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.
[例]. 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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