天津大学物理化学第五版(下)答案(完整版...

1、精品文档第七章电化学7.1用铂电极电解 CuCl2 溶液。通过的电流为 20A，经过 15min 后，问：（1）在阴极上能析出多少质量的Cu?（ 2）在的 27，100kPa 下阳极上能析出多少体积的的 Cl 2（ g）？解：电极反应为：阴极： Cu2+ + 2e - Cu阳极： 2Cl -2e- Cl 2（g）则： z= 2根据：Q=nzF It=n CuIt20 159.32610 2 molzF2 96500×-2因此：m（ ） n（ ）× M（ ）= 9.326×Cu =CuCu10n（ ）n （2）pV（2）n（63.546 =5.927g又因为：ClC

2、l=Cl2）RTCu =（）RT0.09326 8.314 3003因此：） nCl 22.326dmVCl 2p1001037.2用 Pb（ s）电极电解 PbNO3溶液。已知溶液浓度为 1g 水中含有 PbNO31.66 ×10-2 g。通电一定时间后，测得与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 ( 1 Pb2+)=n 电解前 (1 Pb2+)+n 电解 (

3、1 Pb2+)-n 迁移 ( 1 Pb2+)2222则： n 迁移 ( 1 Pb2+)=n 电解前 (1 Pb2+)+n 电解 (1 Pb2+)- n 电解后 ( 1 Pb2+)2222n 电解 ( 1 Pb2+)= n电解 ( Ag) =m Ag0.16581.53710 3 mol2MAg107.9n电解前 (1 Pb2)（62.501.151） 1.6610 26.15010 3 mol2331.212121.1513n电解后 (2Pb)331.2126.950 10moln12+×-3×-3×-3×-4(Pb )=6.150迁移210 +1.53

4、710 -6.95010 =7.35810 mol1（2 ）= n迁移2 Pb27.35810 4tPbn电解 ( 12 Pb2)1.53710 30.479。1 欢迎下载精品文档解法 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 NO 3 的总量的改变如下：n 电解后 (NO3 )=n 电解前 ( NO3 ) +n 迁移 ( NO 3 )则： n 迁移 ( NO 3 )= n 电解后(NO3 )-n 电解前 ( NO 3 )n 电解后 ( NO 3)= n电 解后 (12)1.1516.95032Pb331.2110 mol2n 电解前 ( NO 3)= n电解

5、前 (1Pb2)（62.501.151） 1.66 10 26.150 10 3 mol2331.212n 迁移( NO3 ) = 6.950× -3-6.150×-3= 8.00× -4mol101010（） = n迁移NO 38.010 40.521t NO 3n电解1.53710 3则：t （2+）= 1 -t（NO 3）= 1Pb0.521 = 0.4797.3用银电极电解 AgNO3溶液。通电一定时间后， 测知在阴极上析出0.078g的 Ag，并知阳极区溶液中 23.376g ，其中含 AgNO30.236g 。已知通电前溶液浓度为 1kg 水中溶有 7

6、.39gAgNO3。求 Ag+和 NO 3 迁移数。解法 1：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 Ag+的总量的改变如。n 电解后 ( Ag+)= n 电解前 ( Ag+)+n 电解 ( Ag+)-n 迁移 ( Ag+)则： n 迁移 ( Ag+)= n 电解前 ( Ag+)+n 电解 ( Ag+)-n 电解后 ( Ag+)n 电解 ( Ag+)=m Ag0.0787.229 10 4 molM Ag107.9n电解前 (Ag)23.3760.2367.39 10 31.007 10 3 mol169.87n电解后 (Ag)0.2361.3891

7、0 3 mol169.87n 迁移 ( Ag+) = 1.007×10-3 +7.229 ×10-4 -1.389 ×10-3 =3.403 ×10-4 mol。2 欢迎下载（Ag） = n迁 移 Ag3.40310tn电解7.22910精品文档44 0.47则：t （NO 3）= 1 -t （+）= 1Ag0.471 = 0.53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 NO 3 的总量的改变如下：n 电解后 ( NO 3 )=n 电解前 ( NO 3) +n 迁移 ( NO 3 )则： n 迁移 ( NO 3

8、)= n 电解后 ( NO 3 )-n电解前( NO3 )n 电解后(NO3 )=电解后0.2361.389103moln(Ag )169.87n 电解前 ( NO 3)= n电解前 (Ag)23.3760.2367.3910 31.007 10 3 mol169.87n 迁移( NO3 ) = 1.389×-3-1.007× -3= 3.820×-4mol101010+m Ag0.0787.229104moln 电解 (Ag )=MAg107.9（） = n迁移NO 33.82010 40.53t NO 3n电解7.229410则：t（+）= 1 -t （NO3

9、）= 1Ag0.528 = 0.477.4-3的 GdCl3 溶液的上面放入-3在一个细管中，于 0.3327mol ·dm0.073mol ·dm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，3溶液中的t3+t-）。GdCl（Gd ）和（ Cl解：此为用界面移动法测量离子迁移数。-33+1.002cm溶液中所含 Gd 的物质的量为：3+-3-5moln（Gd ）= cV=

10、0.03327 ×1.002 ×10= 3.3337 ×103+-的的迁移数分别为：所以 Gd 和 Clt(Ge3 )Q(Ge3)n(Ge3 ) zF3.333710 53 965000.434QIt5.59410 33976t-）=1-3+（Clt （ Gd）= 1 -0.434 = 0.566。3 欢迎下载精品文档-3-1。一电导池中7.5 已知 25时 0.02mol ·dm KCl 溶液的电导率为0.2768S·m充以此溶液，在25时测得其电阻为453W。在同一电导池中装入同样体积的质-3量浓度为 0.555 mol ·dm

11、的 CaCl2 溶液，测得电阻为 1050W。计算（ 1）电导池系数；（ 2）CaCl2 溶液的电导率；（ 3） CaCl2 溶液的摩尔电导率。解：（ 1）电导池系数为Kcell GK cell即 K cellRR-1则： Kcell = 0.2768 ×453 = 125.4mK cell125.40.1994S m1R1050（ 3） CaCl2 溶液的摩尔电导率m0.1194110.9830.02388S m 2 mol 1c0.5551037.6. 已知 25时m NH 4Cl 0.012625S m2mol1，tNH 4。试计（） = 0.4907算 m NH 4 及 m

12、Cl。解：离子的无限稀释电导率和电迁移数有以下关系tm，+mtm， -m（）NH 4 CltNH 4 m0.4907 0.0126256.195 10 3S m2 mol 1m NH 41（）mNH 4Clt Cl1 0.4907 0.0126256.430 10 3 S m2 mol 1m Cl1或mm ，+m， -=-3-32-1m Clm NH 4 Clm NH 4= 0.012625-6.195 ×10= 6.430 ×10S·m·mol。4 欢迎下载精品文档-17.7 25 将电导率为 0.14S·m 的 KCl 溶液装入一电导池中，

13、测得其电阻为-3525W。在同一电导池中装入0.1 mol·dm 的 NH3·H2O溶液，测得电阻为2030W。利用表中的数据计算 NH3·H2O的解离度及解离常熟 K。解：查表知 NH3·H2O无限稀释摩尔电导率为m NH 3 H 2 Om NH4m OH-4+198×10-4-42·-1= 73.5 ×10=271.5 ×10S·mmolamNH 3 H 2 ONH3 H2ONH 3 H 2Oc NH 3 H 2ONH3 H2OmmK cell GNH 3H 2O(KCl ） R(KCl ）c NH

14、3 H 2OmNH 3 H 2O c NH 3 H 2O R NH 3 H 2 Om NH 3 H 2 O0.1415250.110002030271.510 40.01344c NH 4cc OHcca20.0134420.1Kc NH 3H 2O11.83410 5ca c10.0134417.8 25时水的电导率为-6S-1-2。 H2 O中存在5.5 ×10·m，密度为 997.0kg ·m下列平衡： H2OH+ OH- ，计算此时 H2O的摩尔电导率、解离度和H+的浓度。已知：+×10-42-1，-×10-42-1。m (H ) =

15、349.65S·m·molm (OH ) = 198.0S·m·molk(H 2O)k(H 2 O)解： m (H 2 O)(H 2O) / M (H2O)c(H 2 O)5.510 6/ 189.9310 11 S m 2mol 1997.09103mH 2 O=m H 2 OH 2OH + + m OHmm=9.92910 11S m2mol 11.81310 93.49.65+198.010 4 S m2 mol 1c(H ) ca(H 2 O) / M (H 2O) a9971.81310 91.00410 7 mol md 3187.9 已知

16、25 时水的离子积Kw-14m 分别=1.008 ×10， NaOH、 HCl 和 NaCl 的2-12-1和2-1。等于 0.024811 S ·m·， 0.042616 S ·m·0.0212545 S ·m·molmolmol。5 欢迎下载精品文档（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） =-5-1，求 AgBr（s）在纯水中的溶解度。1.664 ×10S ·m+-42-1-42-1已知： m （ Ag ） = 61.9 ×10S&#

17、183;m·mol， m （Br） =78.1 ×10S·m·mol。解：（ 1）水的无限稀释摩尔电导率为mH 2 Om HClm NaOH - m NaCl=0.042616+0.024811-0.012645=0054777S. m2mol 1纯水的电导率c(H )c(OH)ca2K w，即： caK w cccca= m H 2O ，m H 2 O =H 2 OmH2 OcH 2 OK w cmH 2 O即有：1.00810 1411030.0547775.500 10-6 S m 1（2） （溶液） = （AgBr）+（H2O）即： （ AgBr

18、） =（溶液） - （H2O）=1.664-5-6= 1.114-5-1×105.500 ×10×10S ·mm AgBrmAgBrmAg +mBr -=61.910-4 +78.110-4 =1.4010-2 S m 2mol 1AgBr， 即 =AgBr1.1141057.957104mol m3mAgBr =cm AgBr1.4010 2c7.10 应用德拜 - 休克尔极限公式计算25时 0.002mol ·kg-1 CaCl2 溶液中 （ Ca2+）、 （Cl - ）和 ±。解：离子强度I121 0.002 220.002 2

19、121bB z0.006mol kg2B2根据： lgi =-Azi2I；lg =-Az+ zI。6 欢迎下载精品文档即有：lg（Ca2）0.509220.006=-0.1577；（Ca2）=-=0.6995-2-lg （ Cl ）=-0.509-10.006=-0.03943；（ Cl）=0.9132lg =-Az+ zI0.50921 0.006 0.07885；=0.83407.11 现有 25 时，0.01mol ·kg-1 BaCl2 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：离子强度I1210.01220.01220.0

20、3mol kg 1bB z12B2根据： lg=-Az+ zI =-0.5092-10.03=-0.1763；=0.6663bbb0.010.0221/31.587 10 2 molkg 1b1.587102a0.66630.01057b17.12 25时碘酸钡 Ba(IO4) 2 在纯水中的溶解度为-4-35.46 ×10mol·dm 。假定可以应用德拜 - 休克尔极限公式，试计算该盐在-30.01 mol ·dm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bBBc ，

21、因此，离子强度为I1215.4610 4225.4610-421210 3 mol kg 1bB z1.6382B2lg =-Az+zI =-0.5092 -11.63810 3 =-0.04120；=0.9095b035.46 10-43K sp =aBa2a2IO443=40.90953=4.898 10-10b1-3中 CaCl2溶液中 Ba(IO4) 2 的溶解度为，则设在 0.01 mol ·dmI1210.01220.012123 0.01+bmol kg 1bB z+6b2B2lg=-Az+ zI =-0.5092 -13 0.01b。7 欢迎下载精品文档b3KspbK

22、 sp =a Ba2a2IO443； b3b4b34.89810-10b=4.96610-4 b4整理得到lg=-1.76320.014.96610-4/采用迭代法求解该方程得 ±=0.6563所以在-3中 CaCl 溶液中 Ba(IO )的溶解度为0.01 mol ·dm224b34.89810-10b4.96610-4 1=7.566 10-4mol kg14=0.6563B bB×-4·-3c = 7.566 10mol dm7.13 电池 Pt|H 2（101.325kPa）|HCl （0.10 mol·kg-1 ）|Hg2Cl 2（s

23、）|Hg 电动势 E 与温度 T 的关系为：2E =0.0694+1.881 10 3 T -2.910 6TVKK（1）写出电池反应；（2）计算 25 时该反应的 r Gm、 r Sm、 r Hm以及电池恒温可逆放电时该反应过程的 Qr,m 。（3）若反应在电池外在同样条件恒压进行，计算系统与环境交换的热。解：（ 1）电池反应为1 H 2 g+ 1 Hg 2 Cl 2 s =Hg l +HCl aq22（2）25 时E =0.0694+1.881 10 3298.15-2.910 6298.152=0.3724VdE=1.88110 3-22.910 6298.151.51710 4VK 1

24、dTp因此，r GmzEF= -1××·-1= -96500 0.3724 = -35.94 kJmolr SzFdE1 965001.517 10 414.64J mol-1K 1dTpr Hm=r Gm+T r Sm= -35.94 + 14.64××-3·-1298.15 10= -31.57 kJ molQr,m=T r Sm= 4.36 kJ·-1mol（3）Qp,m=r Hm = -31.57 kJ·mol-1。8 欢迎下载精品文档-17.14 25 时，电池 Zn|ZnCl 2（0.555 mol&#

25、183;kg ）|AgCl （s）|Ag 的电动势 E =2+-1.015V。已知 E（ Zn |Zn ）=-0.7620V ，E （Cl |AgCl|Ag ）=0.2222V，电池电动势的温度系数为：dE=-4.02 10 4 V K 1dTp（ 1）写出电池反应；（2）计算反应的标准平衡常数K ；（3）计算电池反应的可逆热Qr,m ；（4）求溶液中 ZnCl2 的平均离子活度因子±。解：（ 1）电池反应为Zn（s）+ 2AgCl （s）= Zn 2+ + 2Cl - + 2Ag （ s）（2）r Gm =-RT ln KzE FzE F20.22220.76209650076.6

26、3即： ln KRT8.314298.15K×33= 1.9010（3） Qr,m =Tr SmzFTdEdTp2965004.0210 4298.15 23.13kJ mol-1RTRT3（4）E Eln a Zn2a2ClE3b0zFln 4bzF298.15ln 431.015 0.22220.76208.3143 0.55552965001±= 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，电极反应和电池反应分别为：阳极： CH4（ g）+ 2H2O（l ）= CO2（ g） + 8H+ + 8e -阴极： 2 O2 （g）+ 8H+ +

27、 8e - = 2H 2O（l ）电池反应： CH4（ g） + 2 O 2（ g） = CO2 （g）+ 2H 2O（l ）已知， 25时有关物质的标准摩尔生成吉布斯函数f Gm 为：物质CH（ g）CO（g）HO（l ）422。9 欢迎下载精品文档f Gm/ kJmol 1-50.72-394.359-237.129计算 25时该电池的标准电动势。解： r GmBf Gm BBf Gm CO 2， g +2 f GmH 2O， l - f GmCH 4， g -2 f GmO 2， g=-394.359+2-237.129 - -50.72=-817.897kJmol1因为：r GmzE

28、FE=-r Gm = 817.897 103=1.0595VzF8965007.16 写出下列各电池的电池反应。 应用表的数据计算 25 时各电池的电动势、各电池反应的摩尔 Gibbs 函数变及标准平衡常数， 并指明的电池反应能否自发进行。（1）Pt|H 2（100kPa） |HCl （ a=0.8 ）|Cl 2 （100kPa）| Pt（2）Zn| Zn Cl 2（ a=0.6 ）|AgCl （s）|Ag（3）Cd| Cd 2+（ a=0.01 ） Cl - （a=0.5 ）| Cl 2 （100kPa）| Pt 解：（ 1）电池反应： H2 （g）+ Cl 2（g）= 2HClE ERT

29、ln a2HCl1.35798.314298.15 ln 0.821.3636VzF2 96500r GmzEF=-21.363696500=-263.17kJ mol-1r Gm =-RT ln KzE Fln KzEF21.3579096500105.726RT8.314298.15K= 8.24 ×1045r GmzE F0，故件下反自行。（2）电池反应： Zn （s）+ 2AgCl （s）= ZnCl 2 + 2Ag （s）EERT ln a ZnCl 20.22216+0.76208.314298.15ln 0.6 0.9907VzF296500r GmzEF=-20.99

30、0796500=-191.20kJ mol-1r Gm =-RT ln KzEFln KzEF20.22213-0.76209650076.626RT8.314298.15。10 欢迎下载精品文档K= 1.898×3310r Gm0，故件下反自行。（3）电池反应： Cd（ s） + Cl 2（g）= Cd 2+ + 2Cl -EERT ln a Cd2a2Cl -zF1.3579+0.40328.314 298.15 ln 0.010.521.8381V296500r GmzEF=-2 1.838196500=-354.75kJ mol-1r Gm =-RT ln KzEFln KzE F21.3579-0.40329