Задачи по теме «Электрохимическая термодинамика» (стр. 3 )

3.  Каково должно быть отношение активностей HCl в двух растворах при 291,2 К, чтобы диффузионный потенциал, возникший на их границе, был равен 0,1В? Подвижности ионов равны: λ0 (Н+) = 315,0 См∙м2∙моль−1. λ0(Сl−) = 65,5 См∙м2∙моль−1.

4.  Вычислите величину диффузионного потенциала, возникающего на границе раздела растворов KCl и KOH одинаковой активности (а(KCl) = а(KOH) = 0,001). С какой стороны граница между этими растворами будет заряжена положительно? Подвижности ионов равны 64,3; 65,3 и 274,0 См∙м2∙моль−1 соответственно.

5.  Мостик, заполненный насыщенным раствором KCl, часто применяют для устранения диффузионных потенциалов на границах соприкосновения электролитов. Вычислите диффузионный потенциал для границ соприкосновения насыщенного раствора KCl (число переноса катиона t (К+) = 0,491) с а) 0,01 моль∙л−1 HCl (t (Н+) = 0,821) и б) 5 моль∙л−1 СaCl2 (t (Са2+) = 0,438).

6.  Вычислите диффузионные потенциалы при 298 К на границах раздела следующих растворов одинаковых концентраций: а) HCl|NaCl; б) NaOH|NaCl; в) NaCl|KCl. Воспользуйтесь значениями подвижностей ионов (Таблица 65, Краткий справочник физико-химических величин под ред. и ).

7.  Вычислите при 298,2К э. д.с. концентрационной цепи, составленной из двух серебряных электродов, погруженных в в 0,1 и 0,01 моль∙л−1 растворы AgNO3. Учтите возникновения диффузионного потенциала на границе соприкасающихся растворов. Число переноса нитрат-иона t(NO3−) = 0,529. Средний ионный коэффициент активности первого раствора равен 0,734. Примите, что для раствора с концентрацией 0,01 моль∙л−1 справедлив предельный закон Дебая-Хюккеля. Температура равна 298,2 К.

8.  Вычислите величину диффузионного потенциала, возникающего на границе раздела растворов KCl и KOH одинаковой активности (а(KCl) = а(KOH) = 0,001). С какой стороны граница между этими растворами будет заряжена положительно? Подвижности ионов равны 64,3; 65,3 и 274,0 См∙м2∙моль−1 соответственно.

9.  Вычислите э. д.с. элемента, составленного из двух водородных электродов с активностями хлороводородной кислоты 0,1М и 0,01М при 298 К с учетом диффузионного потенциала. Число переноса ионов водорода равно 0,84.

10.  Вычислите э. д.с. концентрационной цепи

Hg, HgO |KOH(aq) | KOH(aq) | HgO, Hg

0,5М 0,05М

с учетом диффузионного потенциала. Средние ионные коэффициенты активности KOH в 0,5М и 0,05М растворах равны 0,732 и 0,824 соответственно. Подвижности ионов K+ и OH− равны 7,35 и 19,83 См∙м2∙кмоль−1 соответственно.

11.  Каково должно быть отношение между активностями KOH в двух соприкасающихся растворах при 298 К, чтобы диффузионный потенциал, возникающий на границе, был равен 0,1 В? Подвижности ионов K+ и OH− равны 7,35 и 19,83 См∙м2∙кмоль−1 соответственно.

12.  Вычислите при 298,2К э. д.с. элемента

(Pt)H2| HCl | KClнасыщ| Hg2Cl2,Hg(Pt)

0,01н.

с учетом диффузионного потенциала. Потенциал каломельного электрода, погруженного в насыщенный раствор KCl, равен 0,242 В. Средний ионный коэффициент активности HCl в 0,01н. растворе равен 0,904.

13.  Вычислите при 298,2К э. д.с. концентрационной цепи, составленной из двух серебряных электродов, погруженных в в 0,1 и 0,01 моль∙л−1 растворы AgNO3, с учетом диффузионного потенциала. Число переноса нитрат-иона t(NO3−) = 0,529. Средний ионный коэффициент активности первого раствора равен 0,734. Примите, что для раствора с концентрацией 0,01 моль∙л−1 справедлив предельный закон Дебая-Хюккеля. Температура равна 298,2 К

14.  Подвижности иона цинка и сульфат-иона при 293 К равны 4,70 и 7,0 См∙м2∙кмоль−1 соответственно. Вычислите э. д.с. концентрационной цепи, составленной из двух цинковых электродов, погруженных в 0,1 и 0,01 М растворы ZnSO4 с учетом диффузионного потенциала. Средние ионные коэффициенты активности растворов ZnSO4 с концентрациями 0,1 М и 0,01М равны 0,150 и 0,387 соответственно.

15.  Вычислите при 298,2К э. д.с. концентрационной цепи, составленной из двух цинковых электродов, погруженных в 0,1 и 0,005 моль∙л−1 растворы ZnSO4, с учетом диффузионного потенциала. Средние ионные коэффициенты активности растворов ZnSO4 с концентрациями 0,1 и 0,005 моль∙л−1 равны 0,150 и 0,477 соответственно. Подвижности иона цинка и сульфат-иона равны 5,4 и 8,0 См∙м2∙кмоль−1 соответственно.

16.  Вычислите при 298,2К э. д.с. концентрационной цепи, составленной из двух цинковых электродов, погруженных в 0,001 и 0,1 моль∙л−1 растворы ZnCl2, с учетом диффузионного потенциала. Средние ионные коэффициенты активности растворов ZnСl2 с концентрациями 0,001 и 0,1 моль∙л−1 равны 0,88 и 0,515 соответственно. Подвижности ионов Zn2+ и Сl− равны 5,4 и 7,64 См∙м2∙кмоль−1 соответственно.

17.  Вычислите при 298 К э. д.с. концентрационной цепи, составленной из двух хлорид-серебряных электродов, погруженных в 0,001 и 3,0 моль∙л−1 растворы KCl, с учетом диффузионного потенциала. Средние ионные коэффициент активности растворов KСl с концентрациями 0,001 и 3,0 моль∙л−1 равны 0,965 и 0,569 соответственно. Подвижности ионов K+ и Сl− равны 7,35 и 7,64 См∙м2∙кмоль−1 соответственно.

18.  Вычислите э. д.с. элемента

Ag | AgNO3 | AgNO3 | Ag

0,005M 0,1M

при 298 К с учетом диффузионного потенциала. Число переноса иона NO3− в растворе нитрата серебра равно 0,54. Средние ионные коэффициент активности растворов AgNO3 с концентрациями 0,005 и 0,1 моль∙л−1 равны 0,925 и 0,734 соответственно.

19.  Вычислите э. д.с. элемента, составленного из двух серебряных электродов с активностями нитрата серебра 0,01М и 1М при 298 К с учетом диффузионного потенциала. Число переноса нитрат-иона в растворе нитрата серебра равно 0,54. Средние ионные коэффициент активности растворов KСl с концентрациями 0,01 и 1 моль∙л−1 равны 0,897 и 0,429 соответственно.

20.  Э. д.с. элемента

Pt (H2) | HCl(aq) | HCl(aq) |(H2)Pt

0,01M 0,1M

при 298 К равна 0,020 В. Определите средний ионный коэффициент активности в 0,1М растворе HCl, если в 0,01М растворе он равен 0,904. При расчете необходимо учитывать диффузионный потенциал. Число переноса анионов хлора равно 0,172.

5 Применение уравнения Гиббса-Гельмгольца для обратимой электрохимической цепи

1.  Рассчитайте тепловой эффект химической реакции

Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu,

протекающей в элементе Якоби Даниэля, и максимальную работу, совершаемую в стандартных условиях при 298,2 К, если э. д.с. элемента при температурах 272,2 и 276,2 К соответственно равны 1,0960 и 1,0961 В. Предположите, что в рассматриваемом интервале температур теплоемкости участников реакции постоянны. Составьте схему гальванического элемента, электродных полуреакций, уравнение токообразующей реакции, и общее термодинамическое выражение для э. д.с. этой цепи.

2.  Э. д.с. элемента, в котором протекает реакция

Ag + ½ Hg2Cl2 = AgCl + Hg,

равна 0,456 В при 288,2 К и 0,439 В при 293,2 К. вычислите изменение стандартных значений энергии Гиббса, энтальпии и энтропии.

3.  Вычислите тепловой эффект и изменение энтропии реакции

Cd + PbCl2 = CdCl2 + Pb,

протекающей в гальваническом элементе при 298,2 К, если э. д.с. элемента равна 0,188 В, а температурный коэффициент э. д.с. −4,8 104 В∙К−1.

4.  Тепловой эффект реакции

Pb + 2AgCl = PbCl2 + 2Ag

равен 101,5 кДж∙моль−1. Э. д.с. элемента, работающего за счет этой реакции, равна 0,4901 В при 298,2 К. Вычислите э. д.с. элемента при 293,2 К.

5.  Тепловой эффект реакции

Pb + Hg2Cl2 = PbCl + 2Hg

равен 94,2 кДж∙моль−1 при 298,2 К. Э. д.с. элемента, в котором обратимо протекает эта реакция, возрастает на 1,45∙10−4 В при повышении температуры на 1К. Вычислите э. д.с. элемента и изменение энтропии при 298,2 К.

6.  Вычислите изменение энтропии реакции

Cd + 2AgCl = CdCl2 +2Ag,

протекающей в гальваническом элементе при стандартных условиях, если э. д.с., если его э. д.с. равна 0,6753 В и стандартные изменения энтальпии при образовании CdCl2 и AgCl равны −389,0 и −127,0 соответственно.

7.  Вычислите тепловой эффект реакции

Cd + PbCl2 + 2,5H2O = CdCl2∙2,5H2O + Pb,

при 298,2 К, если э. д.с. элемента, в котором протекает эта реакция, равна 0,188 В, а температурный коэффициент э. д.с. равен −4,8∙10−4 В∙К−1. Вычислите максимальную полезную работу, совершаемую элементом.

8.  Вычислите тепловой эффект и изменение энтропии реакции, протекающей в гальваническом элементе

Pb | Pb(CH3COO)2 || Cu(CH3COO)2 | Cu,

при 298,2 К, если известно, что э. д.с. элемента равна 0,4805 В и температурный коэффициент э. д.с. равен 4,1∙10−4В∙К−1. Вычислите максимальную полезную работу, совершаемую элементом.

9.  Рассчитайте изменение максимальной полезной работы и теплового эффекта химической реакции в гальваническом элементе при повышении температуры от 293,2 до 298,2 К, если n = 2, а э. д.с при температурах 293,2 и 298,2 К равны соответственно 0,023 и 0,019В.

10.  Зависимость э. д.с от температуры для элемента, в котором протекает реакция

Zn + Hg2SO4 = ZnSO4 + 2Hg,

выражается уравнением Е = 1,4328 − 1,19∙10−3(Т − 288,2) − 7∙10−6(Т − 288,2)2.

Вычислите изменение энергии Гиббса, энтальпии и энтропии при 303,2 К для этой реакции.

11.  Сульфид кобальта (II) существует в виде двух модификаций. Стандартный потенциал реакции α-CoS + 2e = Co + S2− при 298,2 К равен 0,90В, реакции β-CoS + 2e = Co + S2− при той же температуре 1,07 В. Вычислите температуру превращения модификации α-CoS в β-CoS приняв, что S0298(α-CoS) = 67,5 Дж∙моль−1∙К−1, а S0298(β-CoS) = 61,6 Дж∙моль−1∙К−1 .