Question

已知：原電池H₂(g)| NaOH(aq) | HgO(s),Hg(l) 在298.15K下的標準電動勢E^y=0.926V

        反應H₂(g) + 1/2 O₂(g) = H₂O(l)   _rG_m^y(298K) = 237.2kJ?mol¹

物     質	Hg(l)	HgO(s)	O2(g)
Smy(298K)/J?mol1?K1	77.1	73.2	205.0

2-1寫出上述原電池的電池反應與電極反應(半反應)。

2-2計算反應HgO(s)=Hg(l) + ½ O₂(g) 在298.15K下的平衡分壓p(O₂)和_rH_m^y(298.15K)。

2-3設反應的焓變與熵變不隨溫度而變，求HgO固體在空氣中的分解溫度。

Answer 1

2-1  電極反應   ()  H₂(g)  +  2OH^- = 2H₂O(l) + 2e                  (0.5分)

電極反應        (+)  HgO(s) + H₂O + 2e = OH + Hg(l)                (0.5分)

電池反應        H₂(g) + HgO(s) = H₂O(l) + Hg(l)                  (1分)

2-2      _rG_m^y = nFE^y = 2 X96500 C?mol¹X0.926 V = 178.7 X10³ J?mol¹  (1分)

H₂(g) + 1/2 O₂(g) = H₂O(l)                       _rG_m^y(2) = 237.2 kJ/moL

H₂(g) + HgO(s) = H₂O(l) + Hg(l)                     _rG_m^y(1) = 178.7 kJ/mol

HgO(s) = Hg(l) + 1/2 O₂(g)      _rG_m^y(3)=_rG_m^y(1)_rG_m^y(2)= +58.46kJ/mol(1分)

lnK_p^y= (G^y/RT) = (58.46X10³J/mol)/[(8.314J/mol?K)X(298.15K)] = 23.60

K_p^y = 5.632X10¹¹                                                  (1分)

K_p^y = [p(O₂)/p^y]^1/2   p(O₂) = (K_p^y)²Xp^y =3.17X10²¹X101.3kPa           (2分)

H^y = G^y + TS^y = 58.46X10³kJ/mol + 298.15KX106.7Jmol^-1K¹ = +90.28 kJ/mol           (2分)

不計算K_p^y直接得出氧的分壓p(O₂)得分相同。

2-3      HgO(s) 穩定存在, p(O₂) ≤ 0.21X101.3kPa.

ln(K₂^y/K₁^y)= ln(p₂^1/2/p₁^1/2)=1/2ln(p₂/p₁)=H^y/R(1/T₁1/T₂)

1/T₂=1/T₁{[Rln(p₂/p₁)]/2H^y}=1/298.15K

     [8.314Jmol¹K^-1ln(0.21/3.17X10²¹)]/2X90278Jmol^-1

   = 0.00125K^-1

T₂ = 797.6 K                                                (3分)

其他計算方法得分相同。

算式答對，數據計算錯誤，給一半分。計算錯誤不作二次懲罰。答案中有效數字錯誤扣0.5分。