饱和甘汞电极为正极,玻璃电极为负极,测得下列溶液电动势最大的是( )A. 0.10 , (mol) cdot (dm)^-3 的 HClB. 0.10 , (mol) cdot (dm)^-3 的 (Na)_2(S)C. 0.10 , (mol) cdot (dm)^-3 的 (H)_2(S)D. 0.10 , (mol) cdot (dm)^-3 的 (Na)_2(SO)_4
A. $0.10 \, \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$ 的 HCl
B. $0.10 \, \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$ 的 $\text{Na}_2\text{S}$
C. $0.10 \, \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$ 的 $\text{H}_2\text{S}$
D. $0.10 \, \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$ 的 $\text{Na}_2\text{SO}_4$
题目解答
答案
解析
本题考查原电池电动势的计算以及不同溶液中氢离子浓度对电动势的影响。解题的关键在于明确原电池电动势的计算公式,以及分析各溶液中氢离子浓度的大小关系。
原电池电动势$E$的计算公式为$E = E_{正}-E_{负}$,在本题中,饱和甘汞电极作为正极,其电极电势$E_{正}$是固定值;玻璃电极作为负极,其电极电势$E_{负}$与溶液中的氢离子浓度$c(H^+)$有关,根据能斯特方程,玻璃电极的电极电势$E_{负}=K - \frac{2.303RT}{F}\lg c(H^+)$(其中$K$为常数,$R$为气体常数,$T$为热力学温度,$F$为法拉第常数)。
那么原电池电动势$E = E_{正}-(K - \frac{2.303RT}{F}\lg c(H^+))=E_{正}-K+\frac{2.303RT}{F}\lg c(H^+)$,由此可知,溶液中氢离子浓度$c(H^+)$越大,$\lg c(H^+)$越大,原电池电动势$E$就越大。
接下来分析各选项溶液中氢离子浓度的大小:
- A选项:$0.10 \, \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$的$HCl$是强电解质,在溶液中完全电离,$HCl = H^+ + Cl^-$,所以$c(H^+)=0.10 \, \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$。
- B选项:$0.10 \, \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$的$\text{Na}_2\text{S}$是强碱弱酸盐,$S^{2 - }$会发生水解,$S^{2 - } + H_2O\rightleftharpoons HS^ - + OH^ -$,$HS^ - + H_2O\rightleftharpoons H_2S + OH^ -$,使溶液显碱性,$c(H^+)$远小于$10^{-7} \, \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$。
- C选项:$0.10 \, \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$的$\text{H}_2\text{S}$是二元弱酸,在溶液中部分电离,$H_2S\rightleftharpoons H^+ + HS^ -$,$HS^ -\rightleftharpoons H^+ + S^{2 - }$,其电离程度较小,$c(H^+)$小于$0.10 \, \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$。
- D选项:$0.10 \, \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$的$\text{Na}_2\text{SO}_4$是强酸强碱盐,在溶液中不水解,溶液呈中性,$c(H^+)=10^{-7} \, \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$。
比较各选项溶液中氢离子浓度大小可得:$0.10 \, \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$($HCl$)$> c(H^+)$($\text{H}_2\text{S}$)$> 10^{-7} \, \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$($\text{Na}_2\text{SO}_4$)$> c(H^+)$($\text{Na}_2\text{S}$),所以$0.10 \, \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$的$HCl$溶液中氢离子浓度最大,原电池电动势最大。