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化学
题目

25^circ(C)时,以下电池:玻璃电极 mid (H)^+((a)=(x mol/L)) parallel 饱和甘汞电极,当测量 (pH) = 4.00 的缓冲溶液时,电池电动势为 0.357(V),测量未知溶液时,电池电动势为 0.425(V)。求未知溶液的(pH)。

$25^\circ\text{C}$时,以下电池:玻璃电极 $\mid$ $\text{H}^+(\text{a}=\text{x mol/L})$ $\parallel$ 饱和甘汞电极,当测量 $\text{pH} = 4.00$ 的缓冲溶液时,电池电动势为 $0.357\text{V}$,测量未知溶液时,电池电动势为 $0.425\text{V}$。求未知溶液的$\text{pH}$。

题目解答

答案

根据题意,这是一个利用玻璃电极(指示电极)和饱和甘汞电极(参比电极)组成的电池来测量溶液pH值的电化学问题。

推导过程:

  1. 确定电池电动势与pH的关系:
    该电池的电动势 $E$ 主要由玻璃电极的电势决定。玻璃电极的电势与溶液中氢离子活度(即pH值)呈线性关系。
    电池电动势 $E$ 可以表示为:
    $E = K + \frac{2.303RT}{F} \text{pH}$
    其中:

    • $K$ 是常数,包含了参比电极电势、玻璃电极的不对称电势等。
    • $R$ 是理想气体常数 ($8.314 \text{ J}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$)。
    • $T$ 是绝对温度 ($25^\circ\text{C} = 298.15\text{ K}$)。
    • $F$ 是法拉第常数 ($96485 \text{ C}\cdot\text{mol}^{-1}$)。
    • 在 $25^\circ\text{C}$ 时,能斯特斜率 $\frac{2.303RT}{F} \approx 0.0592 \text{ V}$。

    因此,公式简化为:
    $E = K + 0.0592 \text{ pH}$

  2. 利用已知条件建立方程:
    题目给出了两种情况:

    • 情况一(已知缓冲溶液): 当 $\text{pH}_1 = 4.00$ 时,电池电动势 $E_1 = 0.357\text{ V}$。
      代入公式得:
      $0.357 = K + 0.0592 \times 4.00$

    • 情况二(未知溶液): 当电池电动势 $E_2 = 0.425\text{ V}$ 时,求未知溶液的 $\text{pH}_2$。
      代入公式得:
      $0.425 = K + 0.0592 \times \text{pH}_2$

  3. 求解未知溶液的pH:
    将上述两个方程相减,消去常数 $K$:
    $E_2 - E_1 = (K + 0.0592 \times \text{pH}_2) - (K + 0.0592 \times \text{pH}_1)$
    $E_2 - E_1 = 0.0592 \times (\text{pH}_2 - \text{pH}_1)$

    代入已知数值:
    $0.425\text{ V} - 0.357\text{ V} = 0.0592 \times (\text{pH}_2 - 4.00)$
    $0.068 = 0.0592 \times (\text{pH}_2 - 4.00)$

    解得:
    $\text{pH}_2 - 4.00 = \frac{0.068}{0.0592}$
    $\text{pH}_2 - 4.00 \approx 1.1486$
    $\text{pH}_2 \approx 4.00 + 1.1486 = 5.1486$

    保留两位小数,未知溶液的 $\text{pH}$ 约为 $5.15$。

答案:
未知溶液的 pH 为 5.15。

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