题目性质:自编仿真题——题目、材料、选项、数据与情境均为按课程标准与联招常见考点独立编写的原创仿真题,非真题原文,未取自任何题库、教辅或试卷;解析与采分点为教研整理,非官方评分标准。
一、考点定位与做题顺序
电池给的不只是电压。ΔG = −nFE 把电学和反应自发性连起来;再对温度求导,ΔS = nF(dE/dT);最后 ΔH = ΔG + TΔS。温度系数为负,说明升温时电动势下降,熵变也为负。
示意电池:n=2、E(298 K)=1.1 V、dE/dT=-0.0004 V/K、F=96485 C/mol。以上常数与读数均为自编示意,不代表真实电池体系。
二、逐题精讲
题1
题1 求 298 K 下的 ΔG、ΔS、ΔH(用 kJ/mol 表示),并说明三式的先后关系。
解析
ΔG = −nFE = −2×96485×1.1 = -212267.0 J/mol = -212.27 kJ/mol。
ΔS = nF(dE/dT) = 2×96485×(-0.0004) = -77.188 J/(mol·K),为负。
ΔH = ΔG + TΔS = -212267.0 + 298×(-77.188) = -235269.0 J/mol = -235.27 kJ/mol。
回代核验:由 ΔH 与 ΔS 反算 ΔG = ΔH − TΔS = -235.27 − 298×(-0.07719) = -212.27 kJ/mol,与首式一致,三式闭合。
答案 ΔG=-212.27 kJ/mol;ΔS=-77.188 J/(mol·K);ΔH=-235.27 kJ/mol
采分点 ΔG 2 分;ΔS 及符号 2 分;ΔH 2 分;三式回代 1 分
易错点 把 ΔS 写成 −nF(dE/dT);把 TΔS 符号写反;J 与 kJ 混用
题2
题2 按线性温度系数外推 310 K 的电动势 E(310),并说明为什么这是线性外推而不是精确值。
解析
E(310) = E(298) + (dE/dT)×(310−298) = 1.1 + (-0.0004)×12 = 1.0952 V。
下降量 = −(dE/dT)×12 = 0.0048 V,即 E 由 1.1 降到 1.0952 V;用两端作差 1.1 − 1.0952 = 0.0048 V,两路一致。
这是线性外推:dE/dT 本身随温度略变,只在小温区内当常数才成立;若跨几十开尔文仍硬套,须登记模型越界,不能写成「精确电动势」。本讲口径:ΔS 由斜率来,ΔH 由 ΔG+TΔS 来,E(310) 由同一斜率外推,三处用同一个 dE/dT,自洽。
答案 E(310) = 1.0952 V;属小温区线性外推,dE/dT 非常数时模型越界
采分点 外推结果 2 分;下降量 1 分;线性外推前提 2 分;模型越界登记 1 分
易错点 把 310−298 写成 310;把负系数算成升压;把外推值说成精确测量值
三、规律小结与对照表
| 量 | 关系式 | 结果 | 符号 |
|---|---|---|---|
| ΔG | −nFE | −212.3 kJ/mol | 负 |
| ΔS | nF(dE/dT) | −77.188 J/molK | 负 |
| ΔH | ΔG+TΔS | −235.3 kJ/mol | 负 |
| E(310) | E+斜率×ΔT | 1.0952 V | 下降 |
小结:一条斜率串起三个热力学量。ΔG=-212.27、ΔS=-77.188、ΔH=-235.27 kJ/mol 三式闭合,E 外推到 310 K 为 1.0952 V。以上为自编示意常数。
四、自测清单
- 能写出 ΔG=−nFE
- 能由 dE/dT 求 ΔS 并定符号
- 能用 ΔH=ΔG+TΔS
- 能线性外推 E(310)
- 能说明外推的温区前提
- 能反算 ΔG 回代三式闭合