北京化工大学 物理化学 第七章 电化学习题及参考答案.pdf

1 第七章第七章 电化学习题及参考答案电化学习题及参考答案 1 用 Pt 电极电解 CuCl2溶液 通过的电流为 20A 经过 20min 后 问 1 在阴极上能析出多少质量的 Cu 2 在阳极上能析出多少体积的 298K 100kPa 下的 Cl2 g 解 1 在电解池的阴极上 Cu2 2e Cu s 析出 Cu 的质量 kg zF ItCuM m 965002 60202010546 63 3 kg2009 0 2 在电解池的阳极上 2Cl Cl2 g 2e 析出 Cl2 g 的物质的量 molzFItn 965002 602020 mol1244 0 3 3 2 10100 298314 81244 0 m p nRT ClV 3 0031 0 m 2 用银电极电解 AgNO3溶液 通过一定时间后 测得在阴极上析出 1 15g 的 Ag 并且又知 阴极区溶液中 Ag 的总量减少了 0 605g 求 AgNO3溶液中离子的迁移数 Ag t及 3 NO t 解 电解过程阴极反应 Ag e Ag s 还原 1molAg 需 96500C 的电量 则 通过电解池的总电量为 F AgM Agm Q 总 阴极区 Ag 减少的物质量 3 NO 迁出阴极区的物质量 F AgM Agm NOQ 3 3 NO 的迁移数 3 3 Agm Agm Q NOQ tNO 总 5216 0 15 1 605 0 4739 0 1 3 NOtAgt 3 电导池充以 0 001mol dm3的 KCl 溶液 25 时测知其电导为 1 45 102 S 已知 25 时 0 001mol dm3 KCl 溶液的电导率为 0 01469S m 1 在同一电导池中装入同样体积的浓度 为 0 01025mol dm3的 HAc 溶液 测其电导为 1 59 10 4S 计算 1 该 HAc 溶液的电导率 摩尔电导率 2 若已知 25 时 HAc 的无限稀释的摩尔电导率为 3 907 10 2S m2 mol 1 计算 该 HAc 溶液的 KC 解 1 电导池常数 1 62 101045 1 1 01469 0 1 m GA l KCl 12 10013 1 m 0 001mol dm3 HAc 溶液的电导率 2 12142 10611 1 1059 1 10013 1 mSmsG A l 12 3 2 3 01025 0 10 10611 1 10 molmS c HAc m 123 10572 1 molmS 2 HAc H Ac 10907 3 10572 1 1 10907 3 10572 1 001 0 1 1 2 3 2 2 3 2 2 m m m n C c c c c K 5 1073 1 4 用 3 题中的电导池测得 25 时饱和 BaSO4溶液的电导为 0 836 10 5S 测水的电导为 0 15 10 5S 若已知 25 时无限稀释 BaSO4溶液的摩尔电导率 4 BaSO m 2 87 10 2S m2 mol 1 计算 BaSO4溶液的 KSP 解 由 3 题中电导池常数 l A 计算出 Sol K OH K 2 OHsolBaSO KKK 24 13 10695 0 mS 3 2 3 3 4 3 1087 2 10 10695 0 10 4 dmmol BaSO Kc m BaSO 33 100242 0 dmmol 2322 100242 0 c c aKSP 10 1086 5 5 计算 1 20 1 kgmolb的 KCl 水溶液在 25 时的离子平均离子质量摩尔浓度 离子平均活 度 电解质活度 离子强度 解 KCl 的1 2 查表得 593 0 1 20 1 kgmolbb 712 0 593 0 20 1 rbba 507 0712 0 2 aaB bZZI 2 1 22 122 20 1 1111 2 1 kgmol 1 20 1 kgmol 3 6 将 AgCl 的溶解反应 AgCl s Ag aAg Cl aCl 设计成电池 并写出阳极 阴极反应 若已知VAgAgClClE2222 0 VAgAgE7994 0 计算该反应的溶度积 SP K 解 阳极 氧化 sAg eaAg Ag 阴极 还原 sAgCl e Cl aClsAg 电池为 AgsAgClaClaAgAg ClAg 由能斯特方程 ln ClAg aa F RT EE 反应达平衡时0 mrG 0 E RTFE Cl AgSP eaaK 298314 8 7994 0 2222 0 96500 e 10 1075 1 7 计算下列氢氧 燃料 电池在 25 时的理论电动势 PtMPaOaHMPaHPt H 1 0 1 0 22 已知 25 时0 2 HH E VE OH 229 1 2 解 负极 阳极 2 2H eaH H 4 4 正极 阴极 eOaH H 4 4 2 2 2 lOH 电池反应 22 2OH 2 2 lOH 由于 Mpappp OH 1 0 22 1 2 OH a 理论电动势 E pppp a F RT EE OH OH ln 4 22 2 2 V229 1 8 已知电池PbPbSOrbZnSOZn t 38 0 01 0 44 在 25 时VE5477 0 14 1017 4 KV T E P VE ZnZn 763 0 2 4 PbSO 的 8 1058 1 sp K 1 请写出该电池的电极反应与电池反应 2 计算 PbPbSO E 4 PbPb E 2 3 25 恒温下 将上述反应在可逆电池中进行与在恒压反应器中进行一个单位反应 两 过程的热各为多少 解 1 阳极 eZn2 2 Zn 4 阴极 ePbSO2 4 2 4 SOPb 电池反应 4 PbSOZn 2 4 2 SOPbZn 2 EEE 1 ln ln 2 2 4 4 Zn ZnZnSO PbPbSO azF RT Ea zF RT E V5477 0 0038 0lg 2 05915 0 01 038 0lg 2 05915 0 763 0 5477 0 4 VVE PbPbSO V3585 0 沉淀反应 2 4 2 SOPb 4 sPbSO 2 4 2 4 ln SOPb PbSO aa a ZF RT EEE 0 1 ln 2 05915 0 sp K EE 8 1058 1 1 lg 2 05915 0 4 2 PbPbSO PbPb EE V1277 0 1058 1 lg 2 05915 0 3585 0 8 3 J T E zFTQ Pr 1017 4 965002298 4 kJ98 23 98 23 5477 0 965002KJJSTzFEHQP kJ7 129 9 有电池AgsAgBraBraAgAg 21 已知 AgBr s 的活度积在 25 时为 5 10 13 VEAgAg799 0 VE Pt BrBr065 1 2 1 写出此电池的电极反应与电池反应 2 计算 Br AgBr s Ag 的标准电极电势 3 计算 AgBr s 的标准生成 Gibbs 函数 sAgBrGm f 解 1 阳极 Ag s Ag a1 e 阴极 AgBr s e Ag s Br a2 电池反应 AgBr s Ag a1 Br a2 2 电池的标准电动势 AgAgAgAgBrBr EEE 1 Ka zF RT ln ln BrAg aa zF RT 5 105ln 96500 298314 8 13 0 727V AgAgAgAgBrBr EEE 1 VV799 0 727 0 V072 0 3 生成 AgBr s 的反应为 2 1 2 sAgBrlBrsAg 对应电池为 Ag AgBr s Br Br2 l Pt 其标准电动势 AgAgBrBrPtBrBr EEE 2 2 VV072 0 065 1 V993 0 AgBrGrG mfm zFE 1 933 096500 molJ 1 8 95 molkJ 10 有电池 2 sAgsAgClbCuClsCu 298K 时 当 CuCl2的浓度 b 为不同值时 测得电池电动势之值分别如下 14 1 10 kgmolb VE191 0 1 1 2 2 0 kgmolb VE074 0 2 1 写出电极与电池反应 2 求两种浓度下 CuCl2的离子平均活度系数之比 21 为多少 解 1 阳极 负极 Cu s Cu2 b 2e 阴极 正极 2AgCl s 2e 2Ag s 2Cl b 电池反应 Cu s 2AgCl s 2Ag s Cu2 2Cl 2 由电池反应的能斯特方程 2 22 2 ln AgClCu ClCu Ag aa aaa ZF RT EE 2 2 ln ClCu aa ZF RT E 3 ln a ZF RT E Q ClCu aa b b a 2 3 13 1 4 bbbb 同一电池 E相同 将 式应用在不同 CuCl2浓度下有 2 3 21 3 1 ln ln a zF RT Ea zF RT E 即 2 33 21 33 1 ln ln b b zF RT E b b zF RT E 代入 1 2 12 2 1 ln3 ln3 b b EE RT zF 05 2 2 1 11 有电池 PtpgOkgmolSOHpgHPt 01 0 2 1 422 6 已知 298K 时 H2O l 的标准摩尔生成焓 1 8 285 molkJHm f H2O l 的标准摩尔生 成 Gibbs 函数 1 14 237 molkJGm f 写出电池的电极反应与电池反应 计算 298K 时 电池电动势和电池的温度系数 若电动势温度系数可视为与温度无关的常数 计算上述电池在 0 时的电动势 解 阳极 2 pgH ekgmolH2 01 0 2 1 阴极 eHpgO22 2 1 2 OH2 l 电池反应 2 1 22 pgOpgH OH2 l Q 1 2 14 237 molkJlOHGG mfmr VzFGE mr 964852 10147 237 3 V229 1 T E zFTHSTHG mrmrmrmr Q T E zFT H zFT G zFT H T E mrmrmr 1 3 298 229 1 298964852 1085 285 KV 13 1085 0 KV 0 时的 E273 13 1085 0 KV dT dE dTKVdE 1085 0 13 VEE 273298 1085 0 3 273298 298273 1085 0 3 298273 EEV250 1 12 电池HgsClHgKClsAgClAg 22 溶液的电池反应为 HgsAgClsClHgAg 2 1 22 已知 25 时 此反应的焓变 1 5435 molJHm r 各物质的规定熵 11 molKJSm分 别为 Ag s 42 55 AgCl s 96 2 Hg l 77 4 Hg2Cl2 s 195 8 试计算 25 时电池的电场 E 及电池的温度系数 p T E 解 已知 25 时题给反应的 1 5435 molJHm r 25 时 7 2 1 22Cl HgAgAgClAgmr SSSSS 11 8 195 2 1 55 42 2 964 77 molKJ zF HST zF G E mrmrmr VV04611 0 964851 543515 3315 298 14 10436 3 964851 15 33 KVzFS T E mrP 13 计算下列电池在 25 时电池反应的电势 Ag kgmolb AgNO kgmolb AgNOAg 720 0 1 0 900 0 01 0 1 3 1 3 解 此电池为已消除液接电势的浓差电池 1 1 2 2 1 2 lnln b b F RT a a F RT EV 900 001 0 720 01 0 ln 96485 15 2983145 8 V0534 0 14 298K时电解含有 1 01 0 1 2 kgmolbFeCl和 1 02 0 1 2 kgmolbCuCl的溶液 若电解过程中不断搅拌溶液 超电势忽略 不计 试问 何种金属首先析出 当第二种金属析出时 第一种金属离子在溶液中的浓度为多少 解 222 ln CuCuCuCuCu a zF RT EE V 02 0ln 965002 298314 8 34 0 V29 0 222 ln FeFeFeFeFe a zF RT EE V 01 0ln 965002 298314 8 440 0 V499 0 Q FeFeCuCu EE 22 Cu 先析出 第二种离子析出时 Cu2 的浓度为 222 ln CuCuCuFeFe a zF RT EE VVaCu499 0 ln 965002 298314 8 34 0 2 解得 29 10214 4 2 Cu a 15 在 4 1 1CuSOkgmol 及 42 1 02 0SOHkgmol 的混合液中 使铜镀到 Pt 电极上 若 H2在 Cu 上的超电势为 0 23V H2和 Cu 在 Pt 上的超电势为零 设 Cu2 和 H 的平均活度系数 为 1 问当外加电压增加到 H2在电极上析出时 溶液中所剩余的 Cu2 浓度为多少 解 由已知条件可知 Cu2 首先在 Pt 电极上析出 当电极上有 Cu 析出 同时逸出 H2 时 两者析出电势相等 则有 HCuCuCu a F RT a zF RT Elnln 2 8 V F RT b b zF RT V Cu 23 0 04 0 lnln337 0 2 22 1005 1 2 Cu b 英文题 1 Use the information of standard potential table to calculate the standard potential of the cell Ag AgNO3 aq Fe NO3 2 aq Fe and the standard Gibbs energy and enthalpy of the cell reaction at 25 Estimate the value of mrG at 35 1 58 105 molkJH aqAgm f 1 1 89 2 molkJH aqFem f Solution R Fe2 aq 2e Fe s L 2Ag s 2Ag aq 2e The cell reaction 2Ag s Fe2 aq 2Ag aq Fe s VVVEEE LR 24 1 80 0 44 0 1 24 1 965002 molJzFEGm r 1 239 molkJ 2 2 aqFeHaqAgHH mffmr m 1 1 89 58 1052 molkJ 1