物理化学第七章课后答案完整版

1、第七章电化学1在阴极上能析用铂电极电解溶液。通过的电流为20 A,经过15 min后，问:出多少质量的"?(2)在的27 ?C, 100 kPa下的 :J"？解：电极反响为阴极 Cu2+ +® Cu£阳极：2d' ® Cl2+ 2<电极反响的反响进度为63.546f 20r 15r 602f 9W85.309因此:Wf 15f 60 8.3Wf 300.152- 9635.309WO5.928g =2 328dm在电路中串联着两个电量计，一为氢电量计，另一为银电量计。当电路中通电1 h后，在氢电量计中收集到19 ?C、99.19

2、kPa的-'r ;在银电量计中沉积'"二二。用 两个电量计的数据计算电路中通过的电流为多少。解：两个电量计的阴极反响分别为银电量计=總十*总®趣氢电量计，H*十才® H32-电量计中电极反响的反响进度为7F孑对银电量计r 96485.309 0.83683600107.868=0.2079 A对氢电量计=Q.2030 Ar_ zFx _ IpV _ 96485J09 T 991W 95f 1J Z= = TRT= 3WS.314 292.15用银电极电解 他叫 溶液。通电一定时间后，测知在阴极上析出1 1兄的魅，并知阴极 区溶液中站的总量减少了 &

3、#176;期g o求赵陀溶液中的X和NOJ。解：解该类问题主要依据电极区的物料守恒溶液是电中性的。显然阴极区溶液中As+的总量的改变D用屋等于阴极析出银的量也龜与从阳极迁移来的银的量抠之差:1.15- 0.6051715"=0.4741 NO = 1- £A+ = 1- 0.474= 0 526用银电极电解KC1水溶液。电解前每呂溶液中含尺01 °7422呂。阳极溶解下来的银与溶 液中的反响生成八其反响可表示为Ag = Ag+e A+ + Cl' =AC1£总反响为Ag+ Cl AgCl s+ c通电一定时间后，测得银电量计中沉积了 Wl%gAg

4、,并测知阳极区溶液重11鼻了1邑，其中含RC1Q®59 g。试计算KC1溶液中的 理和©,解：先计算'Q是方便的。注意到电解前后阳极区中水的量不变，KC量的改变为巴丁秽赞严 0.7422- 0.6659= 0.2078 g该量由两局部组成1与阳极溶解的二丄生成乜 工门，2从阴极迁移到阳极0.6136 0.2078_ 0.6136% -瓦孑107.8680.207871551=2.903* 10Tmol备叫 _ 2107.868 _ 0.6136t(K+ )= 1- /(' )= 1-%O.5W= O.4?O用铜电极电解 水溶液。电解前每溶液中含-1 '

5、; v "。通电一定时间后，测得银电量计中析出|- '-，并测知阳极区溶液重'A ' J -，其中含厂=。试计算 m溶液中的' +和|：-"1； ：|0解：同7.4。电解前后“丄、量的改变54 565- 5726100- 10.06''10.06 =0.2632g从铜电极溶解的_''的量为0.50082 107.8682.32 T W 3 ni ol从阳极区迁移出去的的量为用z =Dw= 2.32T 10'3-因此,k 丿总 任0.5008'f($q )二 1- £(Cu)= 1- 0

6、 2S?= 0711在一个细管中，于十：. I 的_儿溶液的上面放入-：i '的J 溶液, 使它们之间有一个明显的界面。令- 1-的电流直上而下通过该管，界面不断向下移动， 并且一直是很清晰的。节以后，界面在管内向下移动的距离相当于'的溶液在管中所占的长度。计算在实验温度 25 ?。下，m溶液中的: Q宀和心匚解：此为用界面移动法测量离子迁移数皐(3护)二害 B t (Gd3* )=3ft _ 3%FhjF=0.4343f 1,002* IO-3 f 0.03327f 96485.30955 l0r3r 3976r(cr )= > f(c1- 0.434 = 0.5662

7、5 ?C时二二溶液的电导率为一 :- - -T 。一电导池中充以此溶液， 在25 ?C时测得其电阻为I二丁。在同一电导池中装入同样体积的质量浓度为 沁 的 溶液，测得电阻为1厲QW。计算1电导池系数；2匸曲7溶液的电导率；3EC 溶液的摩尔电导率。解：1电导池系数为心=kR= 0,2768 453= 1254 皿 12厂广I溶液的电导率*字-需3：溶液的摩尔电导率110.983r 0.11940 555f IO5=0.02388 S 柯？ *=moL25 ?C时'':11 Ll ' - 溶液的电导率为。一电导池中充以此溶液，在25 ?C时测得其电阻为=。在同一电导池中装

8、入同样体积的浓度分别为“I：厂-|丁八，|；1二£|，|：=和- ir 的I 1 溶液，测 出其电阻分别为丨I，'，宀和二1丄匸。试用外推法求无限稀释时的 摩尔电导率。解：的摩尔电导率为r 上两口 _此朋1厲肛】01心1却甜11 ccR 造表如下0.0005 mol xdm' 10.0010 molxdm'10.0020 inolxdtn'10 0050 mol対m 110910W5494 W2772 W1128.9 W0.01251>tnol' 1001242!S>r >incl' 1D.01231於柏 4nol&#

9、39; 1001209fS>rr? >tnol' 1作图如下无限稀释时T厂的摩尔电导率：根据 Kohlrausch方程厂'八拟和得£> 0.01270 曲®1 25 ? C 时 -1：-' 1' 1 '''：1，尸0 试计算-丄及(nh；)=解：离子的无限稀释电导率和电迁移数有以下关系?(NHXa(NH4a)伽;)S初'nol'广CT 百=6 430r W? S如'初ol0.50S3J 0.012625i25 ?C时-亠 -'溶液的电导率为'。计算-二_ 的解离

10、度-及解离常熟二°所需离子摩尔电导率的数据见表。解：=丄、二的解离反响为CH3COOHt '卞 CH3COO +H*查表知心：但4)二 羽g.谿 104 S>m2>mor l,Z*(AcO )= 409 IO'4 如乩 Ll(AcOH> L *(H+ X(AcO )- 390.72f Iff4 ShhoI'1因此,=0.01884Lq(A.cOH)_ 3 68r W3/1000r 0.05L*(AcOH) 390 72r 10 *<7(AcOH擇0 018842, 0.051- 0.01284=L809r 10'J25 ?C时将

11、电导率为Tl ：-'-的二匚溶液装入一电导池中，测得其电阻为 二丁。在同一电导池中装入-I - -1的-溶液，测得电阻为 二丁刁。利用表中的数据计算 i田4:)A的解离度门及解离常熟庄。解：查表知- '止无限稀释摩尔电导率为=714lf l(J*+198.0r 10 4 = 27L< Iff4 Sa>mor因此,Zm(NH4OH)_ A(KCl)Z?(Ka) i 磁曲4OH)氏QH)=0.013440 14? 52510 V 103f 2030 271 4 ICT1tNH4OH J 1口 1- 0.0134425 ?c时水的离子积 f 、三二和m 的u 分别等于0.

12、024811 S>n3>mol 10042616 S>m"血oL和0.0212園£机1：!>11101宀。求 25 ?C时纯水的电导率解：水的无限稀释摩尔电导率为ZlTICl+£JTaOH-益弊社Cl=0.042616 + 0.0248H- 0.012645= 0.054777纯水的电导率上HQ= cLffiHaC= c£*H3O> 舟 応HQ=Jl.CW 10 0 054777= 5.50 10T& Stn' 125 ?C时丨的溶度积 ''。利用表中的数据计算25 ?C时用绝对纯 的水配制的

13、-丄、饱和水溶液的电导率，计算时要考虑水的电导率参见题。解：查表知的无限稀释摩尔电导率为酶血Br二盅理亠H益脚冷=61.92 10'4 + 73.4r 1厂=140.32f 1Z Snna 1J-?:饱和水溶液中一二的浓度为因此,k=k (AgBr> k (HOy cL * (ABrX k (HaO)=10W6.3* 10'13f M0.32f 10r4+ 530/10"=L564f 10-5125 ?C时某碳酸水溶液的电导率为-、J 1，配制此溶液的水的电导率为6TD，假定只考虑時2的一级电离，且其解离常数芷"汀10'7，又25 ?C无限稀释

14、时离子的摩尔电导率为f I、j; I- - - -亠。试计算此碳酸溶液的浓度。解：由于只考虑一级电离，此处碳酸可看作一元酸，因此,ACK.COj) °上:CQ)益也血CQ) 毗 _ *(HaCO3)上弩CQ十严笆co训 兌區壯隔8援4迅戈匚0)=上1 87J 10 4 F 10r=r.sr w4 少炖z*(rrQco3>z*(co3)十z*(fe+)= 3492210"十44 亍 io川=394.32f ICT4 强g介伽"丄=1"十 | l.sr wC_ 334.32 W 1 I 菊4弓才 1厂,421。亠 10s=005376 mol 血 3=

15、 5.343r ICT5 mol xdm 5试计算以下各溶液的离子强度:10.02T mol%" 1 bhQ ；20药 m创規.1 CuSO4 ；解：根据离子强度的定义2 3 bi(1) 2=并巧尸 *002亍(】$= Q025 me他J(2) 7= | 0.025* 23 +0.025r (- 2了二 O.lniol 1(3) 1 = 1002亍爭 + 0.07亍(-I)2 = 0 15 molkg-1应用德拜-休克尔极限公式计算25 ?C时丄J“ .山 溶液中71和呂土解：离子强度U 2a + 0,004 G 1了 卜 0.006 mol 4- 0.509 2a, VO 006

16、- 0.1577; g(Ca3+)= 0.6S55 lgg(Q J二-0 509f G 炉 j0_00&二-0.03943;)= 0.9132 lgg± = - 0.509f 2卜 JO 006= - 0.078S5; g±= 0.8340应用德拜-休克尔极限公式计算25 ? C时以下各溶液中的：1'-|1-'1 ;2 一 'X "1'0解：根据Debye-Hickel极限公式曲一血, 25 ? C水溶液中肛0 509(mo1' % 丁(1)=0.005H la+ 0.005f G 1= G02瞰1 池lgg

17、7; = - 0509 r (- iy Vo.005= - 0.03599, gt = 0.9205(2)2= o oor 22 + O.COr (-疔= 0.004mol>fcS，塩臨=-0509;君(-冇 70 004=- 0.128口 业=0.743425 ?C时碘酸锁亠：在纯水中的溶解度为-"'- 1 ；。假定可以应用德拜-休克尔极限公式，试计算该盐在 “一讣丁中-，L；I-溶液中的溶解度。由于是稀溶解：先利用25 ?C时碘酸锁在纯水中的溶解度求该温度下其溶度积液可近似看作一；，因此，离子强度为厶二垢云二=亍° * ©了十 L0焙(!(- 1

18、了1册 ICT3 tnol4cg1£= - 0.509f 2r |- l|r /1.638； W；5= - 0.04120,= 0.9095=a(Bay(IO；)= 4 (bab )f= 4f 0.90955f Q.6皤 1巧=4 89&歹 10'10设在-v' 中 1溶液中_N' L ' 1的溶解度为：，那么=|a = |oor(2十 o龙十 “=3(0.01+) molxlg' 1览险=- 0.509, Y I- l|f 申*01+(必片=-1 7632.01+( )m凤"辭4戲吕歹VJ® B _ 49659 1

19、0 %E匸y 訂云整理得到1邑監= E76S2j0Ol+ 496眇灯*/監采用迭代法求解该方程得二 ''所以在.小中7 '溶液中'-的溶解度为49務g10怙06563二 T5&& 10'* mol>kg'r» 7.566' 104 molxdm电池WTTw在25 ?C时电动势为 , 电动势的温度系数为 -I .'- ： 。 1写出电池反响；2计算25 ?C时该反响的 -亠-Lr-，以及电池恒温可逆放电时该反响过程的。解：电池反响为申 Pb 十扌=二 十扌 PbSC z = 1该反响的各热力学函数变化

20、为- V 9M85.309r 0.9647- - 93.08 kJW*1DRD几r 9W35.309f 1.74r 1C15.79= Drt+ 7DX = - 93.08v 103 + 258 佇 16/79= 38.07 kJ of= TDt=292A5, U.79= .OOkJLQr1电池一工 匸二门二电动势"与温度"的关系为S/V= O 0694+1.88r ia3T/K- 29 1旷0瓜1写出电池反响；2计算25 ?C时该反响的-丄-丄以及电池恒温可逆放电时该反响过程的匸-。解：1电池反响为iH34-iHg2aa= Hg+na z= 1225 ?C 时恵TW “ 2

21、98.15- 2 T 10258.15a)V=0 3721 V58rf UI298.15= 1.517, W + ¥xK因此，Dr<4= - zFE - r 96485.309f 0.3724= - 35.93 kJ>ino? 1= r 9M35.30?r 1.517, 10'4 = W.WJr11p= 金十 = - 35.931 ty+ 258.15; 1464- - 31.57kJ>mol 12 . = TDr= 298.15r 16 79 = 1365 kJxmol 1电也心'宀W4的电池反响为Ag 十* HgCl2 (0= AgC10)+ H

22、g25 ?C时，此电池反响的L" 亠八亠I，各物质的规定熵 爲- ' '7_ '分别为：-厂； 一一匸厂"；丄宀亠.。试计算25 ?C时电池的电动势及电动势的温度系数。解：该电池反响的各热力学函数变化为DA =彖但g, 1片几血6 0-彖區 0必®引C気"2=77.4+96.2 - 42.55- 195./2= 33.15 Jstnof 1D/4 二 D工绘厂 ZDX = 5435- 292J5f 33.15=-1因此,4449l7 9M85.30Q=0.04611VOT弔E7 殉T33.15=3.435f 10在电池亠：丄

23、9; m Jm：阴IL =i中，进行如下两个电池反响: 也 lD0kPa>- 1(5)= 2HI(Tn)= 1(2) f 比 10。kP曰升 yl2 (s)= HI © (Sl)= 1 应用表的数据计算两个电池反响的Z'-：T- 1 ；。解：电池的电动势与电池反响的计量式无关，因此g右紛&何|比)卜 0.535- 0= 0 535 V(1) DtG®= - zFE =- 2f 96485.309* 0 535= - 103.2 kJ >tnar 1瓷J网-rt= 協F 103.2f 1072.3M* 29S.15= 1.22r 1 卩(2) Dt

24、G*= -zFE =- r 9MS5.309 0.535 - 51 62 kJnol 1KJ exp-二 eip51£0 1 沪何314, 298.15)= 1.1T 105氨可以作为燃料电池的燃料，其电极反响及电池反响分别为阳扱 NH3 30ET = I N2(g>1- 3H3O(1)+ 3e' 阴扱<H2O(1X 3e' = 3OH电池反响 皿3片辛2>=扌叫)+ !H2OQ试利用物质的标准摩尔生成 Gibbs函数，计算该电池在25 ?C时的标准电动势解：查表知各物质的标准摩尔生成 Gibbs函数为NH血。疋恥H7 (0D&/kJ 沁T1

25、16.40Q 0-237.14电池反响的标准摩尔Gibbs函数为D好害叭。1> D代叽g)=$ G 237 14)- 16.4= - 333.28 kJ加小 1- D/4/加=339.28T沪8 托4阳,309= 1472 V写出以下各电池的电池反响，并写出以活度表示的电动势公式Pt冋耳)胆0«逗01?画£1矗桂 Zn | Zn (Zn0+)|Snu 也(Sn*), % g伽站)Pt解:1阳极 H2 = 2H + 2e阴扳 HgnCl±+ 2e = 2趣 + 2C1'电池反响 H2 >1+ Hg3Cl2(s)= 2Hg+2HCl3(tICl)S

26、=E 竝 *QU 疋但 Cl)DT5= 07959-等In盘(pd)阳极 Zn = Zn3* + 2 書 阴极Sti*4-十 -Sn黔电池夙应 Zn+ Si?* 住佝?+?=21产 £0n?+)+ Sn3+E= ERT <Zn3+)<S?+)2F n a(Sn4+)a(Zn)=0 15 - (- 0 763)RTtE= 0.513-写出以下各电池的电池反响，应用表的数据计算25 ?C时各电池的电动势及各电池反响的摩尔Gibbs函数变，并指明各电池反响能否自发进行。 Pt|H2 & 100 kPa|HCl1|02 & 100 kPaPt Zn | ZnCL3

27、 (ZnCl3 = 0一?曲口创盟解：l+. 士；L. . .：；_./；一二壯一 J 1|=s'執徳)/;眾诽=E = 1.3580 VDtG； = - zFE - 丫 96485.309, 1.3580= - 262.1 kJof 11 1'，反响可自发进行2电池反响 Zn(s)-I- 2AgCl(s)= 2A5(s)+ ZhQ2 tj(ZaCl2)=0 5=0 2221- 0 763)-莎也 HCd&aj/尹二 1 8J78 VDt% = SE= 2 96485 309? 0.9910= - 191.8 kJol'1 11 ,反响可自发进行写出以下各电池的

28、电池反响。应用表的数据计算25 ?C时各电池的电动势、各电池反响的摩尔Gibbs函数变及标准平衡常数，并指明的电池反响能否自发进行。1叫 c广右c旷=o |c£cr =o 5|ci= lookpjpt Pb | Pba+ 匕 ® 沖= l|gAg*二 理3 Zxi|Zaa+ 盘?*= 000X|C沪护= 0.2|cd解：1电池反响Cd(£> Q心 10C*kPa)=- C广 &(Cd辭卜 0.01+ 2CT ')= 0.5)根据Nernst方程D n. = zFE=- 21 96485.309; 1.8378= - 354.63 kJ xmo

29、l' 12电池反响Pbs> 2kg «化*= 1= 2As> 巩* 匕 屮=1E= E=0 7994 - £ 0.1265= 0.9259 V2% = - zFE=- 2 96485.3090.9259= - 178.67 kJ>tnol2兽严"3电池反响ZnOX C护石C汁=0-2-= CdSy Zn1* £色姑=0.0004RT 口汕 Cd2F ° 说2n兀Cd站= 0.402S- - 0J630-=0.4400 V8.314f 298.15 0.0004g 丫 964咅5309 +DtG=-zFE - 21 95

30、485309; 0 4400 = - 84,91 kJ 呦说 1i 2 964S5.309, 0.32P=弩 2* 29" 旷写出以下各电池的电池反响和电动势的计算式。Ag |Ag Cl 创 EC1 如 |HC1 砂 AgCl解：该电池为浓差电池，其电池反响为Ed©?节 HC1因此,写出以下电池的电池反响。计算 25 oC时的电动势，并指明反响能否自发进行 .-1 :'- - - 1 I < -1 IX表示卤素。解：该电池为浓差电池电解质溶液，电池反响为X' 1 £(£ )= Qf 空T)= 0.001根据Nernst方程,Q.QQ

31、1cT1x96485.30In WO0.1183V由于二- 一，该电池反响可以自发进行应用表的数据计算以下电池在 25 ?C时的电动势。Cu CuSO4 = 0.01 mol 4cg'1 | CuSO4 0.1 mol4' Cu解：该电池为浓差电池，电池反响为CuSOt = O.lmoWcg-1%?® CuSO4 0.01 mol 】查表知,気CuSOv O.Ollxtnol' l= 0.41 g; CuSOv 0,1 kg rniol-J)= 0.168.314* 293.1512，_96485.3C9 °0.4V 0.01肓6'= 0.1

32、749 V电也讯日血100曲阿皆0molxkg | 6 100 kP护在25 ?c时电动势为厂，试计算HCI溶液中HCI的平均离子活度因子。解：该电池的电池反响为比 JOOkPaJ+C 直 100kPa牛 2HCl= Qmol険根据Nernst方程S=或-卫匚押但密inzF 岬泸仇左T-lnEiQ宀、 i£ - E砰11.353- 1 488%4瓯更料EC1> 鈕p"罠丁 严 exp、L8.3l4f 298.15=6 32L 103QqpC】=心 $ D 気HC1>陰 CL>=艾O' icP0 1=0.7950浓差电池珂I巩'。血IC能0忌

33、也l|Cc!SSp仇JlPbSO血|Pb，其中匕1- ''-1 -: ' 二 |，在两液体接界处cd+离子的迁移数的平均值为厂；。1写出电池反响；2 计算25 oC时液体接界电势E液界及电池电动势E。解：电池反响CdSO* 伍dTCdSC©由式咂界=£耳In耳三瓦i監 0 2J 0.1 - 0.02懣土工=直土迟土 Jb 0.02r 032= 0 00642%4S5 309In0.020.00S4=-0 003806 V电池电动势RT,1D总二丑條劉+成液聚二8314x293 15,In96485.30?0.0200OM= 0.01083?为了确定亚

34、汞离子在水溶液中是以 Hg还是以上.形式存在，涉及了如下电池HgHNO, 0HNO3 0.1 molxdm'5'硝酸亚汞0 2$3tnol xdiYi5硝酸亚汞263 mol汕十测得在18 oC时的E = 29 mV，求亚汞离子的形式。解：设硝酸亚汞的存在形式为J'、，那么电池反响为2NO応血0汀十氏J1TO爲&価a曲亠血q £NQ並 2 NC仙侃：36 L电池电动势为m &；皿少压&型Q?In作为估算，可以取询鬥恥nqLHMhUnqPQ芦1人店劭型2也也的尬亦OjJ/严哼= 0.0S888V- 29 mV2.038314* 298,1

35、52r 96485.309 11所以硝酸亚汞的存在形式为-1与二，生成配离子，其通式可表示为，其中1J为正整数。为了研究在约出的硫代硫酸盐溶液中配离子的形式，在 16 ?C时对如下两电池测得兔=78mV, = 10.3 mVAg+37.5 mmol如1 *§0?2 tnol 汕51123I加十100 nimclxdm'3213 mol也1 3 |SO：-Ag地50 Tiimolxdm2 tndxdm'3100 mmL甸irf1.88 mol xdm'5 Ag0.25 moldtn'3Ag求配离子的形式，设溶液中主要形成一种配离子解：略电也P申M皿持测阳

36、的瀋液|lmQlm-d'在25 ?C时测得电池电动势-"'|，试计算待测溶液的pH解：电极及电池反响为阳极Ha 100 kPa)= 2H+ 十 2e'阴槻Hg£b 十 2c = 2Hg-b 2CI电池反响 H2 念 100 kPaJd- EJgaCl2(s)= 2Hg(syn 2CV + 2H*查表知表，在所给条件下甘汞电极的电极电势为I. '.J. ',那么:pH = -)=-2.303p.2799 - 0.6&4 F2.303 RT6.490.384r 964853092.303' 3.314' 29S.1

37、5电池.I . "厂一'-L.1' ! '_在25 oC,当某溶液为的缓冲溶液时，测得电池的电动势当某溶液换成待测 pH的溶液时，测得电池的电动势一 n。试计算待测溶液的pHo解：电池反响阳槻 2Sb+弓比O盟猫SbaO3+ 6H+ + 6e阴极 3Hg2CLa + 6e 孤淘 6EJg 十 6C1'电池反响 2St>-F孑比O+ H创d?莠弦Sb3O3 + 6H+ + 6C1根据Nernst方程，电池电动势为设在两种情况下HO的活度相同，贝UA 2.3037(_口 1口 口 恥& 96485.309x(0 3451-0 28)占 * p

38、H, = pHi H 3 98 += 5.96212.303-ffTS.SOSxSUxSS 15将以下反响设计成原电池，并应用表的数据计算 25 oC时电池反响的 址'DQ：K =25b =DQ,K =F JDQjK =1 沁十H3(g)= 2Ag+ 2H* Cd十 C严=Cd+ Cua+ Sna+ + Pbi+ = Sa4* + Pb解：1 :- ->'日丨 <- I-'E (处十 |勉) E (H* |H2(g)|?t)= 0.7994- 0= 0.7994 V= -zFR = - Y 0 7站牢 96425 305= - 154.3 kTxor 110

39、00E.314'- 29S.15=lg 1017Cd | Cd2+ | Cua+ |CuR (Cua* |Cu)- 5 (Cd341 Cd)= 0.34 - (- 0.4C28> 0.7428 V= -2FE = - Z 0.7423f 96485 309= - 143.3 府如成 1E (Pb |Pb)- E (Sii2+?Sn4*0 1265 - 0.15= 0 2765 V=-zFE = - & G 匚刃心了 95485.309 5336 LTkihoL'8.314? 2?S 1 环应用表的数据计算反响 八；-11- -在25 oC时的平衡常数二2将适量的银粉参加到浓度为I '的T7 】溶液中，计算平衡时Ag+的浓度假 设各离子的活度因子均等于1 解：1设计电池PtlFeJeHlAgSB= B(A+ |Ag)- E尹 |It)= 0.7?94- 0.770= 0.0294 VDrG= - zFE = -(0.0294> 96485309= 2.837 kJ>tod