[理学]物化第5版第7_10_11章课后答案

1、优质文本第七章 电化学7.2 用Pbs电极电解PbNO3溶液。溶液浓度为1g水中含有PbNO31.66×10-2g。通电一定时间后，测得及电解池串联的银库仑计中有0.1658g的银沉积。阳极区的溶液质量为62.50g，其中含有PbNO31.151g，计算Pb2+的迁移数。解法1：解该类问题主要依据电极区的物料守恒溶液是电中性的。显然阳极区溶液中Pb2+的总量的改变如下：n电解后(Pb2+)= n电解前(Pb2+)+ n电解(Pb2+)- n迁移(Pb2+)那么：n迁移(Pb2+)= n电解前(Pb2+)+ n电解(Pb2+)- n电解后(Pb2+)n电解(Pb2+)= n电解(Ag)

2、 = n迁移(Pb2+)=6.150×10-3+1.537×10-3-6.950×10-3=7.358×10-4mol解法2：解该类问题主要依据电极区的物料守恒溶液是电中性的。显然阳极区溶液中的总量的改变如下：n电解后()= n电解前() + n迁移()那么：n迁移()=n电解后()- n电解前()n电解后()=n电解前()=n迁移() = 6.950×10-3-6.150×10-3 = 8.00×10-4mol那么： tPb2+= 1 - t= 1 0.521 = 0.4797.4 在一个细管中，于0.3327mol

3、83;dm-3的GdCl3溶液的上面放入0.073mol·dm-3的LiCl溶液，使它们之间有一个明显的界面。令5.594mA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。3976s以后，界面在管内向下移动的距离相当于1.002cm-3的溶液在管中所占的长度。计算在实验温度25下，GdCl3溶液中的tGd3+和tCl-。解：此为用界面移动法测量离子迁移数。1.002cm-3溶液中所含Gd3+的物质的量为：nGd3+= cV= 0.03327×1.002×10-3 = 3.3337×10-5mol所以Gd3+和Cl-的的迁移数分别为：tCl

4、-= 1 - tGd3+= 1 -0.434 = 0.5667.6.25时，。试计算及。解：离子的无限稀释电导率和电迁移数有以下关系或 =-= 0.012625-6.195×10-3 = 6.430×10-3S·m2·mol-17.7 25将电导率为0.14S·m-1的KCl溶液装入一电导池中，测得其电阻为525W。在同一电导池中装入0.1 mol·dm-3的NH3·H2O溶液，测得电阻为2030W。利用表7.3.2中的数据计算NH3·H2O的解离度及解离常熟。解：查表知NH3·H2O无限稀释摩尔电导率为

5、= 73.5×10-4+198×10-4 =271.5×10-4S·m2·mol-17.8 25 时水的电导率为5.5×10-6 S·m-1，密度为997.0kg·m-2。H2O中存在以下平衡：H2O H+ OH-，计算此时H2O的摩尔电导率、解离度和H+的浓度。：L(H+) = 349.65×10-4S·m2·mol-1，L(OH-) = 198.0×10-4S·m2·mol-1。解： 7.925 时水的离子积Kw=1.008

6、5;10-14，NaOH、HCl和NaCl的分别等于0.024811 S·m2·mol-1，0.042616 S·m2·mol-1和0.0212545 S·m2·mol-1。1求25时纯水的电导率；2利用该纯水配制AgBr饱和水溶液，测得溶液的电导率溶液= 1.664×10-5 S·m-1，求AgBrs在纯水中的溶解度。：LAg+= 61.9×10-4S·m2·mol-1，LBr-=78.1×10-4S·m2·mol-1。   

7、;    解：1水的无限稀释摩尔电导率为                  纯水的电导率                   即有：  2溶液=AgBr+H2O即：AgB

8、r=溶液-H2O =1.664×10-5 5.500×10-6 = 1.114×10-5 S·m-17.10 应用德拜-休克尔极限公式计算25时0.002mol·kg-1CaCl2溶液中Ca2+、Cl-和±。       解：离子强度      根据： 即有：7.11 现有25时，0.01mol·kg-1BaCl2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

9、均离子活度。       解：离子强度 根据： 7.12 25时碘酸钡Ba(IO4)2在纯水中的溶解度为5.46×10-4mol·dm-3。假定可以应用德拜-休克尔极限公式，试计算该盐在0.01 mol·dm-3中CaCl2溶液中的溶解度。解：先利用25 时碘酸钡Ba(IO4)2在纯水中的溶解度求该温度下其溶度积。 由于是稀溶液可近似看作bBcB，因此，离子强度为        

10、;                                设在0.01 mol·dm-3中CaCl2溶液中Ba(IO4)2的溶解度为，那么           &

11、#160;                 整理得到                     采用迭代法求解该方程得±=0.6563 所以在0.01 mol·dm-3中CaCl2溶液中Ba(IO4)2的溶解度为

12、                     cBbB  = 7.566×10-4mol·dm-3       7.13 电池Pt|H2101.325kPa|HCl0.10 mol·kg-1|Hg2Cl2s|Hg电动势E及温度T的关系为：   

13、                  1写出电池反响；2计算25 时该反响的rGm、rSm、rHm以及电池恒温可逆放电时该反响过程的Qr,m。3假设反响在电池外在同样条件恒压进行，计算系统及环境交换的热。       解：1电池反响为         

14、                          225 时                 因此，rGm= -zEF = -1×96500

15、5;0.3724 = -35.94 kJ·mol-1 rHm =rGm +TrSm = -35.94 + 14.64×298.15×10-3 = -31.57 kJ·mol-1 Qr,m = TrSm = 4.36 kJ·mol-1 3Qp,m =rHm = -31.57 kJ·mol-1 7.14 25 时，电池Zn|ZnCl20.555 mol·kg-1|AgCls|Ag的电动势E = 1.015V。EZn2+|Zn=-0.7620V，ECl-|AgCl|Ag=0.222

16、2V，电池电动势的温度系数为：      1写出电池反响；2计算反响的标准平衡常数K；3计算电池反响的可逆热Qr,m；4求溶液中ZnCl2的平均离子活度因子±。解：1电池反响为Zns+ 2AgCls= Zn2+ + 2Cl- + 2Ags2即：K= 1.90×103334± = 0.50997.15 甲烷燃烧过程可设计成燃料电池，当电解质微酸性溶液时，电极反响和电池反响分别为：阳极：CH4g+ 2H2Ol= CO2g+ 8H+ + 8e-阴极：2 O2g+ 8H+ + 8e- = 2H2Ol电池反响： C

17、H4g+ 2 O2g= CO2g+ 2H2Ol，25时有关物质的标准摩尔生成吉布斯函数为：物质CH4gCO2gH2Ol-50.72-394.359-237.129计算25时该电池的标准电动势。解：因为：7.16写出以下各电池的电池反响。应用表7.7.1的数据计算25 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。1Pt|H2100kPa|HCla=0.8|Cl2100kPa| Pt2Zn| Zn Cl2a=0.6|AgCls|Ag3Cd| Cd 2+a=0.01Cl-a=0.5| Cl2100kPa| Pt解：1电池反响： H2g+

18、Cl2g= 2HCl              K= 8.24×10452电池反响： Zns+ 2AgCls= ZnCl2 + 2Ags              K= 1.898×10333电池反响： Cds+ Cl2g= Cd 2+ + 2Cl-    &

19、#160;         K= 3.55×1059 7.17 应用表7.4.1的数据计算以下电池在25 时的电动势。               Cu| CuSO4 b1=0.01mol·kg-1CuSO4 b2=0.1mol·kg-1| Cu      解

20、：该电池为浓差电池，电池反响为        CuSO4 b2=0.1mol·kg-1  CuSO4 b1=0.01mol·kg-1    查表知，±CuSO4，b1=0.01mol·kg-1= 0.41±CuSO4，b2=0.1mol·kg-1= 0.16    7.18电池Pt|H2100kPa|HClb=0.10 mol·kg-1|Cl2100kPa|Pt在25

21、时电动势为1.4881V，试计算HCl溶液中HCl的平均离子活度因子。    解：该电池的电池反响为H2g，100kPa+ Cl2g，100kPa= 2HClb=0.10 mol·kg-1        根据Nernst方程        7.19 25时，实验测定电池Pb| PbSO4s| H2SO40.01 mol·kg-1| H2g，p| Pt的电动势为0.1705V。25时，H2SO4，a

22、q=，aq= -744.53kJ·mol-1，PbSO4，s= -813.0kJ·mol-1。1写出上述电池的电极反响和电池反响；2求25时的E| PbSO4|Pb；3计算0.01 mol·kg-1 H2SO4溶液的a±和±。解：1上述电池的电极反响和电池反响如下正极：2H+ + 2e- = H2g，p负极：Pbs+ - 2e- = PbSO4s电池反响：H2SO40.01 mol·kg-1+ Pbs = PbSO4s+ H2g，p2 因为：37.20 浓差电池PbPbSO4sCdSO4b1，±，1CdSO4b2，±

23、;，2PbSO4sPb，其中b1=0.2 mol·kg-1，±，1=0.1；b2=0.02 mol·kg-1，±，2=0.32，在两液体接界处Cd2+离子的迁移数的平均值为tCd2+=0.37。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CdSO4a±，1 CdSO4a±，2       由7.7.6式         

24、60;   电池电动势7.21为了确定亚汞离子在水溶液中是以Hg+ 还是以形式存在，涉及了如下电池测得在18 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，那么电池反响为       电池电动势为作为估算，可以取 。所以硝酸亚汞的存在形式为。7.22 电池PtH2g，100kPa待测pH的溶液1mol·dm-3KClHg2Cl2sHg，在25时测得电池电动势E=0.664V，试计算待测溶液的pH

25、。解：电极及电池反响为阳极：H2g，100kPa- 2e- = 2H+阴极：Hg2Cl2s+ 2e- = 2 Hgl+ 2 Cl-电池反响：H2g，100kPa+ ：Hg2Cl2s= 2 Hgl+ 2H+ + 2 Cl- 查表知表7.8.1，在所给条件下甘汞电极的电极电势为，那么：aH+= 3.21×10-7                    pH=lg aH+= lg3.

26、21×10-7 = 6.497.23 在电池PtH2g，100kPaHI溶液a=1I2sPt中，进行如下电池反响：1H2 g，100kPa+ I2 s2HIa=1 2H2g，p + I2s HIaq,a=1 应用表7.7.1的数据计算两个电池反响的E、和K。解：1电池反响为H2 g，100kPa+ I2 s2HIa=1时，电池反响处于标准态，即有： E = EI-a=1I2Pt- EH+a=1H2g，100kPaPt= EI-溶液a=1I2sPt= 0.5353V 2电动势值不变，因为电动势是电池的性质，及电池反响的写法无关， E= 0.5353V Gibbs 自由能的变化

27、值降低一半，因为反响进度都是1 mol ，但发生反响的物质的量少了一半，即 根据平衡常数及Gibbs 自由能变化值的关系， 7.24 将以下反响设计成原电池，并应用表7.7.的数据计算25时电池反响的和K。12Ag + + H2 g= 2 Ag + 2H+2Cd + Cu2+ = Cd2+ + Cu3Sn2+ + Pb2+ = Sn4+ + Pb42Cu+ = Cu2+ + Cu解：1PtH2g，100kPaH+a=1Ag +a=1AgE1 = E右- E左= 0.7994V 2CdCd2+a=1Cu2+a=1Cu同理可求：E2 = E右- E左=0.3417-0.4032=0.7449V 3

28、PtSn2+a=1，Sn4+a=1Pb2+a=1Pb同理可求：E3 = E右- E左= -0.1264 0.151 = -0.2774V 4PtCu+ a=1，Cu 2+a=1Cu +a=1Cu同理可求：E4 = E右- E左= 0.521 0.153 = 0.368V 7.25 将反响Ags + Cl2 g= AgCls设计成原电池，在25时，标准电极电势EAg +Ag= 0.7994V，ECl-Cl2gPt=1.3579V。1写出电极反响和电池图示；2求25时电池可逆放电2F电荷量时的热Qr；3求25时AgCl的活度积。解：1电极反响和电池图示如下：阳极：Ags+ Cl- - e- = A

29、gCls 阴极：Cl2 g+ e- = Cl-电池图示：Ag|AgCls|Cl- aCl-|Cl2g，|Pt同理同理可求：Qr = n T= 2×298.15×-57.96= -34.56kJ 3E = E右- E左= 1.3579 ECl-AgCls Ag ECl-AgCls Ag = 1.3579 1.1378 = 0.2201V解法1：设计原电池：AgAg +Cl-AgCls Ag电池反响：AgCls Ag + + Cl-解法2：根据能斯特方程：那么：7.26 25时，电池PtH2g，100kPaH2SO4bAg2 SO4sAg的标准电动势E=0.627V。EAg +

30、Ag= 0.7994V。1写出电极反响和电池反响；225时实验测得H2SO4浓度为b时，上述电池的电动势为0.623V。此H2SO4溶液的离子平均活度因子±= 0.7，求b为多少；3计算Ag2 SO4s的活度积。解：1电极反响和电池反响如下：阳极：H2g，100kPa- 2e- = 2H+阴极：Ag2 SO4s+ 2e- = 2Ags+ 电池反响：H2g，100kPa+ Ag2 SO4s= 2Ags+ 2H+ + 2E = E右- E左= EAg2 SO4sAg- EH+ |H2g|Pt即：EAg2 SO4sAg= 0.627V 那么：b = 0.9984 mol·kg-1

31、37.27 125时，H2Ol的标准摩尔生成焓和标准摩尔生成吉布斯函数分别为-285.83 kJ·mol -1和-237.129 kJ·mol -1。计算在氢-氧燃料电池中进行以下反响时电池的电动势及其温度系数，                            2应用表7.7.1的数据计算上述

32、电池的电动势。解：1同理同理可求：即：3设计原电池为：PtH2g，100kPaH+a=1O2g，100kPaPt E = E右- E左= EOH- |O2g，p|Pt- EH+ |H2g，p|Pt= 1.229V7.28  25 时EFe3+ | Fe= -0.036V，EFe3+， Fe2+=0.770V。试计算25 ºC时电极Fe2+ | Fe的标准电极电势EFe2+ | Fe。       解：上述各电极的电极反响分别为Fe3+ + 3e- = Fe 1Fe3+ + e- = Fe2+ 2Fe2+

33、+ 2e- = Fe 3显然，3=1-2，因此7.29  25 时AgBr的溶度积，EAg +Ag= 0.7994V，EBr-Br 2gPt=1.006V。试计算25时。        1银-溴化银电极的标准电极电势EBr-Ag Brs Ag ；        2Ag Brs的标准生成吉布斯函数。        解：1设计电池AgAg+Br-Ag

34、Brs Ag，电池反响为Ag Brs Ag+ + Br-根据Nernst方程       沉淀反响平衡时E=0，所以2设计电池设计电池AgAg BrsBr- Br2l Pt，电池反响为Ags+ Br2l=Ag Brs 该反响为Ag Brs的生成反响，                     7.30  25

35、时用铂电极电解1mol·dm -3的H2SO4。1计算理论分解电压；2假设两电极面积均为1cm3，电解液电阻为100，H2g和O2g的超电势及电流密度的关系分别为：问当通过的电流为1 mA时，外加电压为假设干。解：1电解H2SO4溶液将形成电池：PtH2g，100kPaH+a=1O2g，100kPaPt该电池的电动势1.229 V即为H2SO4的理论分解电压。     2计算得到H2g和O2g的超电势分别为电解质溶液电压降：10-3 × 100 = 0.1 V因此外加电压为：1.229 + 0.1 + 0.7080

36、 + 0.1180 = 2.155V优质文本第十章 界面现象10.4 293.15K时，将直径为0.1mm的玻璃毛细管插入乙醇中。问需要在管内参加多大的压力才能防止液面上升？如不加任何压力，平衡后毛细管内液面高度为多少？该温度下乙醇的外表张力为22.3×10-3 N·m-1，密度为789.4kg·m-3，重力加速度为9.8m·s-2。设乙醇能很好地润湿玻璃。解：为防止管内液面上升，那么所加压力恰好等于管内附加压，即即：10.5 水蒸气迅速冷却至298.15K时可达过饱和状态。该温度下的外表张力为71.97×10-3 N·m-1，密度为

37、997kg·m-3。当过饱和水蒸气压力为平液面水的饱和蒸汽压的4倍时，计算。1开始形成水滴的半径；2每个水滴中所含水分子的个数。解：1根据Kelvin公式：210.6 CaCO3s在773.15K时的密度3900kg·m-3，外表张力为1210×10-3 N·m-1，分解压力为101.325Pa。假设将CaCO3s研磨成半径为30nm1nm=10-9m的粉末，求其在773.15K时的分解压力。解：根据Kelvin公式：10.7 在一定温度下，容器中参加适量的完全不互溶的某油类和水，将一直半径为r的毛细管垂直地固定在油-水界面之间，如以下图a所示。谁能侵润

38、毛细管壁，有那么不能。在及毛细管同样性质的玻璃板上，滴上一小滴水。再在水上覆盖油，这时水对玻璃的润湿角为，如以下图b所示。油和水的密度分别用O和W表示，AA/为油-水界面，油层的深度为h/。请导出水在毛细管中上升的高度h及油-水界面张力OW之间的定量关系。解：水在毛细管中上升的高度h是油-水界面产生附加压导致的。 10.8 在351.15K时，用焦炭吸附NH3气测得如下数据，设Vap关系符合Va = kpn方程。p/kPa0.72241.3071.7232.8983.9317.52810.102Va/dm3·kg-110.214.717.323.728.441.950.1试求方程Va

39、 = kpn中k及n的数值。解：将方程Va = kpn两边取对数得：lnp/kPa-0.32520.26770.54411.06401.36892.01862.3127lnVa/dm3·kg-12.32232.68782.85073.16552.34643.73533.9140lnVa/dm·kg-1lnp/kPa 作图从而可求k及n的数值。n = 0.601910.9 273.15K时，用活性炭吸附CHCl3，其饱和吸附量为93.8dm3·kg-1，假设CHCl3的分压为13.375kPa，其平衡吸附量为82.5 dm3·kg-1。试求：1朗缪尔吸附等

40、温的b值；2CHCl3的分压为6.6672 kPa时，平衡吸附量为假设干？解：1根据朗缪尔吸附等温式：210.10 473.15K时，测定氧气某催化剂外表上的吸附作用，当平衡压力分别为101.325kPa及1013.25kPa时，每千克催化剂的外表吸附氧的体积分别为2.5×10-3m3及4.2×10-3m3已换算为标准状况下的体积，假设该吸附作用服从朗缪尔公式，试计算当氧的吸附量为饱和吸附量的一半时，氧的平衡压力为假设干？解：根据朗缪尔吸附等温式：将上式重排得：即有：由1式和2式可得：当Va=/2时，有10.11 在291.15K的恒温条件下，用骨炭从醋酸水溶液中吸附醋酸。

41、在不同的平衡浓度下，每千克骨炭吸附醋酸的物质的量如下：c/10-3mol·dm-32.022.463.054.105.8112.8100200300na/mol·kg-10.2020.2440.2990.3940.5411.053.384.034.57将上述数据关系用朗缪尔吸附等温式关系表示，并求出式中的常数及b。解：1根据朗缪尔吸附等温式用于固体对溶液中溶质的吸附，其表达式为：以c作图为线性关系，由上述表格数据作图得方程如下：= 5.008 mol·kg-1 b = 20.79 mol-1·dm310.12 在77.2K时，用微型硅铝酸吸附N2g，在不

42、同的平衡压力下，测得每千克催化剂吸附的N2g在标准状况下的体积数据如下：表10.12p/kPa8.699313.63922.11229.92438.910Va/dm3·kg-1115.58126.3150.69166.38184.4277.2K时N2g的饱和蒸气压为99.125kPa，每个N2分子截面积a=16.2×10-29m2。试用BET公式计算该催化剂的比外表积。解：由BET吸附等温式可知作图呈现线性关系，其方程如下：p/p*0.087760.13760.22310.30190.3925/dm3·kg-10.00083240.0012630.0019050.

43、0025990.003504由上式可知：截得： 10.13 假设某气体在固体外表上吸附平衡的压力p远远小于该吸附质在相同温度下的饱和蒸气压p*。试用BET吸附等温式：导出朗缪尔吸附等温式。解：因为p<<p*那么，p*- pp*，故题给BET吸附等温式变为：两边同时乘以p*/p得等式右边通分得设c>>1，并将上式右边的分子分母同时除以p*，那么上式变为因为一常数，设=b，故上式即为朗缪尔吸附等温式。10.14 在1373.15K时向某固体外表涂银。该温度下固体材料的外表张力 s =9 65 mN·m-1，Agl的外表张力l = 878.5 mN·m-1

44、，固体材料及Agl的外表张力 sl = 1364mN·m-1。计算接触角，并判断液体银能否润湿该材料外表。解： = 117o > 90 o故不能润湿。10.15 293.15K时，水的外表张力为72.75mN·m-1，汞的外表张力486.5 mN·m-1，而汞和水之间的外表张力为375 mN·m-1，试判断：1水能否在汞的外表上铺展开；2汞能否在水的外表上铺展开。解：1 故能铺展。2同理可求故不能铺展。10.16 298.15K时，将少量的某外表活性剂物质溶解在水中，当溶液的外表吸附到达平衡后，实验测得该溶液的浓度为0.20mol·m-3

45、。用一很薄的刀片快速地刮去面积的该溶液的外表薄层，测得在外表薄层中活性物质的吸附量为3×10-6 mol·m-2。298.15K时纯水的外表张力为71.97 mN·m-1。假设在很稀的浓度范围溶液的外表张力及溶液浓度呈线性关系，试计算上述溶液的外表张力。解：根据吉布斯吸附等温式在很稀的浓度范围溶液的外表张力及溶液浓度呈线性关系，即可得： =0- bc式中0为纯水的外表张力，b为一常数。上式对浓度Cc微分得即：b= 0.03178。所以，当浓度为0.20 mol·m-3时， 溶液的外表张力为 =0- bc = 71.97 ×10-3 -0.03718×0.20 = 0.06453 N·m-110.17 292.15K时，丁酸水溶液的外表张力可以表示为 =0- aln1+ bc，式中0为纯水的外表张力，a和b皆为一常数。1试求该溶液中丁酸的外表吸附量和浓度c的关系；2假设a=13.1 mN·m-1，b=19.62 dm3·mol-1，试计算当c=0.20 mol·dm-3时的为多少；3当丁酸的浓度足够大，到达bc>>1时，饱和吸附量m为多少？设此时外表上丁酸呈单分子层吸附，计算在液面上每个丁酸分子所占的截面积为多少？解：1由丁酸水溶液的外表张力表达式 =0- a