物理化學(xué)第七章電化學(xué)習(xí)題及解答

1、第七章 電化學(xué)習(xí)題及解答1. 用鉑電極電解CuCl2溶液。通過(guò)的電流為20 A，經(jīng)過(guò)15 min后，問(wèn)：（1）在陰極上能析出多少質(zhì)量的Cu ; (2) 在27，100 kPa下，陽(yáng)極析出多少Cl2？解：電極反應(yīng)為陰極：Cu2+ + 2e- = Cu陽(yáng)極: 2Cl- - 2e- = Cl2電極反應(yīng)的反應(yīng)進(jìn)度為 = Q/(ZF) =It / (ZF)    因此： mCu = MCu = MCu It /( ZF) = 63.546×20×15×60/(2×96485.309)=5.928gVCl2 = RT / p

2、=2.328 dm32. 用銀電極電解AgNO3溶液。通電一定時(shí)間后，測(cè)知在陰極上析出1.15g的Ag，并知陰極區(qū)溶液中Ag+的總量減少了0.605g。求AgNO3溶液中的t (Ag+)和t (NO3-)。解： 解該類問(wèn)題主要依據(jù)電極區(qū)的物料守恒（溶液是電中性的）。顯然陰極區(qū)溶液中Ag+的總量的改變D mAg等于陰極析出銀的量mAg與從陽(yáng)極遷移來(lái)的銀的量mAg之差：DmAg = mAg - mAgmAg = mAg - DmAgt (Ag+) = Q+/Q = mAg / mAg = (mAg - DmAg)/ mAg = (1.15-0.605)/1.15 = 0.474t (NO3-) =

3、 1- t (Ag+) = 1- 0.474 = 0.5263. 已知25 時(shí)0.02 mol/L KCl溶液的電導(dǎo)率為0.2768 S/m。一電導(dǎo)池中充以此溶液，在25 時(shí)測(cè)得其電阻為453。在同一電導(dǎo)池中裝入同樣體積的質(zhì)量濃度為0.555g/L的CaCl2溶液，測(cè)得電阻為1050。計(jì)算（1）電導(dǎo)池系數(shù)；（2）CaCl2溶液的電導(dǎo)率；（3）CaCl2溶液的摩爾電導(dǎo)率。解：（1）電導(dǎo)池系數(shù)KCell 為KCell = k R = 0.2768×453 =125.4 m-1         

4、60;  （2）CaCl2溶液的電導(dǎo)率k = KCell /R = 125.4/1050 = 0.1194 S/m（3）CaCl2溶液的摩爾電導(dǎo)率m = k/C = 110.983×0.1194/(0.555×1000)= 0.02388 S·m2 ·mol-4. 25 時(shí)將電導(dǎo)率為0.141 S/m的KCl溶液裝入一電導(dǎo)池中，測(cè)得其電阻為525。在同一電導(dǎo)池中裝入0.1mol/L的NH4OH溶液，測(cè)得電阻為2030。利用表7.1.4中的數(shù)據(jù)計(jì)算NH4OH的解離度及解離常數(shù)K。解：查表知NH4OH無(wú)限稀釋摩爾電導(dǎo)率為(NH4OH)=(

5、NH4+)+(OH-) =73.4×10-4+198.0×10-4=271.4 ×10-4S·m2 ·mol-因此，           =       =0.01344          K = c(NH4+) c (OH-)/ c (NH4OH) = =1.831×10-55. 試計(jì)算

6、下列各溶液的離子強(qiáng)度：（1）0.025 mol/Kg NaCl；（2）0.025 mol/Kg CuSO4；（3）0.025 mol/Kg LaCl3。解：根據(jù)離子強(qiáng)度的定義I = （1）I = 0.025×12+0.025×（-1）2=0.025 mol/Kg（2）I = 0.025×22+0.025×（-2）2=0.1 mol/Kg（3）I = 0.025×32+0.075×（-1）2=0.15 mol/Kg   6. 應(yīng)用德拜-休克爾極限公式計(jì)算25時(shí)下列各溶液中的±：（1）0.005 m

7、ol/Kg NaBr；（2）0.001 mol/Kg ZnSO4。解：根據(jù)Debye-Hückel極限公式lg ± = -Az+|z-|,25時(shí)水溶液中A=0.509 (mol-1·kg)1/2(1) I = 0.005×12+0.005×（-1）2=0.005 mol/Kglg ± = -0.509×1×|-1|=-0.03599, ±= 0.9205             

8、; (2) I = 0.001×22+0.001×（-2）2=0.004 mol/Kglg ± = -0.509×2×|-2|=-0.12877, ±= 0.74347. Zn(s)|ZnCl2 (0.05 mol·kg-1)|AgCl(s)|Ag(s)，該電池電動(dòng)勢(shì)E與T的關(guān)系為E/V = 1.015-4.92×10-4(T/K-298)，試計(jì)算298K時(shí)有1 mol的電子電量輸出時(shí)，電池反應(yīng)的rGm、rSm、rHm和Qr（寫出電池電極反應(yīng)）解：陽(yáng)極反應(yīng)：Zn(s) Zn2+ + 2e-陰極反

9、應(yīng)：2AgCl(s) + 2e- 2Ag + 2Cl-電池反應(yīng)：Zn(s) + 2AgCl(s)2Ag + ZnCl2T=298K時(shí)，E = 1.015- 4.92×10-4× (298-298) V = 1.015 V= - 4.92×10-4V·K -1= - zEF =-1×1.015×96500J·mol-1=-97.95 KJ·mol-1 = zF=1×96500(- 4.92×10-4)=-47.45 J·mol-1·K -1= + T = -97.95 + 29

10、8 × (-47.45×10-3) = -83.81 KJ·mol-1 = T =298 × (-47.45×10-3 ) = -14.15 KJ·mol-18. 25電池Pb | Pb(SO4) | NaSO4(飽和) | Hg2SO4 | Hg(l) 的電池電動(dòng)勢(shì)E = 0.9647V，= 1.74×10-4V·K -1。(1) 寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)；(2) 恒溫恒壓下電池可逆放電2F，求電池反應(yīng)的rGm、rSm、rHm和可逆電池過(guò)程的熱效應(yīng)QR；解：(1) 負(fù)極反應(yīng)： PbSO42-PbSO4(s)2e-

11、正極反應(yīng)： Hg2SO4 (s)2e-2Hg(l)SO42- 電池反應(yīng)： Pb(s)Hg2SO4 (s)PbSO4 (s)2Hg(l) (2) = - zEF = -2×0.9647×96500=-186.19 kJ·mol-1 = zF= 2×96500×1.74×10-4 = 33.58 J·mol-1·K -1= + T = -186.19 + 298.15×33.58×10-3=-176.18kJ·mol-1= T=298.15×33.58×10-3=10.

12、01kJ9. 有一電池可用表示為：Cu(s)|Cu(Ac)2(a =1)|AgAc(s)|Ag(s)已知298K時(shí)，該電池的電動(dòng)勢(shì)E1=0.372V，308K時(shí), E2=0.374V。設(shè)該電池電動(dòng)勢(shì)的溫度系數(shù)為常數(shù)。（1）寫出電極反應(yīng)及電池反應(yīng)（以電子轉(zhuǎn)移數(shù)z2計(jì)）；（2）計(jì)算298K時(shí)該電池反應(yīng)的rGm, rSm, rHm，以及電池恒溫放電時(shí)的可逆熱Qr,m。解: (1) 負(fù)極（陽(yáng)極）：Cu - 2e -Cu2+ 正極（陰極）：2AgAc+ 2e -2Ag+2Ac 電池反應(yīng)：Cu + 2AgAc2Ag+2Ac-)+Cu2+ （2）rGm = zFE1 = 2×96500×

13、0.372 = 71.796 kJ·mol-1若F96485 則為-71.785kJ·mol-1 由于溫度系數(shù)為常數(shù)，rSm = zF2×96500×38.6 J·K-1·mol-1rHm=rGm +TrSm60.29 kJ·mol-1 Qr,m= TrSm=298×38.611.502 kJ·mol-1 10. 某原電池Pt | H2 () | H+(a =1)|O2 () | Pt,已知在298K時(shí)，=1.228V, H2O(l)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓= -286.06 kJ·mol-1。（1）寫

14、出該電池的電極反應(yīng)和電池反應(yīng)。（2）求該溫度下電池的溫度系數(shù)。解：（1）電極反應(yīng) 負(fù)極：H2 2H+ + 2e- 正極：O2 + 2H+ +2e- H2O(l)電池反應(yīng) H2 + O2 H2O(l) （2）=-286.06 kJ·mol-1=-=1.228VrHm=rGm +TrSm =-zF + zFT =-8.53×10-4V/K11. 電池：Hg(s)êHg2Cl2(s) êCl-(aq) êAgCl(s) êAg(s)的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)與溫度的關(guān)系為E/V=0.06804 - 3.12×10-4 (T/K-298)。設(shè)活度

15、系數(shù)都等于1（1）寫出電極反應(yīng)及電池反應(yīng)；（2）計(jì)算298 K時(shí)、電池反應(yīng)的DrGm、DrSm、DrHm；（3）在298 K、100 kPa，電池反應(yīng)的反應(yīng)進(jìn)度x=2 mol時(shí)，求電池所作的可逆功解：（1）負(fù)極反應(yīng)： Hg(l) + Br- = 1/2 Hg2Cl2(s) + e- 正極反應(yīng)： AgCl(s) + e- Ag(s) + Br- 電池反應(yīng)：Hg(l) + AgCl(s) = 1/2 Hg2Cl2(s) + Ag(s) （2）= - zF = -1×0.06804×96500=-6.565 kJ·mol-1rSmy = zF1×96500&#

16、215;(-3.12×10-4)-30.11 J·K-1·mol-1 rHm=rGm +TrSm =-15.54 kJ·mol-1 (3) W電功= -2=13.13 kJ12. 298K、壓力下，有化學(xué)反應(yīng)：Ag2SO4(s) + H2 = 2Ag(s) + H2SO4(0.1mol·kg-1)，已知：=0.627V，= 0.799V1）設(shè)計(jì)一可逆電池，并寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)2）求該電池的電動(dòng)勢(shì)E。設(shè)活度系數(shù)都等于1解：1）可逆電池為：(-)Pt,H2(p) | H2SO4(0.1mol/kg) |Ag2SO4(s)|Ag(s)(+)負(fù)極:

17、 H2(p)2H+(aH+)+2e-正極：Ag2SO4(s) + 2e- 2Ag(s)+ SO42-(a)電池反應(yīng): Ag2SO4(s) + H2(p) 2Ag(s)+ SO42-(a)+2H+(H+)2) 電池的電動(dòng)勢(shì)：E = E -ln(·) = - ln(·)=0.627 - ln(0.2)2·(0.1) =0.698V13. 在298K時(shí)，已知AgBr的溶度積Ksp(AgBr)=4.88×10-13，Eq(AgBr|Ag)=0.0715V，E(Br2|Br-)=1.065V。(1) 將AgBr(s) 的生成反應(yīng): Ag(s)+1/2Br2(l)=

18、AgBr(s)，設(shè)計(jì)成原電池。(2) 求出上電池的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)和AgBr(s)標(biāo)準(zhǔn)生成吉布斯函數(shù)。(3) 若上電池電動(dòng)勢(shì)的溫度系數(shù)(E/T)p=1×10-4V·K-1，計(jì)算該電池反應(yīng)的rHm,rSm, Qr,m。(4) 計(jì)算銀電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì) E(Ag+|Ag)。解：(1) 將生成反應(yīng) Ag(s) + (1/2)Br2(l) AgBr(s) 設(shè)計(jì)成電池： 正極： (1/2) Br2(l) +e- Br- 負(fù)極： Ag(s) + Br- AgBr(s) + e- 電池： Ag(s) | AgBr(s) | Br-| Br2(l) E= EBr2(l)/Br- -EAgBr(s

19、)/Ag=1.065V-0.0715V=0.9935VrGmq=-zFEq=-(1×96500×0.9935) J·mol-1= -95872 J·mol-1(2) rSmq=zF(E/T) p =1×96500C·mol-1×1×10-4V·K-1=9.65 J·K-1·mol-1 Qr=TrSmq= 298K×9.65 J·K-1·mol-1=2876J·mol-1DrHmq=rGm+TrSmq=rGmq+Qr,m =（95872+2876)

20、J·mol-1=92996 J·mol-1(3) AgBr的沉淀反應(yīng)： Br- + Ag+ AgBr(s)，K =Ksp-1正極： Ag+ e- Ag(s)負(fù)極： Ag(s) +Br-AgBr(s) +e-E= RT lnKsp-1/ F = E (Ag+|Ag)-E (AgBr|Ag)所以 E(Ag+|Ag)=E (AgBr|Ag) -RT lnKsp/ F = 0.0715V-8.315×298×ln(4.88×10-13)/96500V= 0.7994V14. 298.15K下，電池Cu(s)Cu(Ac)2 (b=0.1mol·kg 1)AgAc(s) Ag(s) 的電動(dòng)勢(shì)E0.372V ，溫度升至308K時(shí)E0.374V，又已知298.15K時(shí)E (Ag+/Ag)0.799V ，E (Cu2+/Cu)0.337V 。(1)寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)；(2)298K時(shí)，當(dāng)電池可逆地輸出2mol電子的電量時(shí)，求電池反應(yīng)的，和,設(shè)在所給溫度范圍內(nèi)，電動(dòng)勢(shì)E隨T的變化率為常數(shù)。(3)求298.15K時(shí)醋酸銀AgAc(s)的溶度積 Ksp，設(shè)活度系數(shù)均為1。解：(1)負(fù)極: Cu-2e- Cu2+ (a Cu2+) 正極: 2AgAc(s) +2e 2Ag(s) + Ac- ( a Ac