.771 - 0.3074 = 0.4636V
步骤 3：计算反应的平衡常数
zFE = RTlnK
lnK = zFE / RT
z = 2 (电子转移数)
F = 96485 C/mol (法拉第常数)
E = 0.4636 V
R = 8.314 J/(mol·K) (气体常数)
T = 298.15 K
lnK = (2 × 96485 × 0.4636) / (8.314 × 298.15) = 37.35
K = e^37.35 = 4.7×10^15
原电池的电池符号为：(-)Cu| Cu2+ (0.10mol·L-1)|| Fe3+(0.10mol·L—1) , Fe2+(0.10mol·L—1) |Pt(+)
负极电极反应为：Cu-2e=Cu2+
正极电极反应为：Fe3++e=Fe2+
电池反应为：2Fe3++ Cu =2Fe2++ Cu2+
步骤 2：计算电池电动势
E = E(正极) - E(负极)
E(正极) = E(Fe3+/ Fe2+) + 0.0592lg[c(Fe3+)/ c(Fe2+)]
E(正极) = 0.771 + 0.0592lg(0.10/0.10) = 0.771V
E(负极) = E(Cu2+/Cu) + (0.0592/2)lgc(Cu2+)
E(负极) = 0.337 + 0.0296lg(0.10) = 0.3074V
E = E(正极) - E(负极) = 0.771 - 0.3074 = 0.4636V
步骤 3：计算反应的平衡常数
zFE = RTlnK
lnK = zFE / RT
z = 2 (电子转移数)
F = 96485 C/mol (法拉第常数)
E = 0.4636 V
R = 8.314 J/(mol·K) (气体常数)
T = 298.15 K
lnK = (2 × 96485 × 0.4636) / (8.314 × 298.15) = 37.35
K = e^37.35 = 4.7×10^15