电动势与化学反应自发性判定典型题目

本文拟结合具体实例,介绍用电动势判定化学反应自发性的方法,供参考.

[]. Cu-Ag原电池符号为:-)Cu│Cu2+(0.052mol·dm-3)‖Ag+(0.50mol·dm-3)│Ag(+

已知:Eθ(Cu2+/Cu)=0.340V;Eθ(Ag+/Ag)=0.7991V. 试判断原电池反应的自发进行的方向.

1. 原电池反应

由Cu-Ag原电池符号可得:

+)Ag+(0.50mol·dm-3)+e-→ Ag

-)Cu → Cu2+(0.052mol·dm-3)+ 2e-

原电池总反应:2Ag+(0.50mol·dm-3)+ Cu→ 2Ag +Cu2+(0.052mol·dm-3)

2. 原电池的电动势

由Nernst 方程可得:

E+=Eθ(Ag+/Ag)- 0.05917V·lgJ

=Eθ(Ag+/Ag)- 0.05917V·lg[cθ/c(Ag+)] (1)

将Eθ(Ag+/Ag)=0.7991V及c(Ag+)=0.50mol·dm-3代入式(1),并整理可得:

E+=Eθ(Ag+/Ag)- 0.05917V·lg[cθ/c(Ag+)]

=0.7991V-0.05917V·lg[1mol·dm-3/0.50mol·dm-3]

=0.7813V (2)

同理可得:

E-=Eθ(Cu2+/Cu)- (0.05917V/2)·lgJ

=Eθ(Cu2+/Cu)- (0.05917V/2)·lg[cθ/c(Cu2+)] (3)

将Eθ(Cu2+/Cu)=0.340V及c(Cu2+)=0.052mol·dm-3代入式(3),并整理可得:

E-=Eθ(Cu2+/Cu)- (0.05917V/2)·lg[cθ/c(Cu2+)]

=0.340V-(0.05917V/2)·lg[1mol·dm-3/0.052mol·dm-3]

=0.3020V (4)

备注:电极电势也称还原电势,在计算电极电势时,必须将原电池负极发生的氧化半反应改写成还原半反应.

则原电池电动势:

E=E+-E-=0.7813V-0.3020V=0.4793V>0 (5)

备注:电动势或电极电势均类似“强度性质”,其数值与反应式写法无关.

3. 原电池反应自发进行的方向判定

对于原电池总反应:2Ag+(0.50mol·dm-3)+ Cu→ 2Ag +Cu2+(0.052mol·dm-3)

ΔrGm=-ZFE=-2mol×96500C·mol-1×0.4793V=-92.50kJ<0 (6)

式(6)结果显示:原电池总反应可正向自发进行.

4. 结论

⑴电极电势也称还原电势,在计算电极电势时,必须将原电池负极发生的氧化半反应改写成还原半反应;

⑵电动势或电极电势均类似“强度性质”,其数值与反应式写法无关;

⑶ 原电池电动势E>0,ΔrGm<0,则原电池反应正向自发进行.

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