
原电池符号为:(-) Zn∣ZnSO4(c1)‖Fe2(SO4)3(c2),FeSO4(c3)∣Pt(+)若加氨水于锌电极溶液中,使 Zn2+生成 [Zn(NH3)4]2+,这时电池电动势将 A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 不能确定
我们先逐步推理一下这个题。
1. 原电池的电极反应与电动势表达式
原电池符号:
(−) Zn∣ZnSO4(c1) ∥ Fe3+(c2), Fe2+(c3)∣Pt (+)
负极反应(氧化):
Zn→Zn2++2e−
正极反应(还原):
Fe3++e−→Fe2+
需乘以 2 以配平电子:
2Fe3++2e−→2Fe2+
总反应:
Zn+2Fe3+→Zn2++2Fe2+
2. 原电池电动势公式(根据 Nernst 方程):
E=E∘−nFRTlnQ
其中 E∘=EFe3+/Fe2+∘−EZn2+/Zn∘,
n=2Q=[Fe3+]2[Zn2+][Fe2+]2
初始电动势(加氨水前)为
E初=E∘−20.0591logc22c1⋅c32(在 298 K,简化形式)
3. 向负极 ZnSO₄ 溶液中加氨水的影响
氨与 Zn²⁺ 形成稳定配离子:
Zn2++4 NH3⇌[Zn(NH3)4]2+
此配合物稳定常数大,使得 游离 Zn²⁺ 浓度 [Zn2+] 大幅降低。
在原电池反应的 Nernst 方程里,Q 表达式中的 [Zn2+] 因配合而急剧变小(设为 c1′≪c1),则:
Q′=c22c1′⋅c32≪Q
lnQ′ 变得很小(很负),因此 −nFRTlnQ′ 项变得很正。
由于
E=E∘−nFRTlnQ
如果 Q 减小,那么 −lnQ 变大,所以 E 增大。
4. 直观理解
形成 Zn²⁺ 的氨配合物,降低了 Zn²⁺ 的活度,使 Zn 电极的平衡电位变得更负(Zn 更易失去电子,电极电势 EZn2+/Zn 下降,因为 E=E∘−20.0591log[Zn2+]1,[Zn²⁺]↓ ⇒ E(Zn)↓)。
电池电动势 E=E+−E−,E− 变得更负 ⇒ E+−E− 差值变大 ⇒ 电动势 增大。
5. 结论
应选 A. 增大。
最终答案:
A