大学化学课本习题答案.pdf

第一章 1.de Bloglie 关系式： h mv 又 22 Jkg ms 已知 31 9.1095 10mkg ； 61 5.0 10vm s； 34 6.626 10hJ s ； 代入， 343422 10 31613161 6.626 106.626 10 1.455 10145.5 9.1095 105.0 109.1095 105.0 10 J skg mss mpm kgm skgm s 2. (1) 3d；n=3, l=2, m=0,1, 2，共 5 个轨道，每一轨道至多两个电子，即：(3,2,0, 1/2)； (3,2,1, 1/2)；(3,2,-1, 1/2)；(3,2,+2, 1/2)；(3,2,-2, 1/2)； (2) 4s；n=4, l=0, 即(4,0,0, 1/2)； (3) 氧原子中的 4 个 p 电子： n=2, l=0, m=0, 1, 即(2,1,0, 1/2)； (2,1,1, +1/2 或-1/2)； (2,1,-1, +1/2 或-1/2)； (4) 4s1电子，(4,0,0,+1/2)或(4,0,0,-1/2)。 3.根据周期数、族序数和主、副族规律： （1）第 3 周期，零族，非主非副； （2）第 5 周期，A 族，主族； （3）第 4 周期B，副 族； （4）第 4 周期，B，副族。 4.填表 原子 序数 电子 构型 价电子层 最高 氧化值 所属 分区 周期 族 原子中未成 对电子数 26 Ar3d64s2 3d,4s +8 d 区 第 4 周期 VIIIB 4 33 Ar4s24p3 4s,4p +5 p 区 第 4 周期 VA 3 55 Xe6s1 6s +1 s 区 第 6 周期 IA 1 75 Xe5d56s2 5d,6s +7 d 区 第 6 周期 VIIB 5 5. (1), (2);, (3), (4) 6.(1)Ga 价电子构型为 4s24p1，价电子数为 3； （2）W 原子的电子构型为Xe5d46s2； (3)最外层有 6 个电子的元素应为A； （4）Sb 原子的电子构型为Kr5s25p3,未成对电子数 为 3。 7.(1)该元素属于A；(2)金属性强，电负性小；(3)一般氧化值为+2，其氧化物的化学式可 表示为 XO。 8. (1)第 3 周期，A 元素，硅，Si，Ne3s23p2； (2)第 4 周期的铁元素，Fe，Ar3d64s2； (3)有 4 个电子层，最高氧化值又与氯相同的金属元素是锰，Mn，Ar3d54s2 ；(3)3d 亚层 全满、4s 亚层半满的元素是铜，Cu，Ar3d104s1。 9.离子化合物中影响库仑作用的因素是离子电荷和离子半径，作用力越大，熔点就越高。据 此即可判断： （1） MgOBaS； （2） KClCsCl； （3） NaFNaClNaBrNaI； （4） K2SO4PH3AsH3， （2）AsF3AsCl3AsBr3AsI3 16.依题意：XMg，YP，ZCl： （1）电负性：Cl 最大，Mg 最小； （2）MgP共价键，两元素电负性差1.0( 1.7)；MgCl离子键，Mg 与 Cl 间电负性差为2.0( 1.7)； （3）MgCl2，为离子化合物；YZ可生成 PCl3和 PCl5两种共价分子，其中 PCl3构型为三 角锥形，有极性，而 PCl5则为三角双锥，结构对称，无极性。 17 （1）HCl 分子间有色散力，诱导力和取向力； （2）He 原子间只有色散力； （2）H2O 分 子间存在色散、诱导、取向三种作用力，此外还有氢键； （4） 2 H OAr分子间只有色 散力和诱导力； （5）苯和 CCl4分子间，只有色散力，因两者均为非极性分子； （6）苯酚 和对甲苯酚间，分子间的三种作用力都有，且有氢键。 18 （1）硬度：MgF2NaCl； （2）熔点：MgOMgCl2；MgSNa2S； （3）在水 中溶解度：MgF2CaCl2。 判断根据是题中物质均为离子化合物 19.根据： （1）离子晶体与离子电荷和离子半径有关； （2）分子晶体：如为同类型分子， 分子的体积越大，分子间力越强；极性分子作用力强于相对分子质量相近的非极性分 子。 故：（1） 沸点： I2Br2Cl2F2；（2） 熔点： BaF2BaCl2BaBr2BaI2；（3） 硬度： NaFNaClNaBrNaI 20.填表如下： 物质 晶体类型 晶格结点上的粒子粒子间作用力主要物理性质 MgCl2 离子晶体 Mg 2+，Cl 库仑力 （离子键） 硬度较大，脆性，熔、沸点较高， 熔化或水溶液导电，机加工性差 O2 分子晶体 O2分子 色散力 质软，熔、沸点极低，导热性差， 绝缘性好，机加工性级差 SiC 原子晶体 Si，C 原子 共价键 硬度大，脆，熔、沸点高，导热性 差，室温绝缘，高温半导体 HF 分子晶体 HF 极性分子 三种分子间力 加氢键 与 O2大致相同 SiO2 原子晶体 SiO4 4- 离子型 共价键 硬度大，脆性，熔、沸点高，导电 性差，耐热性好，机加工性差 BaO 离子晶体 Ba 2+,O2- 库仑力 与 MgCl2大致相同 21.（1）CH4是非极性分子晶体，熔化时只需克服色散力； （2）CaCl2为离子晶体，必须克服 其间作用的库仑力； （3）BN 为共价型的原子晶体，要克服其共价键力，因此需很高的温度 方可实现； （4）CO2干冰，非极性分子晶体，其中只存在极弱的色散力，很容易分开，这表 现为干冰的升华性； （5）Ag，金属晶体，破坏金属键力，需较高的能量； （6）Ar，非极性分 子晶体，只存在微弱的色散力，故常温下即为气态； （7）NH3，极性分子晶体，三种分子间 力外，还存在氢键； （8）CuF2，离子晶体，克服其正、负离子间的库仑作用力。 22.（1）X 为 Si，原子晶体，熔点、沸点高，脆性，硬度大，机械加工性差，晶体中电子跃 迁较易，是典型的半导体元素； （2）XYSi3P4,近于原子晶体，熔、沸点较高，脆性，硬度 大，机械加工性差； （3）XZSiCl4，非极性分子晶体，熔、沸点较低，不导电，导热性差， 不能机械加工。 习 题 1. 某系统由 A 状态变至 B 状态共经历了三步。 （1） 放热 300kJ， 环境对系统做功 100kJ； （2）吸热 450kJ，体积不变； （3）系统对环境做功 500kJ，无热量变化。试计算该系统热力 学能的变化量U。 解：( 200450500)250UkJ 2. 1.435g 萘 （C10H8） 与适量的氧气一起放入弹式量热计中进行反应。 水浴中盛水 2000g， 反应后，水温由 20.17升高 25.84，已知量热计热容为 1.80kJ-1，如忽略温度计、搅 拌器等吸收的少量热， 试计算 1mol 萘燃烧反应的恒容热效应。 (水的热容为 4.184J -1 g-1) 解： 4 (4.184 2000 1800) (25.8420.17)J5.765 10 JQ 46-1-1 128 (5.765 10)5.142 10 J mol5142 J mol 1.435 v QUk 3. 葡萄糖的发酵反应如下： 6126252 C H O (s)=2C H OH(l)+2CO (g),1mol 葡萄糖的发酵 反应产生的热力学能变化为-72.8kJmol-1，试计算 1mol 葡萄糖在 25，100kPa 下的恒压 热效应。 解：728002 8.314 29867.845 p Q kJmol-1 4. 比较下列各组物质的焓变情况： （1）273K 1mol CO(g)和 373K 的 1mol CO(g) H高温物H低温物 ；0H； （2）1mol C6H6（l）和 1mol C6H6 (g) H气H液H固， ；0H； （3）1mol 反应 CaCO3（s） CaO（s）+ CO2(g)的生成物和反应物 此反应为吸热反应， ；0H； （4）1mol 反应 I2（g）+H2（g）2 HI(g) 的生成物和反应物 此反应为放热反应， ；0H。 5. 利用标准生成焓 fm H 数据，计算下列反应的标准热效应： （1）N2O4(g)+3CO(g)N2O(g)+3CO2(g) fm H / kJmol-1 9.16 -110.52 81.05 -393.14 rmfmfm ()()()()HHH 生成物反应物 =-775.97 kJmol-1 （2）2FeO(s)+CO2(g)Fe2O3(s)+CO(g) fm H / kJmol-1 -271.96 -393.14 -824.25 -110.52 rmfmfm ()()()()HHH 生成物反应物 =2.29kJmol-1 （3）CH4(g)+4CuO(s)CO2(g)+2H2O(l)+4Cu(s) fm H / kJmol-1 -74.81 -157.32 -393.14 -285.83 0 rmfmfm ()()()()HHH 生成物反应物 =-260.71 kJmol-1 （4）2NaHCO3Na2CO3(s)+CO2(g)+H2O(l) fm H / kJmol-1 -950.81 -1130.68 -393.14 -285.83 rmfmfm ()()()()HHH 生成物反应物 =91.97kJmol-1 6. 已知反应 SiO2(s)+3C(石墨)SiC(s)+2CO(g)， rm H618 kJmol-1，试用附录二中 的有关数据计算 SiC 的标准生成焓。 解：计算得 fm H =-71.9 kJmol-1 7. 根据表 2.1 中 C2H6(g) 和 C2H4(g) 的标准燃烧焓数据，计算反应 C2H4(g)+ H2(g) C2H6(g)的标准热效应。 解： rm 137.03H kJmol-1 8. 利用表 2.1 中乙醇（C2H5OH(l)）的标准燃烧焓数据及 CO2(g)、H2O(l) 的标准生成焓 数据计算乙醇在 298K 下的标准生成焓。 解： fm25 (C H OH)276.87H kJmol-1 9. 已知 CH3COOH(l)+2O2(g)2CO2(g)+2H2O(l); rm 1 H ， = -873.81 kJmol-1 C(石墨)+ O2(g) CO2(g); rm 2 H ， = -393.14 kJmol-1 H2(g)+1/2O2(g) H2O(l); rm 3 H ， = -285.83 kJmol-1 求 2C(石墨)+2 H2(g)+O2(g) CH3COOH(l)的 rm 4 H ， 。 解：2 (2)2 (3)(1) rm 4 H ， = -484.13 kJmol-1 10. 煤的气化技术是由下列热化学反应组成，由碳与水反应生成甲烷。已知： CO（g）+H2O（g）CO2(g)+H2(g)， rm 1 H ， = -40.8kJmol-1 C（石墨）+H2O（g）CO(g)+H2(g)， rm 2 H ， = +131.3kJmol-1 CO（g）+3H2（g）CH4(g)+H2O(g)， rm 3 H ， = -206.1kJmol-1 试计算反应：2C（石墨）+2H2O(g) CH4(g)+CO2(g)的标准热效应。 解：2 (2)(3)(1) rm 4 H ， = 15.7kJmol-1 11. 如果仅从单位质量的放热量来作比较，试问 C2H2（g） 、C2H6(g)、H2(g)和 N2H4(l) 中何者是最佳的高能燃料？ C2H2（g） 11 rm 1299.6kJ mol49.99kJ gH C2H6(g) 11 rm 1559.09kJ mol51.97kJ gH H2(g) 11 rm 285.83kJ mol142.92kJ gH N2H4(l) 11 rm 622kJ mol20.74kJ gH 所以仅从单位质量的放热量来作比较，H2(g)是最佳的高能燃料。 12. 乙醇 C2H5OH （l） 和乙醛 CH3CHO （l） 完全燃烧时， 分别放出热量为-1366.8kJ mol-1 和1166.4kJmol-1。 （1）写出该两化合物燃烧反应的热化学方程式； （2）计算乙醇氧化为 乙醛反应的标准热效应。已知 -1 fm3 H (CH CHO,l)=-196kJ mol 解： 25222 C H OH(l)+3O (g)=2CO (g)+3H O(l), 1 rm 1366.8kJ molH 3222 5 CH CHO(l)+O (g)=2CO (g)+2H O(l) 2 , 1 rm 1166.4kJ molH 乙醇氧化为乙醛反应的标准热效应为-200.4 kJmol-1 用标准生成焓公式法计算结果为 -204.85kJmol-1 13. 根据附录二中标准熵的数据，计算下列反应的标准熵变： （1）SiO2(s)+2H2(g) Si(s)+2H2O(g) -1-1 m /J molKS ，41.84 130.57 18.83 188.72 -1-1 rm =93.29J molKS (2) NH4Cl(s)NH3(g)+HCl(g) -1-1 m /J molKS ，94.56 192.34 186.70 -1-1 rm =284.48J molKS （3）SiO2(s)+2H2O(l) SiH4(g)+2O2(g) -1-1 m /J molKS ，41.84 69.91 204.51 205.03 -1-1 rm =432.91J molKS (4) CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g) -1-1 m /J molKS ，186.15 188.72 213.64 130.57 -1-1 rm =172.33J molKS 14. 已知 25oC 时 -1 fm3 H (PCl ,g)=-287.0kJ mol , -1 fm5 H (PCl ,g)=-374.9kJ mol ; -1 fm3 G (PCl ,g)=-267.8kJ mol , -1 fm5 G (PCl ,g)=-305.0kJ mol 。 试计算此时反应 PCl3(g)+Cl2(g) PCl5(g) 的熵变。 解： PCl3(g)+Cl2(g) PCl5(g) fm H / kJmol-1 -287 0 -374.9 rmfmfm ()()()()HHH 生成物反应物 =-87.9kJmol-1 rmfmfm ()()()()GGG 生成物反应物 =-37.2kJmol-1 -1-1 rm =-200J molKS 15. 查附录二或附录七，计算下列反应的标准 Gibbs 函数变，并判断它们在 298K 时， 能否自发? （1）C2H6(g)+7O2 (g)4CO2(g)+6H2O(l) fm G / kJmol-1 -32.89 0 -393.51 -237.18 rmfmfm ()()()()GGG 生成物反应物 =-2931.34kJmol-10; 在 298K 时正向非自发. 16. NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s)，试用 fm G直接计算和用 rm H、 rm S的等温方程式 两种方法计算该反应的 Gibbs 函数变 rm G，并判断该反应在 298K 时能否自发进行？ 解： NH3(g)+HCl(g)NH4Cl(s) fm H / kJmol-1 -46.11 -92.31 -314.43 fm G / kJmol-1 -16.48 -95.30 -202.97 -1-1 m /J molKS 192.34 186.70 94.56 rm 176.01H kJmol-1 rm 91.19G kJmol-1 rm 284.48S Jmol-1K-1 rmrmrm 91.23GHTS kJmol-1 17. 已知 2H2(g)+ O2(g)2H2O(l)， rm,1 G474.36 kJmol-1 H2O(l)H2O(g)， rm,2 G8.59 kJmol-1 2H2O(g)+2Cl2(g)4HCl(g)+ O2(g)， rm,3 G75.98 kJmol-1 试计算 HCl(g)的标准生成 Gibbs 函数变 fm G。 解： fm 2 (2)(3)(1)4 G (HCl) fm G (HCl)= -95.30kJmol-1 18. 水煤气制造的反应 C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)，假定反应中各物质均处于标准态， 试计算： （1）298K、100kPa 时的反应标准 Gibbs 函数变 rm G； （2）该反应自发进行的温度条件。 解： C(s) +H2O(g)= CO(g) +H2(g) fm H / kJmol-1 0 -241.82 -110.52 0 fm G / kJmol-1 0 -228.59 -137.15 0 -1-1 m /J molKS 5.74 188.72 197.56 130.57 rm 131.3H kJmol-1 rm 91.44G kJmol-10; 在 298K 时不能自发. rm 133.67S Jmol-1K-1 rmrmrm GHTS rm rm 982 H TK S 19. 已知 2CH3OH(l)2CH4(g)+O2(g)在 298K， 100kPa 下不能自发， 试计算该反应自发 进行的温度条件（假定反应中各物质均处于标准态） 。 解： 2CH3OH(l)2CH4(g)+O2(g) fm H / kJmol-1 -239.03 -74.81 0 -1-1 m /J molKS 127.24 186.15 205.03 rm 328.44H kJmol-1 rm 322.85S Jmol-1K-1 rmrmrm GHTS rm rm 1017 H TK S 20. 已知反应：N2H4(l)+2O2(g) N2(g)+2H2O(g)， rm G616.53 kJmol-1 （1）试计算 N2H4(l)的标准生成 Gibbs 函数变 fm G； （2）N2H4(l)在 298K、100kPa 下是否有分解为 N2(g)、H2(g)的可能？ 解： fm24 G (N H )159.35 kJmol-1 N2H4(l) N2(g)+2H2(g)， rm G159.35 kJmol-10; 在 298K 时不能自发. 2C(s)+O2 (g)2CO(g) fm G / kJ mol-1 0 0 -137.15 rm 274.30G kJmol-1 5.61 10-12 故有 Mg (OH)2 沉淀生成。 16. 解：查表可知 KspCd (OH)2 = 4.0 10-15 允许排放时 c(Cd2+)=10-5 molL -1 此时的 QspCd (OH)2 = c(Cd2+) c(OH )2 = 10-5 c(OH )2 4.0 10-15 解得： c(OH ) 2 10-5 molL-1 ,即 pH9.3 c(H + )2 c(S2- ) c(H2S) (9.510-5) 2 c(S2- ) 0.1 c(H2CO3) c(HCO3 -) 17.解：两溶液混合后 c(Ag+)=0.045 molL -1 ，c(Cl-) = 2.14 10-3 molL-1 可见该系统中 Ag+过量，制得的 AgCl 胶粒带正电荷，电泳时移向负极，水相移向正极。 1 第第 5 章电化学基础问题章电化学基础问题 1. 什么是氧化还原的半反应式？原电池的电极反应与氧化还原反应式有何关系？什么是氧化还原的半反应式？原电池的电极反应与氧化还原反应式有何关系？ 答答：任何一个氧化还原反应都可以分写成两个半反应：一个是还原反应，表示氧化剂被还原；一个是氧化反应， 表示还原剂被氧化。即： 还原反应：氧化态 ne- 还原态； 氧化反应：还原态 ne- 氧化态 这两个式子称为氧化还原的半反应式。 原电池的总反应是一个氧化还原反应，原电池的两个电极反应各乘以一个适当的系数后再加和起来，即得 原电池总反应式氧化还原反应式。 2. 原电池由那些部分组成？试分别叙述每一部分的作用原电池由那些部分组成？试分别叙述每一部分的作用 。 答答：原电池主要由以下几个部分组成： 正极得到电子，发生还原反应； 负极提供电子，发生氧化反应； 在双液电池中盐桥也必不可少， 其作用是通过离子扩散来保持溶液的电中性， 消除电极反应产生的过剩 电荷的阻力，导通电流； 导线是导通电流，确保反应持续进行。 3. 如何将一个在溶液中进行的氧化还原反应设计成原电池如何将一个在溶液中进行的氧化还原反应设计成原电池 ？ 答答： 先将氧化还原反应分写成两个半反应：一个是还原反应，表示氧化剂被还原；一个是氧化反应，表示还 原剂被氧化； 根据两个半反应的电对特点将其设计成电极，并用符号表示电极的组成； 确定正负极： 氧化反应对应于阳极，即负极；而还原反应对应于阴极，即正极； 不同的电解质间要用盐桥连接以减小 液接电势。 例如：将反应2KMnO45Na2SO33H2SO42MnSO45Na2SO4K2SO43H2O 设计成原电池。 氧化反应；SO32- ne- SO42- 电极组成： （-） Pt| Na2SO4，Na2SO3 还原反应： MnO4- ne- Mn2+ （+） Pt| KMnO4，MnSO4，H2SO4 电池符号： （-） Pt| Na2SO4，Na2SO3KMnO4，MnSO4，H2SO4| Pt（+） 4. 如何用符号表示一个原电池？写出原电池：如何用符号表示一个原电池？写出原电池：Pt|H2|H+|Cl-|AgCl|Ag 的电极反应及电池反应式。的电极反应及电池反应式。 答答：用符号表示一个原电池的一般规则为： 负极在左，正极在右；用“|”表示两相之间的相界面，用“|” 表示盐桥； 溶液应注明浓度（molL-1） ，气体应注明分压（kPa） ； 从负极开始沿着电池内部依次书写 到正极。 原电池：Pt|H2|H+|Cl-|AgCl|Ag 的电极反应及电池反应如下： 负极反应： H2 2e- 2H+ 阳极反应： AgCl e- Ag Cl- 电池反应： H2 + 2AgCl = 2Ag + 2Cl- 5. 何谓电极电势何谓电极电势?怎样用这一概念解释原电池产生电流的原因？怎样用这一概念解释原电池产生电流的原因？ 答答：电极与溶液形成双电层达到动态平衡时，金属的电势（金属）与溶液的电势（溶液）之差称为电极电势电极电势， 以符号（Mn+/M）表示。即：（Mn+/M）=（金属）（溶液） 。Mn+/M 表示组成该电极的氧化还原电 2 对，如 (Zn 2+/Zn), (Cu 2+/Cu)和 (Cl 2C1 -)等。 将两个电极电势不同的电极组成原电池时，原电池的电动势E0，电就会从电极电势高的电极（正极）自动 地流向电极电势低的电极（负极） ，从而产生电流。 6. 什么叫标准氢电极？是否在所有温度下，其电极电势都为零？什么叫标准氢电极？是否在所有温度下，其电极电势都为零？ 答答：在298.15K 时，把镀有铂黑的铂片插入含有1 molL-1H +的溶液中，并不断用压力为100kPa 纯H2气流通过 Pt 片,使之吸附H2达到饱和并发生电极反应。 如此构成的氢电极叫标准氢电电极。 标准氢电极的符号记为： H +（1 molL-1）| H2（100kPa）|Pt。目前国际上将标准氢电极作为标准参比电极，将其电极电势值规定为 零，即： (H+/H 2)=0.000V。此值是在298.15K 的条件下的规定值，当温度发生变化时其电极电势就不等 于零。具体数值可由能斯特公式求得， 。 7. 怎样测定电极的标准电极电势？其符号和大小有何物理意义？怎样测定电极的标准电极电势？其符号和大小有何物理意义？ 答答：标准电极电势 (氧化态/还原态)数值的大小表示了反应：氧化态 + ne- 还原态，在标准状态下进 行的趋势，反映了电极的氧化态及还原态的氧化还原能力或倾向，即标准电极电势数值越大，氧化态得电 子能力越强，是强的氧化剂；标准电极电势数值越小，还原态失电子能力越强，是强的还原剂；反之亦然。 标准电极电势的测定方法主要有两种： 氢标法： 氢标法： 将待测标准电极与标准氢电极组成原电池，测定该原 电池的电动势即标准电动势 E ，由E = （正） （负）和 (H+/H 2)=0.000V 可求得待测电极的 标准电极电势 (氧化态/还原态)的值。例如，实验测（Zn2+/Zn）所用的标准原电池如下： （-）Zn|ZnSO4（1 molL-1）| H+（1 molL-1）|H2(100kPa)| Pt (+) 测得的标准电动势为 E = 0.7628V，由E （正） （负）（H+/H2）（Zn2+/Zn）得： 0.7628 0.000 （Zn2+/Zn） 则得： （Zn2+/Zn） 0.7628（V） 参比电极法： 参比电极法： 标准电极电势也可用饱和甘汞电极作为参比电极来测量。 测量时将待测标准电极与饱和甘 汞电极组成原电池，测定该原电池的电动势E，由E = （正） （负）和 (Hg2Cl2/H g，饱和)=0.2415V 可求得待测电极的标准电极电势 (氧化态/还原态)值。 8. 怎样利用电极电势来决定原电池的正、负极？计算原电池的电动势？判断氧化还原反应的方向？怎样利用电极电势来决定原电池的正、负极？计算原电池的电动势？判断氧化还原反应的方向？ 答答：比较两电对电极电势的代数值，电极电势代数值大的为正极，小者为负极。原电池的电动势由 E （正） （负）求得。按照反应方程式书写方式，在反应物一侧找出氧化剂和还原剂，令氧化剂对应 的电对作原电池的正极，还原剂对应的电对作原电池的负极，若：(氧化剂)(还原剂),则氧化还原反应从 左右自发进行；(氧化剂)(还原剂),则氧化还原反应从右左自发进行；(氧化剂)(还原剂),则氧化还 原反应达到了平衡态。 9. 在电化学中在电化学中E有那些应用？试分别说明之。有那些应用？试分别说明之。 答答： 判断在标准状态下氧化还原反应进行的方向； 判断氧化还原反应进行的程度。 10. Nernst 方程式中有哪些影响因素？它与氧化态及还原态中的离子浓度、气体分压和介质的关系如何？方程式中有哪些影响因素？它与氧化态及还原态中的离子浓度、气体分压和介质的关系如何？ 答答：浓度对电极电势的影响可由Nernst 方程式表示： 3 式中，n 为电极反应中得失的电子数（摩尔） ；R=8.314Jmol-1K -1；F96500 Cmol-1（Faraday 常数） ， 氧化态、还原态表示电极反应中氧化态及还原态物质的相对浓度(cc )或相对分压(Pp )，并以电 极反应中对应物质的系数为指数。从该式可以看出，影响电极电势的主要因素有氧化态、还原态物质的浓 度及反应系统的温度等。氧化态越大，电极电势越高；还原态越大，电极电势越低；当电极反应中有 氢离子H +或氢氧根离子OH-出现时，则介质的pH 值对电极电势亦有影响，pH 值越大，电极电势越低。 11. 查阅标准电极电势时，为什么既要注意物质的价态，又要注意物质的聚集状态和介质条件（酸碱性） 。查阅标准电极电势时，为什么既要注意物质的价态，又要注意物质的聚集状态和介质条件（酸碱性） 。 答答：因为物质的价态 、聚集状态和介质条件（酸碱性）对电极电势都有影响，当其不同时，电极电势的值亦 不同的。 12. 实验室中，为了保证实验室中，为了保证FeSO4溶液不变质常给溶液中加入无锈铁钉。试从有关电对的电极电势说明理由。溶液不变质常给溶液中加入无锈铁钉。试从有关电对的电极电势说明理由。 答答： （Fe3+/ Fe2+）= 0.771， （O2/ H2O）= 1.229, （Fe3+/ Fe）= - 0.037。 （O2/ H2O） （Fe3+/ Fe2+） ，水溶液中的溶解氧能将Fe2+氧化成Fe3+而使FeSO4溶液变质。 又 （Fe3+/ Fe2+） （Fe3+/ Fe）当给溶液中加入无锈铁钉时，Fe 能将Fe3+还原成Fe2+，从而 保证了FeSO4溶液不变质。 13. 由标准锌半电池和标准铜半电池组成原电池：由标准锌半电池和标准铜半电池组成原电池： (-)Zn|ZnSO4 (1molmolL L-1)|CuSO4(1mol(1molL L-1)|Cu(+) （1） 改变下列条件对原电池电动势有何影响？（改变下列条件对原电池电动势有何影响？（a）增加）增加ZnSO4溶液的浓度； （溶液的浓度； （b）在）在ZnSO4溶液中加入过 量的 溶液中加入过 量的NaOH； （； （c）增加铜片的电极表面积； （）增加铜片的电极表面积； （d）在）在CuSO4溶液中加入溶液中加入Na2S 溶液。溶液。 （2） 当铜锌原电池工作半小时以后，原电池的电动势是否会发生变化？为什么？当铜锌原电池工作半小时以后，原电池的电动势是否会发生变化？为什么？ 答答： （1）由Nernst 方程式知： （a）增加ZnSO4溶液的浓度, (Zn2+/Zn)增大，即 （负）增大。又由E = （正） （负） ，其他条 件不变时， （负）增大，使E 减小。 （b）在ZnSO4溶液中加入过量的NaOH，则发生如下反应：Zn2+ 4OH- ZnO22- 2H2O，使溶液中 c（Zn2+）减小， （负）减小，使E 增大。 （c）增加铜片的电极表面积，对 （Zn2+）无影响，故E 保持不变。 （d）在CuSO4溶液中加入Na2S 溶液，则发生如下反应：Cu2+ S2- CuS（） ，使溶液中c（Cu2+） 减小， （正）减小，使E 减小。 （2）当铜锌原电池工作半小时以后，原电池的电动势会降低。因为随着电池反应的进行，正极电解质溶 液中的 c（Cu2+）减小，使 （正）减小；同时负极电解质溶液中的 c（Zn2+）增大，使使 （负）增 大，这两个方面产生的结果都使原电池的电动势E 减小。 14. 什么叫浓差电池？它与一般化学电池有何不同？什么叫浓差电池？它与一般化学电池有何不同？ 答答：由不同浓度的同类电极组成的原电池称为浓差电池。浓差电池。电池（）Ag|AgNO3 (0.01 molL-1)|AgNO3 (1 molL-1)|Ag(+)就是一个例子。 该电池的正、 负极均由Ag+/Ag 电对组成， 两电极的化学本性相同， 只是c(Ag+) 不同。 浓差电池与一般的化学电池相比有如下几点不同： 浓差电池的正、负极均由同一电对组成，两电极的化学本性相同，只是某一物质的浓度或分压不同；而 一般的化学电池，两极由不同电对组成，两电极的化学本性就不相同； 4 浓差电池的电池反应即电池过程是浓度扩散过程，而一般的化学电池的电池反应是一个氧化还原反应； 浓差电池的标准电动势等于零，而一般的化学电池的标准电动势则等于零； 浓差电池的电动势只与两极有关物质的浓度或分压有关；而一般化学电池的电动势则不但与两极有关物 质的浓度或分压有关，而且还与两极的标准电极电势有关； 15. 原电池和电解池在结构和原理上各有何特点？试举例说明（从电极名称、电极反应、电子流方向等方面进 行比较） 。 原电池和电解池在结构和原理上各有何特点？试举例说明（从电极名称、电极反应、电子流方向等方面进 行比较） 。 答答：原电池是以氧化还原反应为基础将化学能转变为电能的装置，即借助原电池可将化学能转变为电能，利 用化学反应产生电流；电解池则是借助于电流通过电解质溶液产生化学反应的的装置，即借助电解池由 外界对系统作电功，在电流作用下发生化学反应，将电能转变成化学能。二者的差异如下表所示： 原电池 电解池 作用 将化学能转变为电能 将电能转化为化学能 发生氧化反应的电极名称 阳极或负极 阳极或正极 发生还原反应的电极名称 阴极或正极 阴极或负极 电子流动方向 从负极通过外电路正极从负极通过电解质溶液中离子定向移动正极 16.实际分解电压为什么高于理论分解电压？简单说明超电压（或超电势）的概念。实际分解电压为什么高于理论分解电压？简单说明超电压（或超电势）的概念。 答答：电解时要使电解作用进行，必须在两极间加上一适当的电压，这种使电流顺利通过电解质溶液、保证电解 不断进行所需的最低外加电压，称为该电解池的实际分解电压。实际分解电压。分解电压之所以需要，是因为两电极上的 电解产物又组成了一个原电池，该原电池的电动势与外加电压的方向相反，要使反应顺利进行，外加电压 必须克服这一电动势，这就是理论分解电压理论分解电压。实际上，电解时所需要的外加电压(实际分解电压)总是大于 理论分解电压。这是由于电极上和溶液中产生的一些电化学反应，使电极过程离开了平衡状态发生了电极 极化 电极 极化。实际分解电压与理论分解电压的差值，常称为超电压超电压。 17. H+/H2电对的电极电势代数值往往比电对的电极电势代数值往往比Zn2+/Zn 电对的或电对的或Fe2+/Fe 电对的要大， 为什么电解锌盐或亚铁盐溶液 时在阴极常常得到金属锌或金属铁？ 电对的要大， 为什么电解锌盐或亚铁盐溶液 时在阴极常常得到金属锌或金属铁？ 答答：因为气体的超电势比金属的要大，从而造成电势降低，所以电解锌盐或亚铁盐溶液时在阴极常常得到金属 锌或金属铁 18.试说明用电解法精炼铜，除去粗铜中的试说明用电解法精炼铜，除去粗铜中的Ag、Au、Pb、Ni、Fe、Zn 等杂质的原理。等杂质的原理。 答答：电解法精炼铜时，用含杂质的铜做阳极，用纯铜薄片做阴极，以硫酸铜溶液作电解液，通以一定电压的直流 电。这时，两极发生如下反应： 在阳极 Cu 2e = Cu2+ 在阴极 Cu2+ + 2e = Cu 当含杂质的铜在阳极不断溶解时，位于金属活动性顺序铜以前的杂质元素如锌、铁、镍等，虽然也同时失去 电子，如：Zn 2e = Zn2+ 和Ni 2e =Ni2+，但它们的阳离子比Cu2+难以还原，所以它们不在阴极获得电 子，只是溶解在电解液里；而位于金属活动性顺序铜之后的银、金等金属杂质，因为给出电子的能力比铜弱， 所以不在阳极失去电子，而是以金属单质的形式沉积在电解槽底，形成阳极泥。这样，在阴极就得到了纯铜， 通常叫它电解铜(纯度可达99.99)。把阳极泥加以处理，可以得到金银等贵重金属。 5 19.电镀和电铸有何异同？电镀和电铸有何异同？ 答答：电铸的基本原理和工艺过程与电镀基本相似，都是利用电解的原理使某种金属在阴极还原析出。不同之处在 于：电镀时要求得到与基体结合牢固的金属镀层，而电铸要求与原模分离，制造或复制金属制品，其厚度远 大于电镀层，电铸层和原模的结合力很弱。 20.试述电抛光的方法原理及其优缺点。试述电抛光的方法原理及其优缺点。 答答：电抛光是利用电解作用进行抛光，使金属获得平滑和有光泽的金属表面。电抛光时，以金属工件作阳极， 以不溶于电解抛光液的金属作阴极，电解液静止不动，且两极间的距离较大。电抛光过程中阳极不断被溶 解，阳极附近盐的浓度不断增加，在金属表面形成一种粘性薄膜，这种薄膜的导电能力差，而使得阳极的 电极电势代数值增大。对表面凹凸不平的金属工件，电抛光时，这种粘性薄膜的厚薄分布不均匀，凸起部 分薄膜层较薄，凹陷的部分薄膜层较厚，这样造成阳极表面各处的电阻不同，控制两极间电位差一定，凸 起部分电阻较小，电流密度较大，凸起部分的溶解速度比凹陷部分的溶解速度大。金属表面逐渐被整平， 凸起部分的高度不断降低，使凸起处与凹陷处的溶解速率趋于接近，同时在其表面形成一层钝化膜。 电抛光的优点（1）生产率高。电抛光不受金属材料硬度和韧性的限制，对难以进行机械抛光的材料，如 纯铝以及合金钢（特别是奥氏体铬镍钢）具有特别的意义。 （2）耐腐蚀性好，使用寿命长。 （3）无残余应 力、烧伤、微断裂纹等缺陷，具有较高反射率。 （4）易于实现自动化，有利于降低成本。 电抛光的缺点 ：一般电抛光表面的硬度不如机械抛光高。电抛光受被抛光材料成分的影响很大，不同材 料的表面进行电抛光时难易程度极不相同，特别是对某些各组分电极电势相差较大的合金，在电抛光时会 产生选择性溶解，而不是凸起部位的溶解速率较凹陷部位的溶解速率大，因而难于得到平整光洁的表面。 电抛光受抛光面积大小的影响，抛光面积越大，阳极上的电流分布也就越不均匀，抛光效果越差。 21. 什么叫电化学腐蚀？它与化学腐蚀有何不同？什么叫电化学腐蚀？它与化学腐蚀有何不同？ 答答：金属与腐蚀介质如氧、氯和硫化氢等作用，直接发生的腐蚀叫化学腐蚀。温度对化学腐蚀影响很大，化学 腐蚀会引起工件“脱碳”和“氢脆” 。当金属表面在介质如潮湿空气、电解质溶液中，因形成微电池而发 生电化学作用而引起的腐蚀，叫电化学腐蚀，电化学腐蚀比化学腐蚀危害更大，影响因素更多。如大气相 对湿度、环境温度、空气中污染物质、介质的酸、碱性等。 22. 通常大气腐蚀主要是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀？写出腐蚀电池的电极反应。通常大气腐蚀主要是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀？写出腐蚀电池的电极反应。 答答：钢铁的电化学腐蚀可分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀，在较强酸性介质中，由于H+浓度大，钢铁以析氢腐蚀为主； 在弱酸性或中性介质中，发生的腐蚀是吸氧腐蚀。通常情况下，由于大气中CO2的存在使水膜呈弱酸性，所 以通常大气腐蚀主要是吸氧腐蚀。 析氢腐蚀：阴极反应：O2 + 2H2O +4e = 4OH ；阳极反应：Fe 2e = Fe2 。 吸氧腐蚀：阴极反应：O2 + 2H2O +4e = 4OH ；阳极反应：Fe 2e = Fe2 23. 防止金属腐蚀的方法主要有哪些？各根据什么原理？防止金属腐蚀的方法主要有哪些？各根据什么原理？ 答答： 改善金属的本质 改善金属的本质 提高金属或合金的热力学稳定性， 即向原不耐蚀的金属或合金中加入热力学稳定性高的合金元素， 以提 高合金的电极电势，增加耐蚀性。 加入易钝化的合金元素，如 Cr、Ni、Mo 等，可提高基体金属的耐蚀 6 性。 加入能使金属表面生成致密的腐蚀产物保护膜的合金元素，是制取耐蚀合金的又一途径。 形成保护层 形成保护层 金属的腐蚀发生在金属与周围介质的接界面上 ，因此，只要在金属表面形成一层保护膜，将金属表面与 周围介质隔开，就能保护金属避免腐蚀。非金属保护膜 将耐腐蚀的物质如油漆、搪瓷、陶瓷、玻璃 、 沥青 、高分子材料（如塑料、橡胶 、聚酯等 ）涂在要保护的金属表面 。金属保护膜 用耐蚀性较强的 金属或合金覆盖在被保护的金属表面上，覆盖的重要方法是电镀。按防腐蚀的性质可将保护层分为阳极保 护层和阴极保护层。 改善腐蚀环境缓蚀剂法 改善腐蚀环境缓蚀剂法 在腐蚀性介质中，加入少量能减小腐蚀速度的物质来防止腐蚀的方法叫做缓蚀剂法。所加的物质叫做缓蚀 剂,缓蚀剂可分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂两类。 无机缓蚀剂 通常在碱性介质中使用的有硝酸钠、亚硝酸钠、磷酸盐等；在中性溶液中使用的有亚硝酸 钠、铬酸盐、重铬酸盐、硅酸盐等。无机缓蚀剂的作用主要是在金属表面形成氧化膜或难溶物质，直接阻 止金属表面的金属离子进入溶液，从而延缓腐蚀。 有机缓蚀剂 在酸性介质中，通常用的有机缓蚀剂，如苯胺、硫醇胺、乌洛托品六次甲基四胺。有机 缓蚀剂对金属缓蚀作用的机理较复杂，最简单的一种机理认为缓蚀剂吸附在金属表面增加了氢的超电势， 阻碍了H 离子的放电，因而减慢了腐蚀。例如，胺类能和H离子作用生成正离子。这种正离子被带负电荷 的金属表面吸收后，金属的腐蚀就受到了阻碍。 电化学保护法 电化学保护法 电化学保护法有阳极电保护法和阴极保护法。阴极保护法就是将被保护的金属作为腐蚀电池（原电池）的 阴极或作为电解池的阴极而免受腐蚀。前一种是牺牲阳极保护法，后一种是外加电流法。 牺牲阳极保护法 是将较活泼金属或其合金连接在被保护的金属上， 形成原电池 。 这时较活泼金属作 为腐蚀电池的阳极被腐蚀，被保护的金属得到电子作为阴极而达到保护的目的 外加电流法 是将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极。被保护金属为阴极，在直流电的 作用下阴极就受到保护。这种保护法主要用于防止土壤