题目
已知电池 Cu|Cu2+(a2)||Cu2+(a1)|Cu 和 Pt|Cu2+(a2),Cu+(a′)||Cu2+(a1),Cu+(a′)|Pt 的电动势分别为 E1 和 E2,则( )A.E1=12E2B.E1=2E2C.E1=E2D.E1⩾E2
已知电池 和 的电动势分别为 和 ,则( )
A.
B.
C.
D.
题目解答
答案
A
解析
步骤 1:确定电池反应
对于电池 Cu|Cu2+(a2)||Cu2+(a1)|Cu,其电池反应为 Cu2+(a1) + 2e- → Cu 和 Cu → Cu2+(a2) + 2e-,因此电池反应为 Cu2+(a1) → Cu2+(a2)。
对于电池 Pt|Cu2+(a2),Cu+(a′)||Cu2+(a1),Cu+(a′)|Pt,其电池反应为 Cu2+(a1) + e- → Cu+ 和 Cu+ → Cu2+(a2) + e-,因此电池反应为 Cu2+(a1) → Cu2+(a2)。
步骤 2:计算电动势
根据能斯特方程,电池的电动势 E 可以表示为 E = E° - (RT/nF)lnQ,其中 E° 是标准电动势,R 是气体常数,T 是温度,n 是电子转移数,F 是法拉第常数,Q 是反应商。
对于电池 Cu|Cu2+(a2)||Cu2+(a1)|Cu,电动势 E1 = E° - (RT/2F)ln(a2/a1)。
对于电池 Pt|Cu2+(a2),Cu+(a′)||Cu2+(a1),Cu+(a′)|Pt,电动势 E2 = E° - (RT/F)ln(a2/a1)。
步骤 3:比较电动势
由于 E1 = E° - (RT/2F)ln(a2/a1) 和 E2 = E° - (RT/F)ln(a2/a1),可以得出 E1 = 1/2E2。
对于电池 Cu|Cu2+(a2)||Cu2+(a1)|Cu,其电池反应为 Cu2+(a1) + 2e- → Cu 和 Cu → Cu2+(a2) + 2e-,因此电池反应为 Cu2+(a1) → Cu2+(a2)。
对于电池 Pt|Cu2+(a2),Cu+(a′)||Cu2+(a1),Cu+(a′)|Pt,其电池反应为 Cu2+(a1) + e- → Cu+ 和 Cu+ → Cu2+(a2) + e-,因此电池反应为 Cu2+(a1) → Cu2+(a2)。
步骤 2:计算电动势
根据能斯特方程,电池的电动势 E 可以表示为 E = E° - (RT/nF)lnQ,其中 E° 是标准电动势,R 是气体常数,T 是温度,n 是电子转移数,F 是法拉第常数,Q 是反应商。
对于电池 Cu|Cu2+(a2)||Cu2+(a1)|Cu,电动势 E1 = E° - (RT/2F)ln(a2/a1)。
对于电池 Pt|Cu2+(a2),Cu+(a′)||Cu2+(a1),Cu+(a′)|Pt,电动势 E2 = E° - (RT/F)ln(a2/a1)。
步骤 3:比较电动势
由于 E1 = E° - (RT/2F)ln(a2/a1) 和 E2 = E° - (RT/F)ln(a2/a1),可以得出 E1 = 1/2E2。