已知：原电池H2(g)|NaOH(aq)|HgO(s)Hg(l)在298.15K下的标准电动势Ey=0.926V反应H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)rGmy(298K)=237.2kJ・mol1

Question

已知：原电池 H ₂ (g)| NaOH(aq) | HgO(s) Hg(l) 在 298.15K 下的标准电动势 E ^y =0.926V

        反应 H ₂ (g) + 1/2 O ₂ (g) = H ₂ O(l)     _r G _m ^y (298K) = 237.2kJ ・ mol ¹

物      质	Hg(l)	HgO(s)	O 2 (g)
S m y (298K)/J ・ mol 1 ・ K 1	77.1	73.2	205.0

2-1 写出上述原电池的电池反应与电极反应 ( 半反应 ) 。

2-2 计算反应 HgO(s)=Hg(l) + ½ O ₂ (g) 在 298.15K 下的平衡分压 p(O ₂ ) 和  _r H _m ^y (298.15K) 。

2-3 设反应的焓变与熵变不随温度而变，求 HgO 固体在空气中的分解温度。

Answer 1

2-1   电极反应    ()   H ₂ (g)   +   2OH ^- = 2H ₂ O(l) + 2e                   (0.5 分 )

电极反应         (+)   HgO(s) + H ₂ O + 2e = OH + Hg(l)                 (0.5 分 )

电池反应         H ₂ (g) + HgO(s) = H ₂ O(l) + Hg(l)                  (1 分 )

2-2        _r G _m ^y = nFE ^y = 2 X96500 C ・ mol ¹ X0.926 V = 178.7 X10 ³ J・mol ¹   (1 分 )

H ₂ (g) + 1/2 O ₂ (g) = H ₂ O(l)                        _r G _m ^y (2) = 237.2 kJ/moL

H ₂ (g) + HgO(s) = H ₂ O(l) + Hg(l)                      _r G _m ^y (1) = 178.7 kJ/mol

HgO(s) = Hg(l) + 1/2 O ₂ (g)       _r G _m ^y (3)= _r G _m ^y (1) _r G _m ^y (2)= +58.46kJ/mol(1 分 )

lnK _p ^y = (G ^y /RT) = (58.46X10 ³ J/mol)/[(8.314J/mol ・ K)X(298.15K)] = 23.60

K _p ^y = 5.632X10 ¹¹                                                   (1 分 )

K _p ^y = [p(O ₂ )/p ^y ] ^1/2    p(O ₂ ) = (K _p ^y ) ² Xp ^y =3.17X10 ²¹ X101.3kPa           (2 分 )

H ^y = G ^y + TS ^y = 58.46X10 ³ kJ/mol + 298.15KX106.7Jmol ^-1 K ¹ = +90.28 kJ/mol            (2 分 )

不计算 K _p ^y 直接得出氧的分压 p(O ₂ ) 得分相同。

2-3       HgO(s) 稳定存在 p(O ₂ ) ≤ 0.21X101.3kPa.

ln(K ₂ ^y /K ₁ ^y )= ln(p ₂ ^1/2 /p ₁ ^1/2 )=1/2ln(p ₂ /p ₁ )=H ^y /R(1/T ₁ 1/T ₂ )

1/T ₂ =1/T ₁ {[Rln(p ₂ /p ₁ )]/2H ^y }=1/298.15K

     [8.314Jmol ¹ K ^-1 ln(0.21/3.17X10 ²¹ )]/2X90278Jmol ^-1

   = 0.00125K ^-1

T ₂ = 797.6 K                                                 (3 分 )

其他计算方法得分相同。

算式答对，数据计算错误，给一半分。计算错误不作二次惩罚。答案中有效数字错误扣 0.5 分。