第八章电质溶液习题解答

1、第八章习题解答1、在300K和100kPa压力下,用惰性电极电解水以制备氢气。设所用直流电的强度为5A,电流效率为 100% 。来电解稀H2SO4溶液，如欲获得1m3氢气，须通电多少时间？如欲获得1m3氧气,须通电多少时间？已知在该温度下水的饱合蒸气压为 3565Pa。解电解时放出气体的压力为p=(100000-3565)Pa=96435Pa1m3气体的物质的量为n pV/(RT)(96435Pa) (1m3)(8.314J K 1 mol 1) (300K)38.6637mol氢气在阴极放出,电极反应为2H+2e - H2(g)根据法拉第定律,It=纪F=( AnB/yb),zF ,t=(A

2、nB/vBl) zF放氢时， h21 z=2? J J )(38.6637mol)彳 2 (96500C mol1 (5C s 1)1)1492418.82sO氧气在阳极放出,电极反应为2H 2O-4e 一 O2(g)+4H +放氧时， o21 z=4(38.6637mol)八4 (96500C mol1 (5C s 1)1)2984837.64so2、用电解NaCl水溶液的方法制备 NaOH ,在通电一段时间后，得到了浓度为1.0mol dm-3 的 NaOH 溶液 0.6dm3,在与之串联的铜库仑计中析出了30.4g的Cu(s)。试计算该电解池的电流效率。解析出Cu(s)的反应为Cu2+2

3、eCu电解NaCl水溶液制备NaOH的反应为阴极上的反应2H 2O+2e - 20H +H2(g)阳极上的反应2cl -2e -Cl2(g)电解总反应为2H2O+2NaCl -Cl2(g)+ H2(g)+ 2NaOH即铜库仑计中若析出1molCu(s),则理论上在电解池中可得到2 mol 的NaOH 。 30.4g/63.54g mol_1 =0.478mol ,所以电流效率为理论上可得到 0.956 mol的NaOH ,实际只得到了 0.6mol的NaOH ,(0.6mol/0.956 mol ) M00%=62.76%4、在298K时用Ag+AgCl为电极来电解 KCl水溶液，通电前溶液中

4、 KCl的质量分数为 w(KCl)=1.4941 X10-3,通电后在质量为120.99g的阴极部溶液中 w(KCl)=1.9404 X10-3。串联在电路中的银库仑计有160.24mg的Ag(s)沉积出来,求K+和C的迁移数。解 通电后K +自阳极部迁入阴极部，总质量为120.99g的阴极部溶液中KCl的质量和H2O的质量分别为:m(KCl)= 120.99g X1.9404X10-3=0.2348g m(H 2O)=(120.99-0.2348)g=120.76g0.2348g3n1 3.147 10 mol74.6g mol 1计算通电前在120.76g水中含KCl的物质的量:120.7

5、6g(1 1.4941 10 3)1.4941 10 33,1 2.422 10 mol74.6g mol3 mol0.16024gn 电J 1.485 10107.9g mol 1在电极上K+不发生反应,n 前(3.147 2.422)103mol 7.25 10 4moltK7.25 10 4 mol1.485 10 3mol0.487tCl0.487 0.5135、在298K时电解用作电极的 Pb(NO3)2溶液,该溶液的浓度为每1000g水中含有Pb(NO 3)216.64 g,当与电解池串联的银库仑计中有0.1658g银沉积后就停止通电。阳极部溶液质量为 62.50g,经分析含有Pb

6、(NO 3)21.151 g,计算Pb2+的迁移数。解阳极反应为Pb(s)-2e -Pb2+阳极部水的质量为62.50g-1.151g=61.349g阳极部Pb2+的物质的量在通电前后分别为1331.2g mol 133.082 10 mol16.64gn前C61.349g1000g1.151g3n1 3.475 10 mol331.2g mol 1通电后生成Pb2+的物质的量nAg zAg / zPb0.1658g1107.9g mol 1 27.683 10 4molPb2+迁移出阳极区的物质的量34n 前 n 后n 反 (3.082 3.475 0.768) 10 mol 3.75 10

7、 molPb23.75 10 4mol7.683 10 4mol0.4889、在298K时，毛细管中注入浓度为33.27X10-3mol dm-3的GdCl 3水溶液，再在其上小心地注入浓度为7.3X10-2mol dm-3的LiCl水溶液，使其间有明显的分界面，然后通过5.594mA的电流，历时3976s后，界面向下移动的距离相当于1.002 X10-3dm-3溶液在管中所占的长度，求 Gd3+离子的迁移数。解 n迁(Gd 3 ) (1.002 10 3dm3) (33.27 10 3mol dm 3) 3.334 10 5mol发生反应生成 Gd3+离子的物质的量，反应为 Gd-3e Gd

8、 3+3 、n反(Gd ) n电Gd3131(5.594 10 3C s1) (3976s)3 96500C mol 157.68 10 5moltGd30.434n迁3.334 10 5mol5nm7.68 10 5mol13、298K时在某电导池中盛有浓度为0.01mol dm-3的KCl水溶液，测的电阻 R为484.00。当盛以不同浓度 c的NaCl水溶液时测得数据如下:c/(mol dm-3)0.00050.00100.00200.0050r/q10910549427721128.9已知298K时0.01mol dm-3的KCl水溶液的电导率为 0.1412S m-1,试求(1) Na

9、Cl水溶液在不同浓度时的摩尔电导率Amo(2) 以Am对C作图，求NaCl的 m。解 (1)首先从已知条件计算出电导池常数Kcell= k/G= kR=(0.1412S m-1)X(484.0Q)=68.34 m-1接下来从Kcell及所测得的电阻值 R计算不同浓度C时的电导率数值R ,然后再从电导率及浓度数值计算相应的摩尔电导率，计算公式和所的结果如下以Am对屁作图(如右)得一直线，把直线外推到c一 0时，得截距0.01273 S m2 mol-1。根据公式可知此截距就是m的值。即m (NaCl)=0.01273 S m2 mol-115、 298K时测得SrSO 4饱和水溶液的电导率为1.

10、482 XKcellR ；mcc/(mol dm-3)k/ (S m-1)Am/ (S m2 mol-1)c C /(mol dm-3)"20.00050.0062640.012530.022360.00100.012440.012440.031620.00200.024650.012330.044720.00500.060540.012110.07071(2)以Am对JC作图10-2S m-1,该温度时水的电导率为1.5X10-4S m-1。试计算在该条件下SrSO 4在水中的溶解度。解 SrSO 4是一种难溶盐K(SrSO 4)=武溶液)-k(H2O)=( 1.482 X10-2

11、-1.5 X10-4)S m=1.467X10-2 S m-11 一 一 1 一m ( 2 SrSO 4)= m (2 Sr2+)+ m ( 2 SO42 )=(5.946+7.98) X10-3 S m2 mol-1 =1.393X10-2 S m2 mol-11m (SrSO 4)=2 m ( 2 SrSO4)=2 X1.393X10-2 S m2 mol-1=2.786 X10-2 S m2 mol-1c(SrSO4)(S6O4)1.467 10 2S m 1m(SrSO4)2.786 10 2s m2 mol=0.5266mol m-3=5.266 X10-4 mol dm-3由于溶液

12、浓度很稀，溶液的密度与溶剂的密度近似相等，所以c(SrSO4)=m(SrSO 4)=5.266 X10-4 mol kg-1S= m(SrSO 4)XM(SrSO 4)=5.266 X10-4 mol kg-1X183.7X10-4 kg mol 1=9.67X10-517、291K时，纯水的电导率为3.8X10-6 S m-1。H2O可以部分电离成 H+和OH 一并达到平衡。求该温度下，H2O的摩尔电导率、离解度和H+离子浓度。已知这时水的密度为998.6kg m-3。解 m (H2O)= m ( H+)+ m ( OH )=(3.498+1.98) X10-2 S m2 mol-1=5.4

13、78 X10-2 S m2 mol-1m(H2。)_ 3.8 10 6S m 1c (998.6kg m 3)/(18.02 10 3kg mol 1)=6.86X10-11 S m2 mol-1m二(6.86 X10-11 S m2 mol-1)/( 5.478X10-2 S m2 mol-1) m=1.252 X10-9CH 一m3.8 10 6S m 15,3;7 6.94 10 mol m 5.478 10 2S m2 mol 1=6.94X10-8mol dm-3。18、根据如下数据，求H2O(l)在298K时解离成H+和OH -并达到平衡时的解离度和离子积常数KW。已知298K时,

14、22221纯水的电导率为 k (h2O)=5.5 m0-6s m-1,m (H )3.498 10 S m mol ,m(OH ) 1.98 10 2S m2 mol,水的密度为 997.09kg m-3-。解 m(H2O)= m( H+)+ m( OH )=(3.498+1.98) 10-2 S m2 mol-1=5.478 10-2 S m2 molm(H2。)5.5 10 6S m3_31(997.09kg m 3)/(18.02 10 3kg mol 1)=9.94 10-11 S m2 mol-1m =(9.94 10-11 Sm2 mol-1)/( 5.478 10-2 Sm2mo

15、l-1)m9=1.815 10 95.5 10 6S m 1CH221m 5.478 10 2S m2 mol 14.31.004 10 mol m=1.004 X10-7mol dm-3。K。c(H )/c$2 (1.004 10 7)2 1.008 10 1419、在298K时，浓度为0.01 mol dm-3的CH 3COOH溶液在某电导池中测得电阻为2220 Q,已知该电导池常数为36.7m-1。试求在该条件下CH3COOH的解离度和解离平衡常数。m(HAc)一 c1KceLc R136.7m0.01mol dm 32220=1.65X10-3 S m2 mol-1m(HAc) m(H

16、 ) m(Ac ) (349.82 40.9) 10 4S m2 mol=3.907X10-2 S m2 molm=(1.65X10-3 S m2 mol-1)/( 3.907 X10-2 S m2 mol-1) m51.86 10 5o=0.0422$(c/c$) 2K 120.01 (0.0422)21 0.042224、分别计算下列各溶液的离子强度(1)0. 025mol kg-1 的 NaCl 的溶液；(2)0. 025mol kg-1 的 CuSO4 的溶液;(3)0. 025mol kg-1 的 LaCl 3 的溶液；(4) NaCl和LaCl 3的浓度都为 0.025mol kg

17、-1的混合溶液。根据公式2mz，代入计算即可(2)(4)25、26、1 (0.02521 -(0.025 21 (0.02521 (0.025212223212210.025 1 )mol kg210.025 2 )mol kg23 0.025 12)mol10.025mol kg10.1mol kg11kg 0.15mol kg221_10.025 32 4 0.025 12)mol kg 1 0.175mol kg 1分别计算下列两个溶液的离子平均质量摩尔浓度、离子平均活度以及电解质的活度。0.01mol kg-1 的 K3Fe(CN) 6(0.571);(2)aB0.1mol kg-1

18、的 CdCl 2(0.219)。(2) maB)1/m -,0.571$m(0.0130)4)1/m (33 11)1/410.0228mol kg 1m 0.219$ m(0.0348)31mol kg 12.86 10 8m (1122)1/310.159mol kg1mol kg4.21 10 5有下列不同类型的电解质：(1)HCl ;0.01mol kg 10.0228mol kg 10.0130110.1mol kg 0.159mol kg0.0348(2) MgCl 2； (3)CuSO4； (4)LaCl 3和(5)Al 2(SO4)3,设它们都是强电解质，当它们的溶液浓度分别都

19、是0.025mol kg-1时，试计算各种溶液的(1)离子强度I; (2)离子平均质量摩尔浓度m ;(3)用公式计算离子平均活度因子；(4)计算电解质的离子平均活度a和电解质的活度aB。1 2解(1)代入公式I 二 mizi得(或按表8.10以I=km计算)2 iHCl : 1 1 价，k=1 , I=0.025 mol kg-1;MgCl 2： 2 1 价,k=3 ,I=0.075 mol kg-1;CuSO4： 22 价，k=4 , I=0.1 mol kg-1;LaCl 3： 31 价，k=6,I=0.15 mol kg-1;（2）代入公式m （HClAl2(SO4)3： 32 价，k=

20、15 , I=0.375 mol kg-1。/ XX2X3M +13/44/27M2+3/415/108M 3+4/275/10811/） m得（或按下表计算）=1, m =0.025 mol kg-1;MgCl 2:二1,=2, m =0.0397 mol kg-1;CuSO4：=1 ，=1, m =0.025 mol kg-1;LaCI 3：二1,=3, m =0.0570 mol kg-1；Al2（SO4）3：=2=3，m =0.0638 mol kg-1;（3）使用公式1g I 计算，298K 时 A=0.509(mol kg- 1)-1/2,HCl100.5091 (1)| . 0.0250.831MgCl 2:10 0.509|2 ( 1)| .0.0750.526CuSO4：10 0.5092 ( 2)| 0.10.227LaCl 3：10 0.5093 ( 1) 0.150.256Al2（SO4）3：10 0.5093 ( 2)卜研 0 013HCl : a =0.831 0.025=2.078 何2; aB=(2.078 10-2)2=4.3 M0-4MgCl 2: a =0