题目

25℃时，已知银电极的标准电极电势 E_({Ag)}^ominus = 0.7990, (V) 和 (AgCl(s)) 的标准溶度积常数：K_({sp)}^ominus = 1.80 times 10^-10。求 25℃时电极 (Cl)^-|(AgCl|Ag) 的标准电极电势 E_({Cl)^-|(AgCl|Ag)}^ominus，需要设计的电池是（ ）。A (Ag)|(AgCl)|(Cl)^-((a)_1)|(Ag)^+((a)_2)|(Ag)；B (Ag)|(Ag)^+((a)_2)||(Cl)^-((a)_1)|(AgCl)|(Ag)；C (Ag)|(AgCl)|(Cl)^-((a)_1)||(Ag)^+((a)_2)|(Ag)；D (Ag)|(Ag)^+((a)_2)|(Cl)^-((a)_1)|(AgCl)|(Ag)；

25℃时，已知银电极的标准电极电势 $E_{\text{Ag}}^{\ominus} = 0.7990\, \text{V}$ 和 $\text{AgCl(s)}$ 的标准溶度积常数：$K_{\text{sp}}^{\ominus} = 1.80 \times 10^{-10}$。求 25℃时电极 $\text{Cl}^{-}|\text{AgCl|Ag}$ 的标准电极电势 $E_{\text{Cl}^{-}|\text{AgCl|Ag}}^{\ominus}$，需要设计的电池是（ ）。 A $\text{Ag}|\text{AgCl}|\text{Cl}^{-}(\text{a}_1)|\text{Ag}^{+}(\text{a}_2)|\text{Ag}$； B $\text{Ag}|\text{Ag}^{+}(\text{a}_2)||\text{Cl}^{-}(\text{a}_1)|\text{AgCl}|\text{Ag}$； C $\text{Ag}|\text{AgCl}|\text{Cl}^{-}(\text{a}_1)||\text{Ag}^{+}(\text{a}_2)|\text{Ag}$； D $\text{Ag}|\text{Ag}^{+}(\text{a}_2)|\text{Cl}^{-}(\text{a}_1)|\text{AgCl}|\text{Ag}$；

题目解答

答案

根据题意，需设计电池以求 $ E^{\circ}_{AgCl/Ag} $。负极反应为 $ Ag + Cl^- \rightarrow AgCl + e^- $，正极反应为 $ Ag^+ + e^- \rightarrow Ag $。总反应为 $ Ag^+ + Cl^- \leftrightarrow AgCl $，对应 $ K_{sp}^{\circ}(AgCl) $。 正确电池符号为： \[ Ag | AgCl | Cl^-(a_1) || Ag^+(a_2) | Ag \] 选项A未使用盐桥，B和D正负极顺序错误，均不符合规范。 答案：C. $ Ag | AgCl | Cl^-(a_1) || Ag^+(a_2) | Ag $。

解析

本题考查原电池的设计以及电极反应和电池反应的书写，解题的关键在于根据已知的电极反应和总反应来确定原电池的正负极以及正确的电池符号表示。

  1. 确定电极反应和总反应：
    • 已知要求计算电极 $\text{Cl}^{-}|\text{AgCl|Ag}$ 的标准电极电势，需要设计一个电池，其负极反应为 $\text{Ag} + \text{Cl}^{-} \rightarrow \text{AgCl} + e^{-}$，正极反应为 $\text{Ag}^{+} + e^{-} \rightarrow \text{Ag}$。
    • 将正负极反应相加，得到总反应为 $\text{Ag}^{+} + \text{Cl}^{-} \leftrightarrow \text{AgCl}$，此反应对应 $\text{AgCl(s)}$ 的标准溶度积常数 $K_{\text{sp}}^{\ominus}$。
  2. 分析电池符号的书写规则：
    • 在电池符号中，负极写在左边，正极写在右边，用“||”表示盐桥，用“|”表示相界面。
    • 对于本题，负极是 $\text{Ag}$ 与 $\text{AgCl}$ 及 $\text{Cl}^{-}$ 接触，应表示为 $\text{Ag}|\text{AgCl}|\text{Cl}^{-}(a_1)$；正极是 $\text{Ag}$ 与 $\text{Ag}^{+}$ 接触，应表示为 $\text{Ag}^{+}(a_2)|\text{Ag}$。
    • 所以正确的电池符号为 $\text{Ag}|\text{AgCl}|\text{Cl}^{-}(a_1)||\text{Ag}^{+}(a_2)|\text{Ag}$。
  3. 分析各选项：
    • 选项A：$\text{Ag}|\text{AgCl}|\text{Cl}^{-}(a_1)|\text{Ag}^{+}(a_2)|\text{Ag}$，未使用盐桥，不符合电池符号的规范，因为盐桥用于隔开两个半电池并传导离子，维持电荷平衡。
    • 选项B：$\text{Ag}|\text{Ag}^{+}(a_2)||\text{Cl}^{-}(a_1)|\text{AgCl}|\text{Ag}$，正负极顺序错误，负极应该是发生氧化反应的电极，即 $\text{Ag}$ 失去电子的电极，而此选项中 $\text{Ag}|\text{Ag}^{+}(a_2)$ 作为负极不符合我们确定的负极反应。
    • 选项C：$\text{Ag}|\text{AgCl}|\text{Cl}^{-}(a_1)||\text{Ag}^{+}(a_2)|\text{Ag}$，符合电池符号的书写规则和正负极反应的要求。
    • 选项D：$\text{Ag}|\text{Ag}^{+}(a_2)|\text{Cl}^{-}(a_1)|\text{AgCl}|\text{Ag}$，正负极顺序错误，且未使用盐桥，不符合规范。