第七章电化学答案

第七章 电化学 第七章第七章 电化学电化学 7 1 用铂电极电解 CuCl2溶液 通过的电流为 20A 经过 15min 后 问 在阴极上能析出多少质 量的 Cu 在阳极上能析出多少体积的 27 100kPa 下的 Cl2 g 解 阴极反应 Cu2 2e Cu 阳极反应 2Cl Cl2 2e 电解反应 Cu2 2Cl Cu Cl2 溶液中通过的电量为 Q I t 20A 15 60s 18000C 由法拉第定律和反应进度知 Cu Cu Cu Cu Cu QnmM zF Cu Cu 1800064g mol Cu 5 969g 2 96485 309C mol QMC m zF 2 2 Cl Cl n 222 Cl Cl 0 Cl 0 0933molnn 2 3 0 0933 8 314 300 15 dm 100 nRT V p 2 328dm3 7 3 用银电极电解 AgNO3水溶液 通电一段时 间后 阴极上有 0 078g 的 Ag s 析出 阳极区溶液质 量 23 376g 其中含 AgNO3 0 236g 已知通电前溶液 浓度为 1kg 水中溶有 7 39g 的 AgNO3 求 t Ag 和 t NO3 解 方法一 t 阳离子迁出阳极区的物质的量 发生电极反应的物质的量 电解后阳极区溶液质量 23 376g 其中含 AgNO3 0 236g 设电解前后水量不变 则电解前阳极区 AgNO3的量为 0 1710g 3 7 39 23 3760 236 AgNO 1000 mg 电解过程阳极反应为 Ag Ag e 产生的 Ag 溶入 阳极区 因此迁出阳极区的 Ag 的物质的量为 nnnn 迁出电电应 解前解后反 第七章 电化学 3 Ag M AgNO Ag 1 M Ag nnnmm t nm 电电应电电 应 解前解后反解前解后 反 0 171 0 236 169 94 10 471 0 078 107 9 3 NO 0 529t 方法二 t 阴离子迁出阴极区的物质的量阴离子迁入阳极区的物质的量 发生电极反应的物质的量发生电极反应的物质的量 3 M AgNO NO M Ag mmnn t nm 电解后电解前 电解后 电解前 反应反应 0 2360 171 169 94 0 529 0 078 107 9 Ag 0 471t 7 5 已知 25 时 0 02mol dm3KCl溶液的电导率 为 0 2768 S m 一电导池中充以此溶液 在 25 时 测知其电阻为 453 在同一电导池中盛入同样体积 的质量浓度为 0 555g dm3的 CaCl2溶液 测得电阻为 1050 计算 电导池系数 CaCl2溶液的电导 率 CaCl2溶液的摩尔电导率 4 解 1 cell A G RlK 1 0 2768 m 453125 39m cell KRS 0 1194S m 1 2 125 39m CaCl 1050 ceell X K R 21 m 33 0 1194S m 0 02388S mmol 0 555 10 110 98 mol mc 7 7 25 时将电导率为 0 141S m 的 KCl 溶液装 入一电导池中 测得其电阻为 525 在同一电导池 中装入 0 1mol dm3的 NH4OH 溶液 测得电阻为 2030 利用表 7 3 2 中的数据计算 NH4OH 的解离 度 及解离常数 K 解 电导池常数为 1 0 141 52574 025 cell KRS mm 1 cell 4 X 74 025m NH OH 0 03647S m 2030 K R 第七章 电化学 421 m 33 0 03647S m 3 647 10 S mmol 0 1 10 mol mc 421 4 421 NH OH 73 4 198 0 10 271 4 10 mmm S mmol S mmol 4 4 3 647 10 0 01344 271 4 10 m m NH4OH NH4 OH 初始 c 0 0 平衡 c 1 c c 22 5 0 01344 0 11 831 10 11 0 01344 c K c 7 11 现有 25 0 01mol kg 的 BaCl2水溶液 计算溶液的离子强度 I 以及 BaCl2的平均离子活度因 子和平均离子活度 解 222 11 22 BB Ib zb zb z 2 1 2230 03mol kg 2 bbb 2 1 由德拜 休克尔极限公式 6 lg0 509 20 03A zzI 0 1763 0 666 1 1 3 21 3 2 4bbbbbb 0 01587mol kg 0 01057 0 666 0 01587 1 b a b 7 13 电池 222 Pt H 101 325kPa HCl 0 1mol kg Hg Cl s Hg 电动势 E 与温度 T 的关系为 E V 0 0694 1 881 10 3T K 2 9 10 6 T K 2 写出电池反应 计算 25 该反应的 及电池 rm G rm S rm H 恒温可逆放电时的 rm Q 若反应在电池外同样温度下恒压进行 计算系统 与环境交换的热 解 负极 阳极 氧化反应 H2 101 325kPa 2H 0 1mol kg 2e 正极 阴极 还原反应 第七章 电化学 22 Hg Cl s 2e 2Hg l 2Cl 0 1mol kg 电池反应 222 H 101 325kPa Hg Cl s 2Hg l 2HCl 0 1mol kg 25 时该电池电动势 E 0 3724V 2 96485 309C mol 0 372471 87kJ mol rm GzFEV 注意 z 的数值一定与电池反应一致 36 1 881 102 2 9 10298 15 p E VK T 1 517 10 4 V K 11 rm 29 28J Kmol p E SzF T 63 14kJ mol rmrmrm HGTS 8 730 kJ mol rm Q rm TS rm 63 14kJ mol p QH 7 14 25 时电池 的电动势 2 Zn ZnCl 0 555mol kg AgCl s Ag 8 E 1 015V 已知 0 7620V 2 ZnZnE 0 2222V 电池电动势的温度系 Cl AgCl AgE 数 4 4 02 10 V K p E T 写出电池反应 计算反应的 K 计算电池反应可逆热 rm Q 求溶液中 ZnCl2的平均离子活度因子 解 阳极反应 2 Zn Zn 0 555mol kg 2e 阴极反应 2AgCl s 2e 2Ag s 2Cl b 电池反应 2 Zn 2AgCl s 2Ag s ZnCl 0 555mol kg 2 Cl AgCl Ag ZnZn EEEEE 0 2222V 0 762V 0 9842V 第七章 电化学 rm 33 expexp 2 96485 309 0 9842 exp1 883 10 8 314 298 15 GzFE K RTRT r mrm 41 1 298 15 2 96485 309 4 02 10 J mol 23 13kJ mol p E QTSTzF T 由能斯特方程 2 2 2 2 ZnCl Ag ln Zn AgCl ln ZnCl aaRT EE zFaa RT Ea zF 2 8 314 298 15 1 0150 9842ln ZnCl 2 96485 309 a 解得 2 ZnCl 0 0909a 由得 3 2 ZnCl aa 0 4496a 1 31 3 440 555mol kg0 881mol kgbb b a b 10 0 4496 1 0 510 0 881 ab b 7 16 写出下列各电池的电池反应 应用表 7 7 1 的数据计算 25 时各电池的电动势 各电池反应的 摩尔吉布斯函数变及标准平衡常数 并指明各电池 反应能否自发进行 22 1 Pt H g 100kPa HCl a 0 8 Cl g 100kPa Pt 2 2 Zn ZnCl a 0 6 AgCl s Ag 3 22 2 0 01 0 5 100 Cd Cda CdCla ClClgkPa Pt 解 1 阳极反应 H2 100kPa 2H b 2e 阴极反应 2 Cl g 100kPa 2e 2Cl b 电池反应 22 H g 100kPa Cl g 100kPa 2HCl a 0 8 22 Cl Cl g Pt H H g Pt 1 3579V01 3579V EEE 22 ln H Cl RT EEaa zF 第七章 电化学 2 1 3579Vln 0 8 1 3636V 2 RT F rm 2 96485 309C mol 1 3636V 263 13kJ mol GzFE 能自发进行 rm 0G rm 45 expexp 2 96485 309 1 3579 exp8 111 10 8 314 298 15 GzFE K RTRT 2 阳极反应 Zn Zn2 b 2e 阴极反应 2AgCl s 2e 2Ag 2Cl b 电池反应 Zn 2AgCl s 2Ag ZnCl2 a Cl AgCl s Ag ZnZn 0 22216V 0 7620V 0 98416V EEE 2 2 2 ZnCl Ag lnln ZnCl Zn AgCl aaRTRT EEEa zFaazF 0 98416ln0 60 99072 2 RT VV F 12 rm 2 96485 309C mol 0 99072191 18kJ molGzFEV 能自发进行0 rm G rm 33 expexp 2 96485 309 0 98416 exp1 876 10 8 314 298 15 GzFE K RTRT 3 阳极反应 22 CdCd Cd 0 012ae 阴极反应 2 Cl 100kPa 22Cl Cl 0 5gea 电池反应 2 212 Cd Cl g 100kPa Cd a 2Cla 2 2 Cl Cl g Pt CdCd 1 7611EEEV 22 ln Cd Cl RT EEaa zF 2 1 7611ln 0 01 0 5 1 8381 2 RT VV F 第七章 电化学 59 rm expexp3 472 10 GzFE K RTRT rm 2 96485 309C mol 1 8381V354 70kJ molGzFE 能自发进行 rm 0G 7 17 计算 25 时下列电池的电动势 41 Cu CuSO 0 01mol kg b 42 CuSO 0 1mol kg Cub 解 阳极反应 Cu Cu2 b1 0 01mol kg 2e 阴极反应 Cu2 b2 0 1mol kg 2e Cu 电池反应 Cu2 b2 0 1mol kg Cu2 b1 0 01mol kg 2 111 2 222 Cu lnln Cu 8 314 298 150 41 0 01 ln0 01749V 2 96485 3090 16 0 1 abRTRT EE zFazFb 7 18 电池 22 Pt H g 100kPa HCl b 0 1mol kg Cl g 100kPa Pt 在 25 时电动势为 1 4881V 试计算 HCl 的平均离 子活度因子 14 解 阳极反应 2 H 100kPa 2H 0 1mol kg 2e 阴极反应 2 Cl g 100kPa 2e 2Cl 0 1mol kg 电池反应 22 H 100kPa Cl 100kPa 2HCl b 0 1mol kg 由能斯特方程 22 ln H Cl 2 RT EEaa F 22 ln H Cl 2 ln H Cl RT EEaa F RT Eaa F 22 Cl Cl g Pt H H g Pt ln HCl RT EEa F 2 2 HCl b aa b 2 1 3580Vln bRT E Fb 0 1 2 1 48811 3580ln 1 mol kgRT VV Fmol kg 解得 0 795 第七章 电化学 7 20 浓差电池 441 1 Pb PbSO s CdSO b 42 24 CdSO b PbSO s Pb 其中 1 0 2mol kgb 1 0 1 已知在两液体接界 2 0 02mol kgb 2 0 32 处 2 0 37t Cd 1 写出电池反应 2 计算 25 时液体接界电势 E 液界 及电池电 动势 E 解 1 阳极反应 2 41 14 2PbSObPbSO se 阴极反应 2 442 2 2 PbSO sePbSOb 电池反应 22 41 142 2 SObSOb 2 1 2 ln a RT Ett zFa 液界 0 1 0 2 2 0 37 1 ln0 003806V 20 32 0 02 RT F EEEE 右左液界 2 1 ln 2 a RT E Fa 液界 16 0 01464V 0 003806V 0 01083V 7 22 已知电池 3 222 100 1 Pt HgkPapHmol dm KCl Hg Cl s Hg待测的溶液 的电动势 E 0 664V 计算待测溶液的 pH 值 解 负极 H2 g 100kPa 2H 2e 正极 Hg2Cl2 2e 2Hg 2Cl 电池反应 H2 g 100kPa Hg2Cl2 2e 2H 2Hg 2Cl 222 EE ClHg Cl HgE HHg Pt 2 H 2 2 0 664V0 2799VH H g Ptln 2 H pp RT E Fa 0 664V0 2799Vln H RT a F lg 6 49pHa H 7 24 设计电池并计算及 rm G K 1 2 2 22AgHgAgH 2 22 CdCuCdCu 3 224 SnPbSnPb 第七章 电化学 4 2 2CuCuCu 解 1 2 2 22AgHgAgH 212 100 Pt HgkPa HaAgaAg 0 7994VEEE rm 2154 3kJ molGzFEFE 27 rm exp1 08 10 G K RT 2 22 CdCuCdCu 22 12 Cd CdaCuaCu 0 3417V 0 4032V EEE 0 7449V rm 2143 7kJ molGzFEFE 25 rm exp1 528 10 G K RT 3 224 SnPbSnPb 422 123 Pt SnbSnbPbbPb 0 1264V0 151V0 2774VEEE rm 253 53kJ molGzFEFE 18 10 rm exp4 182 10 G K RT 4 2 2CuCuCu 2 Cu CubCub Cu 0 5210 34170 1793EEEVVV rm 234 60kJ molGzFEFE 6 rm exp1 153 10 G K RT 7 27 已知水的标准摩尔生成焓和标准摩尔生 成吉布斯函数分别为 285 83kJ mol 和 237 129kJ mol 计算在氢氧燃料电池中进行下列反应的电动势的电 动势和温度系数 H2 g 100kPa 1 2O2 g 100kPa H2O l 利用表 7 7 1 的数据计算上述电池的电动势 解 1 阳极反应 H2 g 100kPa 2H 2e 阴极反应 1 2O2 g 2H 2e H2O 电池表示为 Pt H2 g 100kPa H a H H2O O2 g 100kPa Pt 第七章 电化学 3 237 13 10 1 229 2 96485 309 rm G EVV zF 电池反应的 rm zF p E S T rmrmrm p SHGE TzFzFT 3 4 285 83237 13 10 V K8 46 10 V K 296485 309298 15 2 Pt H2 g 100kPa H a H H2O O2 g 100kPa Pt 222 H O H O g PtH H g PtEEEE 1 229V 0V 1 229V 7 29 已知 25 时 AgBr 的溶度积 0 7994V 13 sp 4 88 10K EAgAg 试计算 25 时 1 银 2 1 065EBr l BrV 溴化银电极的标准电极电势 2 EAgBr Ag 20 AgBr s 的标准生成吉布斯函数 解 方法一 AgBr s Ag Br 设计电池 Ag Ag b Br b AgBr s Ag 阳极反应 Ag Ag b e 阴极反应 AgBr s eAg Br b 电池反应 AgBr s Ag Br 由能斯特方程 Ag Br ln AgBr RTaa EE zFa ln Ag Br RT Eaa F 反应达平衡时 有 sp 0ln RT EK F 13 sp AgBr Ag Ag Ag ln0 7994Vln 4 88 10 RTRT EEK FF 0 0711V 方法二 反应 AgBr s eAg Br b 可看作由 Ag e Ag 和 AgBr s Ag Br 相加得到 则由状态函数法 有 第七章 电化学 即 1 2 3 rmrmrm GGG sp AgBr Ag Ag Ag lnzFEzFERTK sp 13 AgBr Ag Ag Ag ln 0 7994ln 4 88 10 RT EEK F RT V F 0 0711V 2 即求的 2 1 2 AgBrAgBr rm G 设计电池 2 Ag AgBr s Brb Br