题目
298 K 时，试设计合适的电池，用电动势法测定下列各热力学函数值。要求写出电池的表达式和列出所求函数的计算式。Ag(s)+Fe3+(aFe3+)⇌Ag+(aAg+)+Fe2+(aFe2+) 的平衡常数。Hg2Cl2(s) 的标准活度积常数 K⊖ap。HBr(0.1 mol⋅kg−1) 溶液的离子平均活度系数 γ±。Ag2O(s) 的分解温度。H2O(l) 的标准摩尔生成 Gibbs 自由能。弱酸 HA 的解离常数。
298 K 时，试设计合适的电池，用电动势法测定下列各热力学函数值。要求写出电池的表达式和列出所求函数的计算式。Ag(s)+Fe3+(aFe3+)⇌Ag+(aAg+)+Fe2+(aFe2+) 的平衡常数。Hg2Cl2(s) 的标准活度积常数 K⊖ap。HBr(0.1 mol⋅kg−1) 溶液的离子平均活度系数 γ±。Ag2O(s) 的分解温度。H2O(l) 的标准摩尔生成 Gibbs 自由能。弱酸 HA 的解离常数。
题目解答
答案
(1)Ag(s)|Ag+(a1)||Fe3+(a2),Fe2+(a3)|Pt，K⊖=exp(FE⊖RT)(2)Hg(l)|Hg2+2(a1)||Cl−(a2)|Hg2Cl2|Hg(l)，K⊖ap=exp(FE⊖RT)(3)Pt|H2(p⊖)|HBr(0.1 mol⋅kg−1)|AgBr(s)|Ag(s)，lnγ±=(E⊖−E)F2RT−lnmm⊖=(E⊖−E)F2RT+2.303(4)Pt|O2(p⊖)|OH−(a)|Ag2O|Ag(s)，电池反应为 Ag2O(s)=2Ag(s)+12O2(g)，从 ΔrG⊖m(T)=−zFE⊖(T) 求 p(O2)，再用 ΔrH⊖m 和 ΔrS⊖m 求 T(分解)(5)Pt|H2(p⊖)|H+(a)|O2(p⊖)|Pt 或 Pt|H2(p⊖)|OH−(a)|O2(p⊖)|Pt，ΔfG⊖m(H2O)=−zFE⊖(6)Pt|H2(p⊖)|HA(m1),NaA(m2),NaCl(m3) |AgCl(s)|Ag(s)，设 HA 解离平衡时的氢离子浓度为 x，活度因子均为 1，则 Ka=a(H+)a(A−)a(HA)=x(x+m)m1−x，又 lgx=E⊖−E0.05916−lgm3，计算出 x，代入上式得 Ka
解析
步骤 1：设计电池以测定 Ag(s)+Fe3+(aFe3+)⇌Ag+(aAg+)+Fe2+(aFe2+) 的平衡常数
为了测定该反应的平衡常数，我们需要设计一个电池，使得电池的电动势与反应的平衡常数相关。根据能斯特方程，电池的电动势与反应的平衡常数之间存在关系。
步骤 2：设计电池以测定 Hg2Cl2(s) 的标准活度积常数 K⊖ap
为了测定 Hg2Cl2(s) 的标准活度积常数，我们需要设计一个电池，使得电池的电动势与 Hg2Cl2(s) 的标准活度积常数相关。根据能斯特方程，电池的电动势与 Hg2Cl2(s) 的标准活度积常数之间存在关系。
步骤 3：设计电池以测定 HBr(0.1 mol⋅kg−1) 溶液的离子平均活度系数 γ±
为了测定 HBr(0.1 mol⋅kg−1) 溶液的离子平均活度系数，我们需要设计一个电池，使得电池的电动势与 HBr(0.1 mol⋅kg−1) 溶液的离子平均活度系数相关。根据能斯特方程，电池的电动势与 HBr(0.1 mol⋅kg−1) 溶液的离子平均活度系数之间存在关系。
步骤 4：设计电池以测定 Ag2O(s) 的分解温度
为了测定 Ag2O(s) 的分解温度，我们需要设计一个电池，使得电池的电动势与 Ag2O(s) 的分解温度相关。根据能斯特方程，电池的电动势与 Ag2O(s) 的分解温度之间存在关系。
步骤 5：设计电池以测定 H2O(l) 的标准摩尔生成 Gibbs 自由能
为了测定 H2O(l) 的标准摩尔生成 Gibbs 自由能，我们需要设计一个电池，使得电池的电动势与 H2O(l) 的标准摩尔生成 Gibbs 自由能相关。根据能斯特方程，电池的电动势与 H2O(l) 的标准摩尔生成 Gibbs 自由能之间存在关系。
步骤 6：设计电池以测定弱酸 HA 的解离常数
为了测定弱酸 HA 的解离常数，我们需要设计一个电池，使得电池的电动势与弱酸 HA 的解离常数相关。根据能斯特方程，电池的电动势与弱酸 HA 的解离常数之间存在关系。
为了测定该反应的平衡常数，我们需要设计一个电池，使得电池的电动势与反应的平衡常数相关。根据能斯特方程，电池的电动势与反应的平衡常数之间存在关系。
步骤 2：设计电池以测定 Hg2Cl2(s) 的标准活度积常数 K⊖ap
为了测定 Hg2Cl2(s) 的标准活度积常数，我们需要设计一个电池，使得电池的电动势与 Hg2Cl2(s) 的标准活度积常数相关。根据能斯特方程，电池的电动势与 Hg2Cl2(s) 的标准活度积常数之间存在关系。
步骤 3：设计电池以测定 HBr(0.1 mol⋅kg−1) 溶液的离子平均活度系数 γ±
为了测定 HBr(0.1 mol⋅kg−1) 溶液的离子平均活度系数，我们需要设计一个电池，使得电池的电动势与 HBr(0.1 mol⋅kg−1) 溶液的离子平均活度系数相关。根据能斯特方程，电池的电动势与 HBr(0.1 mol⋅kg−1) 溶液的离子平均活度系数之间存在关系。
步骤 4：设计电池以测定 Ag2O(s) 的分解温度
为了测定 Ag2O(s) 的分解温度，我们需要设计一个电池，使得电池的电动势与 Ag2O(s) 的分解温度相关。根据能斯特方程，电池的电动势与 Ag2O(s) 的分解温度之间存在关系。
步骤 5：设计电池以测定 H2O(l) 的标准摩尔生成 Gibbs 自由能
为了测定 H2O(l) 的标准摩尔生成 Gibbs 自由能，我们需要设计一个电池，使得电池的电动势与 H2O(l) 的标准摩尔生成 Gibbs 自由能相关。根据能斯特方程，电池的电动势与 H2O(l) 的标准摩尔生成 Gibbs 自由能之间存在关系。
步骤 6：设计电池以测定弱酸 HA 的解离常数
为了测定弱酸 HA 的解离常数，我们需要设计一个电池，使得电池的电动势与弱酸 HA 的解离常数相关。根据能斯特方程，电池的电动势与弱酸 HA 的解离常数之间存在关系。