Расчет термодинамических характеристик реакции

Т, К	.	, В/К	, кДж/моль	, Дж/(моль·К)	, кДж/моль	Ко
T1	1. 2. 3. =
T2	1. 2. 3. =

5.4.1.3. Контрольные вопросы и задачи

1. Уравнение Гиббса–Гельмгольца для ЭДС гальванического элемента.

2. Как зависит от температуры ЭДС обратимо работающего гальванического элемента, если он при работе выделяет тепло в окружающую среду или поглощает тепло из окружающей среды?

3. Меняется ли и каким образом внутренняя энергия гальванического элемента, если его ЭДС не зависит от температуры?

4. При работе в адиабатных условиях гальванический элемент охладился (нагрелся). Как зависит ЭДС этого элемента от температуры?

5. Какие константы и экспериментальные данные нужно знать для расчета электрической работы, изменения энергии Гиббса, изменения энтропии, теплового эффекта и константы равновесия реакции, протекающей в гальваническом элементе?

6. Если температурный коэффициент ЭДС больше (меньше) нуля, то как меняется ∆ S и ∆H при работе гальванического элемента?

7. Каковы условия измерения ЭДС гальванического элемента?

8. Температурный коэффициент ЭДС элемента Pb|PbCl||KCl||AgCl|Ag равен -1,86·10^-4 В/К, а ЭДС равна 0,49 В. Рассчитать величину ΔН токообразующей реакции.

9. Рассчитайте константы равновесия реакций:

а) 2Ce⁴⁺ + 2Cl^- = 2Ce³⁺ + Cl₂

б) Cо³⁺ + Fe²⁺ = Cо²⁺ + Fe³⁺

в) 2Fe³⁺ + 2I^- = 2Fe²⁺ + I₂

10. Какие из данных реакций могут протекать самопроизвольно в прямом направлении:

а) KI + Br₂ = 2KBr + I₂

б) Sn⁴⁺ + 2Fe²⁺ = Sn²⁺ + 2Fe³⁺

в) MnO₄^- + 5Fe²⁺ + 8H⁺ = Mn²⁺ + 5Fe³⁺ +4H₂O

11. Рассчитайте величину ΔН реакции, протекающей в гальваническом элементе CuSO₄ + Zn= Cu + ZnSO₄, если известна ЭДС элемента при двух температурах: Е₁ = 1,0960 при Т₁ = 273 К, Е₂ = 1,0961 при Т₂ = 270 К.

5.5. Окислительно-восстановительные (редокс) системы

На любом электроде протекает окислительно-восстановитель-ная полуреакция типа:

(5.90)

в которой участвует одно и то же вещество в окисленной (Ох) и восстановленной ( ) формах. Однако во всех системах, отвечающих электродам первого и второго рода, восстановленной формой служит металл электрода, а его активность считается постоянной. Если же металл является инертным, то есть не участвует в реакции, а служит лишь для передачи электронов между веществами Охи , находящимися в растворе, то такие системы называются окислительно-восстановительными или редокс-электро-дами. При этом на поверхности инертных металлов также возникает скачок потенциала.

Редокс-системы часто встречаются в биохимических процессах, так как в них присутствуют окисленные и восстановленные формы различных соединений. Такие системы количественно характеризуются величиной редокс-потенциала. Нередко в окислительно-восстановительном процессе участвуют не только электроны, но и ионы раствора, например, ионы водорода. Тогда потенциал таких систем зависит от рН среды. В пищевых технологиях многие реакции идут в присутствии ферментов, которые проявляют свою активность при определенном значении рН. Поэтому обычно биохимические превращения проводят при строгом контроле рН среды с помощью различных редокс-электродов. Рассмотрим работу этих электродов более подробно.