题目
在 298.15K 时,已知 (AgBr) 的溶度积 K_({sp)}((AgBr))=4.88 times 10^-13,E^theta((AgBr)/(Ag))=0.0715V,E^theta((Br)_(2)/(Br)^-1)=1.065V ,其中 F=96485C/mol。(1) 将 (AgBr)(s) 的生成反应:(Ag)(s)+1/2 (Br)_(2)(g) arrow (AgBr)(s),设计成原电池并写出电极反应和电池反应。求出此电池的标准电池电动势和 (AgBr)(s) 的标准摩尔生成吉布斯函数。(2) 若上述电池在标准压力下,电池电动势的温度系数为 ((partial E)/(partial T))_(p)=1 times 10^-4 V cdot K^-1 ,计算该电池反应的 Delta_(r)H_(m)^theta、Delta_(r)S_(m)^theta 及可逆热 Q_(r.m)。
在 298.15K 时,已知 $\text{AgBr}$ 的溶度积 $K_{\text{sp}}(\text{AgBr})=4.88 \times 10^{-13}$,$E^{\theta}(\text{AgBr}/\text{Ag})=0.0715V$,$E^{\theta}(\text{Br}_{2}/\text{Br}^{-1})=1.065V$ ,其中 $F=96485C/mol$。
(1) 将 $\text{AgBr}(s)$ 的生成反应:$\text{Ag}(s)+1/2 \text{Br}_{2}(g) \rightarrow \text{AgBr}(s)$,设计成原电池并写出电极反应和电池反应。求出此电池的标准电池电动势和 $\text{AgBr}(s)$ 的标准摩尔生成吉布斯函数。
(2) 若上述电池在标准压力下,电池电动势的温度系数为 $\left(\frac{\partial E}{\partial T}\right)_{p}=1 \times 10^{-4} V \cdot K^{-1}$ ,计算该电池反应的 $\Delta_{r}H_{m}^{\theta}$、$\Delta_{r}S_{m}^{\theta}$ 及可逆热 $Q_{r.m}$。
题目解答
答案
1. 原电池设计:
负极(阳极):$ Ag(s) + Br^-(aq) - e^- \rightarrow AgBr(s) $
正极(阴极):$ \frac{1}{2}Br_2(g) + e^- \rightarrow Br^-(aq) $
电池符号:
\[
(-) Ag(s) | AgBr(s) | Br^-(aq) $ Br^-(aq) | Br_2(g) | Pt(s) (+)
\]
总反应:$ Ag(s) + \frac{1}{2}Br_2(g) \rightarrow AgBr(s) $。
标准电动势:
\[
E^\circ = 1.065V - 0.0715V = 0.9935V
\]
标准摩尔生成吉布斯函数:
\[
\Delta_fG_m^\circ = -z F E^\circ = -1 \times 96485 \times 0.9935 = -95.86 \, kJ/mol
\]
2. 根据 $ \left( \frac{\partial E}{\partial T} \right)_p = \frac{\Delta S^\circ}{z F} $:
\[
\Delta S^\circ = z F \left( \frac{\partial E}{\partial T} \right)_p = 1 \times 96485 \times 1 \times 10^{-4} = 9.65 \, J/(mol \cdot K)
\]
由 $ \Delta G^\circ = \Delta H^\circ - T \Delta S^\circ $:
\[
\Delta H^\circ = \Delta G^\circ + T \Delta S^\circ = -95857.525 + 298.15 \times 9.6485 = -92.98 \, kJ/mol
\]
可逆热:
\[
Q_{r,m} = T \Delta S^\circ = 298.15 \times 9.6485 = 2.88 \, kJ/mol
\]
最终结果:
- $ E^\circ = 0.9935 \, V $
- $ \Delta_fG_m^\circ = -95.86 \, kJ/mol $
- $ \Delta_rH_m^\circ = -92.98 \, kJ/mol $
- $ \Delta_rS_m^\circ = 9.65 \, J/(mol \cdot K) $
- $ Q_{r,m} = 2.88 \, kJ/mol $