Примеры решения задач

1. Н реакции Pb + Hg₂Cl₂ = PbCl₂ + 2Hg, протекающей в гальваническом элементе, равно –94,2 кДж/моль при 298,2 К. ЭДС этого элемента возрастает на 1,4510^–4 В при повышении температуры на 1 К. Рассчитать ЭДС элемента и S при 298,2 К.

Решение:

G = H – TS = –nFE, откуда

2. Определить Н, G и S реакции Pb + 2AgCl ((;(( 2Ag + PbCl₂, протекающей в гальваническом элементе при 25^оС по следующим данным:

t,oC	Е, В
23	0,49037
27	0,48963

Решение:

Находим температурный коэффициент ЭДС

Рассчитываем ЭДС при 25^оС

Рассчитываем изменение свободной энергии и энтропии:

G = –nFE = –2965000,49 = –9,4610⁴ Дж

3. Зависимость ЭДС от температуры элемента, в котором протекает реакция Zn + Hg₂SO₄ = ZnSO₄ + 2Hg выражается уравнением:Е = 1,4328 – 0,00119(Т – 288) – 0,05710^–4(Т – 288)². Рассчитать G, S, H при 303 К.

Решение:

G = –nFE

Е = 1,4328 – 0,00119(303 – 288) – 0,05710^–4(303– 288)² = 1,4137 В

G = –2965001,4137 = –272,8 кДж

G = H – TS,

H = G + TS = –272,8 кДж + 303 К  262,67310^–3 кДж/К =

= –151,7 кДж

4. Рассчитать максимальную работу и изменение энтальпии для гальванического элемента Вестона, если известна ЭДС этого элемента при 2-х температурах:

Т, К	293	298
Е, В	1,01830	1,01807

Решение:

В гальваническом элементе Вестона протекает химическая реакция:

Cd + Hg₂SO₄ + 8/3H₂O (;(; 2Hg(ж) + CdSO₄8/3H₂O

Число электронов, участвующих в реакции,

n = 2, A_max = –G

G = –nFE = –29,6510⁷1,0183 = –1,96310⁸ Дж/кмоль;

A_max = 1,96310⁸ Дж/кмоль;

Принимая

,

H = –29,6510⁷[293(–4,610⁵) – 1,0183] = –1,99110⁸ Дж/кмоль

Задачи для самостоятельного решения

1. Вычислить тепловой эффект реакции Zn + 2AgCl (;(; ZnCl₂ + 2Ag, протекающей в гальваническом элементе при 273 К, если ЭДС элемента равна 1,015 В, а ее температурный коэффициент 4,0210^–4 В/К.

(Ответ: 174,7 кДж/моль).

2. В гальваническом элементе при 298 К протекает реакция Cd + 2AgCl (;(; CdCl₂ + 2Ag. Рассчитать изменение энтропии в реакции, если Е^о = 0,6753 В, ; .

(Ответ: – 0,893 Дж/(мольК)).

3. ЭДС элемента Pt | H₂ | HBr | AgBr | Ag в широком интервале температур описывается уравнением:

Е(В) = 0,07131 – 4,9910^–4(Т – 298) – 3,4510^–6(Т – 298)².

Рассчитать G^о, H^о, S^о реакции в элементе при 25^оС.

(Ответ: G^о = – 6,88 кДж/моль, H^о = – 21,2 кДж/моль, S^о = – 48,1 Дж/(мольК)).

4. В гальваническом элементе обратимо протекает реакция

CuSO₄ + Zn (;(; ZnSO₄ + Cu.

Рассчитать H и S реакции, если ЭДС элемента равна 1,0960 В при 273 К и 1,0964 В при 276 К.

(Ответ: H = – 209,7 кДж/моль, S = 6,4 Дж/(мольК)).

5. Рассчитать константу равновесия реакции

NADH(aq) + 1/2O₂(г) + Н⁺(aq) (;(; NAD⁺(aq) + Н₂О

если при 25^оС и рН = 7 стандартные электродные потенциалы полуэлементов равны: Е^о(NADH, NAD⁺, Н⁺) = – 0,32 В; Е^о(О₂, Н⁺, Н₂О) = 0,82 В.

(Ответ: 3,610³⁸).

6. Медный электрод погружен в 0,01 М CuSO₄, а таллиевый – в 0,01М Tl₂SO₄. Вычислить ЭДС гальванического элемента, составленного из указанных электродов, при 25^оС. Учесть коэффициенты активности _ электролитов при заданных температуре и концентрациях солей в растворах.

(Ответ: 0,9057 В).

7. ЭДС гальванического элемента Pb | PbCl₂ || HgCl₂ | Hg при 298 К равна 0,5356 В. Вычислить максимальную работу, изменение энтальпии Н и энтропии S при протекании обратимой химической реакции: Pb + Hg₂Cl₂ (;(; 2Hg + PbCl₂ в гальваническом элементе, если dE/dT = 1,4510^–4 В/К.

(Ответ: А_max = 8,340 кДж/моль, Н = –102,5 кДж/моль, S = 27,985 Дж/(мольК)).