第七章  电化学
Download
1 / 44

第七章 电化学 习题课 - PowerPoint PPT Presentation


  • 87 Views
  • Uploaded on

第七章 电化学 习题课. 概念与公式 例 1 例 2 例 3 例 4 例 5 例 6. 例 7 例 8 例 9 例 10 例 11 例 12. (一)概念和公式. 一、电导 G 、电导率  和摩尔电导率  m.  m ( 强 )= +  m,+ +  -  m,-  m ( 弱 )=  m  =  ( +  m , +  +  -  m,-  )  =  m / m  = c ( 离子 ) / c ( 电解质 ).  =   m,i c i ( 离子 ).

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' 第七章 电化学 习题课' - kai-hunt


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

第七章 电化学习题课

概念与公式

例1

例2

例3

例4

例5

例6

例7

例8

例9

例10

例11

例12


(一)概念和公式

一、电导G、电导率和摩尔电导率m

m(强)=+m,++ -m,-

m(弱)= m  =  (+m,+ + -m,-)

 = m/m  = c(离子) /c(电解质)

 =  m,i ci(离子)


二、离子平均活度a,离子平均活度系数

a(电解质)=a =(m/my) 其中= + + -

三、Debye极限公式

离子强度


四、可逆电池热力学

(ΔrGm)T, p= –Wr’= nFE

反应平衡时,ΔrGm=0,


五、能斯特公式

六、电极的极化

a = r +

c = r -


(二)例题

例1 填空和选择填空

1.某一电池反应ΔrSm(298K)>0 ,则25℃原电池可逆工作时是吸热还是放热? ______因为________

2.用同一电导池分别测定浓度为0.01和0.1mol·kg-1的两个电解质溶液,其电阻分别为1000, 500。则m之比为( )

(A)1:5 (B)5:1 (C) 10:5 (D)5:10

吸热

Qr=TΔrSm

B

2.解


3.下列电解质溶液中(0.01mol·kg-1), 最大的是( )

(A)NaCl (B)CaCl2 (C) LaCl3 (D) CuSO4

4.对于同一电解质水溶液,当其浓度逐渐增加时,何种性质将随之增加( )

(A)稀溶液范围内的(B) m (C)  (D) Kcell

5.某一电解质M+A-,则其a与a之间关系是( )

(A) a=a (B) a=a2 (C) a=a (D) a= a1/

A

A

D

3.解:根据ln  =-Az+z-I1/2 , 右式中(NaCl)的数最小。


6. 1mol ·kg-1 K4Fe(CN)6溶液的离子强度( )

(A)10 (B) 7 (C) 4 (D) 15 mol ·kg-1

7.将两铂丝插入m(Sn2+)=0.2, m(Sn4+)=0.02 mol ·kg-1的溶液中构成电池,则E=( )

(A)Ey+0.059/2 (B) Ey-0.059/2 (C)0 (D) Ey+0.059

8. 将Ag(s)Ag-Au(合金aAg=0.120)设计成电池:

__________________________则该电池在25 ℃时的电动势E=_________________

A

C

Ag(s)| Ag+ |Ag-Au(s)

-0.0591 lga = 0.054V

6.解:I=(4×12+1×42)/2=10 mol ·kg-1


-0.118

9.按书写习惯,下列电池E=( )V

Pt|H2(py)|HI(m1=0.01mol·kg-1)|AgI|Ag-Ag|AgI | HI(m2=0.001mol·kg-1)| H2(py)|Pt

(A)0.118 (B)-0.059 (C)0.059 (D)-0.118

10. 已知Cu2++2e Cu 1y=0.337V

Cu+ + e Cu 2y=0.521V

求 Cu2++e Cu+的3y=( )V

0.153

9. 解:电池反应:HI(m2)  HI(m1)

E=2 × 0.059lg(0.001/0.01)= –0.118V

10. 解: F3y=2F1y– F2y=0.153V


11. 电池Hg(l)-Hg2Cl2(s)|HCl(a)|Cl2(py)-Pt

在25℃ a=0.1时的电动势E= 1.135V

a=0.01时的电动势E=________V

1.135

12. 有两个电池的电动势,正确的是( )

(1) H2(py)|KOH(0.1mol·kg-1)|O2(py) E1

(2) H2(py)|H2SO4(0.01mol·kg-1)|O2(py) E2

(A)E1<E2 (B) E1>E2 (C) E1=E2 (D) 不能确定

C

11. 解:电池反应:2Hg (l)+ Cl2(py)  Hg2Cl2(s)

E=Ey

12. 解:电池反应:H2(g ,py)+ 1/2O2(g,py)  H2O(l)

E=Ey


13. 已知电池

(1)Cu|Cu2+(a2)||Cu2+(a1)|Cu E1

(2)Pt|Cu2+(a2),Cu+(a’)||Cu2+(a1),Cu+(a’) |Pt E2=( )

(A)E1=E2/2 (B) E1=2E2 (C)E1=E2 (D) E1E2

2E1

13.解:电池反应:

(1) Cu2+(a1)Cu2+(a2)

(2) Cu2+(a1)+Cu+(a’)Cu2+(a2) +Cu+(a’)


14. 有电池反应

(1)1/2Cu(s)+1/2Cl2(py)1/2Cu2+(a=1)+Cl-(a=1) E1

(2)Cu(s)+Cl2(py)Cu2+(a=1)+2Cl-(a=1) E2

E1和E2的关系为( )

(A)E1=E2/2 (B)E1=E2 (C) E1=2E2 (D) E1=4E2

B

15. 已知25℃,py下A(s)+2BD(aq)=AD2(aq)+B2(g)

在电池中可逆进行,系统做电功150kJ,放热80kJ。则该反应ΔrHm=____________

(A)  80 (B)  230 (C)  232.5 (D)  277.5kJ

 230kJ

15.解: ΔrHm=ΔrGm+TΔrSm= 15080=  230kJ


16. 将铁粉,镉粉丢入含Fe2+(0.1molkg-1)和Cd2+ (0.001molkg-1)的溶液中,已知y(Fe2+/Fe)=  0.44V, y(Cd2+/Cd)=  0.40V,正确答案为( )

(A)铁粉,镉粉皆会溶解;

(B)铁粉,镉粉皆不会溶解;

(C)铁粉溶解,镉粉不溶;

(D)镉粉溶解,铁粉不溶。

D

电极电势越低, 越易被氧化!


17. 电解水溶液时,在铜阳极上会发生( )

(A)析出O2 (B)析出Cl2 (C)析出铜 (D)Cu极溶解.

D

18. 当发生极化时,阳极上发生 ____反应,电极电势将______;阴极的电极电势将_______。

氧化

升高

降低


2 25 co 2 p y
2、已知25℃,CO2的分压为py时与之平衡的

水溶液中CO2的浓度为3.38310-2 moll-1,溶于水的CO2全部生成H2CO3。设H2CO3在水中仅发生一级电离,其Kcy=4.710-7。若只考虑H+与HCO3-的导电作用,m(H+)=349.710-4 Sm2mol-1, m(HCO3-) =44.510-4 Sm2mol-1。25℃时有与空气平衡的蒸馏水(空气py,含0.050% CO2)

试计算(1) 此蒸馏水中的CO2浓度

(2) 此蒸馏水的m (3) 此蒸馏水的电导率。


1 p k h c c co 2
解:(1)根据亨利定律 p=Kh,cc(CO2)

py= Kh,c0.03383

0.050% py= Kh,cc

c =1.692 10-5 mol  dm-3

(2)已知H2CO3在水中仅发生一级电离,其Kcy=4.710-7 ,并设电离产物的浓度为c±

H2CO3

H+ + HCO3-

达平衡时 c- c±c± c±


c±2 +4.7 10-7 c± 4.7 10-7  1.692 10-5

c±= 2.59 10-6 moldm-3

= c±/ c = 2.59 10-6 / 1.692 10-5 =0.153

m=[m(H+)+m(HCO3-)]

=60.3410-4 Sm2mol-1

(3) = m c= 60.3410-4 1.692 10-2

=1.02 10-4 Sm-1


3 0 01mol dm 3 kcl r 1 189 0 01mol dm 3 r 2 2460 k c
3、电导池用0.01mol dm-3标准溶液KCl标定时,R1=189,用0.01mol dm-3的氨水溶液测其电阻R2=2460。用下列该浓度下的数据,计算氨水的离解常数Kc

解: NH4OH

NH4+ +OH-

达平衡时 c- c± c± c±

或 c(1-) c c




4、已知NaCl, KNO3, NaNO3在稀溶液中的m依次为1.2610-2,1.4510-2,1.2110-2 Sm2mol-1。已知KCl溶液中t+=t-,设在此浓度范围内,m不随浓度变化。

(1)试计算以上各离子的m

(2)假定0.1mol dm-3HCl溶液电阻是0.01mol dm-3NaCl溶液电阻的1/35(用同一电导池测定),试计算HCl的m

解:(1) 对于强电解质:

m(NaCl)=m(Na+)+m(Cl-)= 1.2610-2 Sm2mol-1

m(KNO3)=m(K+)+m(NO3-)=1.4510-2 Sm2mol-1

m(NaNO3)=m(Na+)+m(NO3-)= 1.2110-2 Sm2mol-1


KCl溶液中t+ = t-∴ m(K+)=m(Cl-)

∴m(KCl)=m(K+)+m(Cl-)= 2 m(K+)

=m(NaCl)+ m(KNO3)  m(NaNO3)

= 1.510-2Sm2mol-1

m(K+)=m(Cl-)=0.7510-2 Sm2mol-1

m(Na+)=m(NaCl)m(Cl-)=0.5110-2 Sm2mol-1

m(NO3-)=m(KNO3)m(K+)=0.7010-2 Sm2mol-1

m(HCl)=35 1.26 10-2 0.1=4.4110-2 Sm2mol-1


5 c mol dm 3 10 2 s m 1
5. 已知 c/mol·dm-3/10-2S ·m-1

①氯化氢菲罗啉(BHCl) 0.001 1.360

②BHCl+大量B 0.001 1.045

③HCl(aq) 0.001 4.210

BHCl为强电解质,在溶液中全部电离为BH+和Cl-。B为非电解质。试计算BH+ =B+H+的离解平衡常数。

解:BHCl BH+ + Cl- (全部电离)

c c

(1-)

BH+

B + H+

c(1-) c c

根据 =m,ici(离子)


1=c(1-)m(BH+) + cm(H+) +cm(Cl-)

=c[m(BH+)+m(Cl-)]+c[m(H+)-m(BH+) ]

2= c[m(BH+)+m(Cl-)](因溶液中有大量的B)

3= c[m(H+)+m(Cl-)]

3- 2= c[m(H+)-m(BH+) ]

1= 2+ (3- 2)


6. 试设计一个电池,其中进行下述反应:

Fe2+(a2)+Ag+(a1) Fe3+(a3)+Ag(s)

(1)写出电池表达式;

(2)计算上述电池反应在298K时的K y

(3)设将过量的细Ag粉加到浓度为0.05 mol kg-1的Fe(NO3)3溶液中,当反应达到平衡后,Ag+的浓度为多少?

已知y(Ag+/Ag)=0.7991V, y(Fe3+/Fe2+)=0.771V

解:(1)设计电池:

Pt| Fe3+ (a3), Fe2+ (a2) || Ag+(a1)|Ag(s)


(2) Ey = y(正) y(负)=0.7991  0.771=0.0281V

(3) 设Ag+的浓度为m

Ag+ + Fe2+

Ag(s) + Fe3+

平衡时0.05-mm m 设=1

m=0.044 mol·kg-1


7. 在25℃时,电池

(m=0.01mol·kg-1)

(=0.38 )

| PbSO4 -Pb(s)

Zn|ZnSO4

的电动势E=0.5477V。

(1)已知y(Zn2+/Zn)=  0.763V,求y(PbSO4/Pb)

(2)已知25℃时, PbSO4的Kap=1.5810-8,求y(Pb2+/Pb)

(3)当ZnSO4的m=0.050 mol·kg-1时,E=0.5230V,求此浓度下ZnSO4的=?

解:负极:Zn(s)  2e Zn2+(m+)

正极:PbSO4 (s)+2e  Pb(s)+SO42-(m-)

电池反应:PbSO4 (s)+ Zn(s)= Pb(s)+ZnSO4(m)


Ey=0.5477+0.0591lg(0.380.01)=0.4046V

Ey= y(PbSO4/Pb) y(Zn2+/Zn)= 0.4046V

y(PbSO4/Pb)= 0.358V


2 pbso 4
(2) 对于PbSO4电极,其电极反应为:

PbSO4 (s) = Pb2++SO42-rGm,1y= RTln Kap

Pb2++2e  Pb(s)rGm,2y= 2Fy(Pb2+/Pb)

PbSO4 (s) +2e = Pb(s)+SO42-rGmy=?

rGmy= rGm,1y+ rGm,2y

2Fy(PbSO4/Pb) = RTln Kap2F y(Pb2+/Pb)

y(PbSO4/Pb) =(RT/2F)ln Kap+ y(Pb2+/Pb)

y(Pb2+/Pb)= 0.127V


(3) 已知E y=0. 4046V,

E=0.5230V,

m=0.050 mol·kg-1

=0.200


8. 在25℃时,电池

(m=0.1mol·kg-1)

(=0.798 )

(Pt)H2(py)|HCl

|AgCl-Ag(s)

的电动势E=0.3522V。试求

(1)反应H2(g)+2AgCl(s)=2Ag(s)+2HCl(m)的K y

(2)金属银在=0.809, m=1mol·kg-1HCl中所能产生的H2的平衡分压

解:(1)反应H2(g)+2AgCl(s)=2Ag(s)+2HCl(m)

Ey=0.2224V


E y=0.2224V代入下式

(2) 反应 2Ag(s)+2HCl(m) =H2(g)+2AgCl(s)


9. 在25℃时,电池

Ag-AgBr(s)|KBr(m)|Br2 (l)(Pt)的E=0.9940V。

Br2在KBr溶液上的平衡蒸气压为2.126 104Pa,已知y(AgBr/Ag)=0.071V,求电极的y(Br2(g, py)|Br-)

解法一:电池反应为:Ag(s)+1/2 Br2(l)=AgBr(s)

由电池反应式可见,参加反应的物质均处于纯态,故活度为1, E=E y=0.9940V

E y= y(Br2(l)|Br-)   y(AgBr/Ag)=0.9940V

 y(Br2(l)|Br-)=1.065V

对应电极反应:Br2(l)+2e 2Br-


(1)Br2(l)+2e 2Br- y(Br2(l)|Br-)=1.065V

rGm(1)= 2Fy(1)

(2) Br2(l) = Br2(g,p) rGm=0

Br2(g,p)= Br2(g,py) rGmy(2)=RT ln(py/p)

(3)Br2(g, py)+2e 2Br- y(Br2(g, py)|Br-)=?

rGmy(3)= 2Fy(3)

rGmy(3)= rGmy(1)  rGmy(2)

2Fy(3)= 2Fy(1)  RTln(py/p)

y(Br2(g, py)|Br-)= y(1)+(RT/2F)ln(py/p)

=1.065+0.020=1.085V


3 ag agbr s kbr m br 2 g p y pt
解法二:电池(3) Ag-AgBr(s)|KBr(m)|Br2 (g,py)(Pt)

(1)Ag(s)+1/2 Br2(l)=AgBr(s) rGm,1y=  FEy(1)

(2) Br2(l) = Br2(g,p) rGm=0

Br2(g,p)= Br2(g,py) rGm,2y=RTln(py/p)

(3)Ag(s)+1/2Br2(g)=AgBr(s) rGm,3y=  FEy(3)

(3)=(1)  1/2(2)

rGm,3y= rGm,1y 1/2rGm,2y

 FEy(3)=  FEy(1)  1/2RTln(py/p)

Ey(3)=Ey(1)+(0.0591/2)lg(py/p)=1.014V

= y(Br2(g)|Br-)-y(AgBr/Ag)

y(Br2(g)|Br-)=y(AgBr/Ag) +Ey(3)=1.085V


10 ph 3 0 y fe 2 fe 0 440v y o 2 h 2 o h 1 229v
*例10. 某铁桶内盛pH=3.0的溶液,试讨论铁桶被腐蚀的情况。已知y(Fe2+/Fe)=  0.440V, y(O2|H2O,H+) =1.229V

解:一般以a(Fe2+)>10-6作为被腐蚀的标准,假设a(Fe2+)=10-6

考虑到H2在铁上的析出过电势为0.18V,则H2析出电势为-0.357V,仍比(Fe2+/Fe)大,因此在阴极(Fe)上将有H2析出。阳极反应中,放电电势较低的反应优先发生,故形成的原电池中Fe为阳极(负极)而氧化(被腐蚀) 为Fe2+,(Fe为二重电极)。


若有氧气存在,会发生如下反应:

(正极) O2(g)+4H+(a) +4e 2H2O(l)

其中a(O2) 0.21py/py=0.21, 计算得:

(O2|H2O,H+) =1.042V,

E= (O2|H2O,H+) –(Fe2+/Fe)=1.652V

而 E=(H+|H2) –(Fe2+/Fe)=0.433V

电池的电动势大,铁桶被腐蚀得更快。


11 35 25
*例11、(35分) 25℃时有下列数据:

1.求 fGmy(Cu+), fGmy(Cu2+)

2.求 Cu2+ + e = Cu+的φy

3.求 Cu + Cu2+ = 2Cu+的Ky

4.计算反应 Cu+ +2 NH3= Cu(NH3)2+

在25℃时的rGmy,rSmy,rHmy,Qr


1 cu e cu y 0 52v
解:1. ①Cu+ + e = Cu φy① =0.52V

  • rGmy① = – fGmy(Cu+) = – Fφy① = – 50.18 kJ mol-1

  • fGmy(Cu+) = Fφy① = 50.18 kJ mol-1

  • 同理: ③Cu2+ + 2e = Cu φy③ =0.34V

  • fGmy(Cu2+) = 2Fφy③ = 65.6 kJ mol-1

  • 求Cu2+ + e = Cu+的φy

  • rGmy= fGmy(Cu+) – fGmy(Cu2+)

  • = – 15.42 kJ mol-1 = – Fφy (Cu2+/Cu+)

  • φy(Cu2+/Cu+) = 0.16V

  • 或 rGmy= Fφy① – 2Fφy③ = – Fφy(Cu2+/Cu+)

  • φy(Cu2+/Cu+) = 2φy③ – φy①= 0.16V


3 cu cu 2 2cu r g m y
3. 反应 Cu + Cu2+ = 2Cu+的rGmy

rGmy= 2fGmy(Cu+) – fGmy(Cu2+)

= 34.8 kJ mol-1

= – RTln Ky

Ky= 7.910-7


4 cu 2 nh 3 cu nh 3 2
4. 反应 Cu+ +2 NH3= Cu(NH3)2+ = ① – ②

rGmy= rGmy① – rGmy②

= – Fφy① + Fφy②= – F(0.52+0.11)

= –60.8 kJ mol-1

rSmy= rSmy① – rSmy②

= – 96.5 J K-1mol-1

rHmy = rGmy +T rSmy= –89.6 kJ mol-1

Qr= T rSmy= –28.8 kJ


12 298k 1 362v
*例12. 已知298K时下述电池的电动势为1.362V

(Pt)H2(py)|H2SO4(aq)|Au2O3-Au(s)

又知H2O(g)的fGmy=  228.6kJmol-1,该温度下水的饱和蒸气压为3167Pa,求在298K时氧气的逸度为多少才能使Au2O3与Au呈平衡?

解: Au2O3(s)=2Au(s)+3/2O2(g)

要求氧气的逸度首先要求出上述反应的rGmy或Ky,即要求出fGmy(Au2O3),而电池反应的rGmy= ifGm,iy,因此先求出电池反应的rGmy


负极: 3H2(g)  6e 6H+

正极: Au2O3(s)+6H+ +6e  2Au(s)+3H2O(l)

电池反应:Au2O3(s)+ 3H2(g) = 2Au(s)+3H2O(l) (1)

H2O(l,3167Pa)= H2O(g,3167Pa) (2)

H2O(g,3167Pa)= H2O(g, py) (3)

(1)+3(2)+3(3)=(4):

Au2O3(s)+ 3H2(g) = 2Au(s)+3H2O(g, py) (4)

其中rGmy(2)=0, 设气体为理想气体

rGmy(4)=rGmy(1)+3rGmy(3)=

= nFEy+3RTln(py/p)= 762.9 kJmol-1


又: Au2O3(s)+ 3H2(g) = 2Au(s)+3H2O(g, py) (4)

rGmy(4)=3fGmy(H2O,g) fGmy(Au2O3)

fGmy(Au2O3)=3fGmy(H2O,g)  rGmy(4)

= 77.04kJmol-1

则分解反应Au2O3(s)=2Au(s)+3/2O2(g) (5)

rGmy(5)= fGmy(Au2O3)= 77.04kJmol-1

f(O2)=1.021014Pa


ad