Термодинамика гальванического элемента

1. Вычислите стандартные электродные потенциалы электродов:

а) Al³⁺ Al , б) Cl^– Cl₂ , в) Fe²⁺Fe , г) Fe³⁺Fe , д) Au³⁺Au , е) Hg₂²⁺Hg ,

пользуясь термодинамическими справочными данными о величинах стандартных изобарных потенциалов соединений и ионов. Сравните вычисленные величины с табличными.

2. Пользуясь термодинамическими справочными данными, вычислите стандартные потенциалы следующих электродов второго рода: а) хлоридсеребряного; б) свинцово-сульфатного; в) свинцово-сульфидного; г) сурьмяного; д) цианидсеребряного; е) кадмий-карбонатного. Сравните вычисленные величины с табличными.

3. По термодинамическим справочным данным вычислите стандартные ЭДС следующих элементов при 25^оС:

а) PbPbCl₂KClAgClAg ;

б) PbPbCl₂KClHg₂Cl₂Hg ;

в) PtFe²⁺ , Fe³⁺Tl⁺ , Tl³⁺Pt ;

г) CoCoSO₄Hg₂SO₄Hg ;

д) PtH₂H₂SO₄CuSO₄Cu ;

е) ZnZnSO₄NiCl₂Ni

и сравните их с величинами, вычисленными по таблицам стандартных электродных потенциалов.

4. Рассчитать для стандартных условий константу равновесия реакций

а) H₃AsO₄ + 2I^– + 2H⁺ = HAsO₂ + J₂ + 2H₂O ,

б) MnO₄^– + 5Fe²⁺ + 8H⁺ = Mn²⁺ + 5Fe³⁺ + 4H₂O ,

в) 2H⁺ + 3H₃PO₃ + 2MnO₄^– = 3H₃PO₄ + 2MnO₂ + H₂O ,

г) H₂O + 3ClO₃^– + 2MnO₄^– = 3ClO₄^– + 2MnO₂ + 2OH^– ,

д) 2Fe(CN)₆^4– + PtCl₆^2– = 2Fe(CN)₆^3– + PtCl₄^2– + 2Cl^– ,

используя таблицу стандартных электродных потенциалов.

( а) К_р = 6,51; б) К_р = 4,26610⁶²; в) К_р = 10^200,44; г) К_р = 1,53510²³; д) К_р = 7,0310¹⁰ )

5. Рассчитать тепловой эффект химической реакции, протекающей в элементе Даниэля – Якоби, и максимальную работу, совершаемую им в стандартных условиях при 298,2 К, если ЭДС элемента при температурах 273,2 и 276,2 К соответственно равны 1,0960 и 1,0961 В. (A_max = 211,7 кДж/моль; Н = – 209,8 кДж/моль)

6. Вычислите при Т = 298,2 К тепловой эффект, изменение энтропии и максимальную работу, совершаемую элементом, в котором протекает реакция

Cd + PbCl₂ = CdCl₂ + Pb ,

если ЭДС элемента при данной Т составляет 0,1880 В, а температурный коэффициент dE/dT = –4,810^–4 В/К. (Н = –63,91 кДж/моль; S = –92,64 Дж/(мольК); A_max = 36,28 кДж/моль)

7. Зависимость ЭДС от температуры для элемента, в котором протекает двухэлектронная реакция, выражается уравнением

Е = 1,1522 – 1,07·10^–3 (Т – 298,2) – 8,8·10^–6 (Т – 298,2)² .

Найдите для этой реакции G, H и S при 313,2 К. (G = –218,9 кДж/моль; Н = –299,55 кДж/моль; S = –257,5 Дж/(мольК))

8. Вычислите термодинамические параметры при 298 К (G^о, F^о, H^о, U^о, S^о, А) химической реакции, протекающей при работе нормального элемента Вестона. Зависимость ЭДС этого элемента от температуры выражается уравнением

Е_о = 1,0183 – 3,8·10^–5 (Т – 298) – 6,5·10^–7 (Т – 298)² .

(G^о = F^о = –196,5 кДж/моль, H^о = U^о = –198,7 кДж/моль, А = 196,5 кДж/моль, S^о = –7,334 Дж/(мольК))

9. Тепловой эффект взаимодействия бария с раствором кислоты при стандартных условиях равен 536,97 кДж/моль, а стандартный потенциал бариевого электрода 1-го рода равен –2,904 В. Вычислите изменение энтропии процесса растворения бария в кислоте. (S = –78,81 Дж/(мольК))

10. В топливном элементе протекает химическая реакция

Н₂ (г) + ½ О₂ (г) = Н₂О (ж) .

Каково значение стандартной ЭДС при 298 К? Воспользуйтесь термодинамическими справочными данными. (Е = 1,229 В)

11. Рассчитайте стандартную ЭДС (Т = 298 К) топливного элемента, токообразующим процессом которого является реакция окисления метанола

2СН₃ОН (ж) + 3О₂ = 2СО₂ (г) + 4Н₂О (ж) .

Воспользуйтесь термодинамическими справочными данными. (Е = 1,213 В)