物理化学课后习题及答案(天津大学)第五版

1第七章电化学7.1用铂电极电解溶液。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?(2)在的27ØC，100kPa下的？解：电极反应为电极反应的反应进度为因此：7.2在电路中串联着两个电量计，一为氢电量计，另一为银电量计。当电路中通电1h后，在氢电量计中收集到19ØC、99.19kPa的；在银电量计中沉积。用两个电量计的数据计算电路中通过的电流为多少。解：两个电量计的阴极反应分别为电量计中电极反应的反应进度为对银电量计对氢电量计27.3用银电极电解溶液。通电一定时间后，测知在阴极上析出的，并知阴极区溶液中的总量减少了。求溶液中的和。解：解该类问题主要依据电极区的物料守恒（溶液是电中性的）。显然阴极区溶液中的总量的改变等于阴极析出银的量与从阳极迁移来的银的量之差：7.4用银电极电解水溶液。电解前每溶液中含。阳极溶解下来的银与溶液中的反应生成，其反应可表示为总反应为通电一定时间后，测得银电量计中沉积了，并测知阳极区溶液重，其中含。试计算溶液中的和。解：先计算是方便的。注意到电解前后阳极区中水的量不变，量的改变为3该量由两部分组成（1）与阳极溶解的生成，（2）从阴极迁移到阳极7.5用铜电极电解水溶液。电解前每溶液中含。通电一定时间后，测得银电量计中析出，并测知阳极区溶液重，其中含。试计算溶液中的和。解：同7.4。电解前后量的改变从铜电极溶解的的量为从阳极区迁移出去的的量为因此，7.6在一个细管中，于的溶液的上面放入的溶液，使它们之间有一个明显的界面。令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。以后，4界面在管内向下移动的距离相当于的溶液在管中所占的长度。计算在实验温度25ØC下，溶液中的和。解：此为用界面移动法测量离子迁移数7.7已知25ØC时溶液的电导率为。一电导池中充以此溶液，在25ØC时测得其电阻为。在同一电导池中装入同样体积的质量浓度为的溶液，测得电阻为。计算（1）电导池系数；（2）溶液的电导率；（3）溶液的摩尔电导率。解：（1）电导池系数为（2）溶液的电导率（3）溶液的摩尔电导率7.8已知25ØC时溶液的电导率为。一电导池中充以此溶液，在25ØC时测得其电阻为。在同一电导池中装入同样体积的浓度分别为，，和的溶液，测出其电阻分别为，，和。试用外推法求无限稀释时的摩尔电导率。解：的摩尔电导率为5造表如下作图如下无限稀释时的摩尔电导率：根据Kohlrausch方程拟和得到7.9已知25ØC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67.10已知25ØC时溶液的电导率为。计算的解离度及解离常熟。所需离子摩尔电导率的数据见表7.3.2。解：的解离反应为查表知因此，7.1125ØC时将电导率为的溶液装入一电导池中，测得其电阻为。在同一电导池中装入的溶液，测得电阻为。利用表7.3.2中的数据计算的解离度及解离常熟。解：查表知无限稀释摩尔电导率为7因此，7.12已知25ØC时水的离子积，、和的分别等于，和。求25ØC时纯水的电导率。解：水的无限稀释摩尔电导率为纯水的电导率7.13已知25ØC时的溶度积。利用表7.3.2中的数据计算25ØC时用绝对纯的水配制的饱和水溶液的电导率，计算时要考虑水的电导率（参见题7.12）。解：查表知的无限稀释摩尔电导率为饱和水溶液中的浓度为因此，87.14已知25ØC时某碳酸水溶液的电导率为，配制此溶液的水的电导率为。假定只考虑的一级电离，且已知其解离常数，又25ØC无限稀释时离子的摩尔电导率为，。试计算此碳酸溶液的浓度。解：由于只考虑一级电离，此处碳酸可看作一元酸，因此，7.15试计算下列各溶液的离子强度：（1）；（2）；（3）。解：根据离子强度的定义97.16应用德拜-休克尔极限公式计算25ØC时溶液中、和。解：离子强度7.17应用德拜-休克尔极限公式计算25ØC时下列各溶液中的：（1）；（2）。解：根据Debye-Hückel极限公式，25ØC水溶液中7.1825ØC时碘酸钡在纯水中的溶解度为。假定可以应用德拜-休克尔极限公式，试计算该盐在中溶液中的溶解度。10解：先利用25ØC时碘酸钡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，因此，离子强度为设在中溶液中的溶解度为，则整理得到采用迭代法求解该方程得所以在中溶液中的溶解度为7.19电池在25ØC时电动势为，电动势的温度系数为。（1）写出电池反应；（2）11计算25ØC时该反应的，以及电池恒温可逆放电时该反应过程的。解：电池反应为该反应的各热力学函数变化为7.20电池电动势与温度的关系为（1）写出电池反应；（2）计算25ØC时该反应的以及电池恒温可逆放电时该反应过程的。解：（1）电池反应为（2）25ØC时因此，127.21电池的电池反应为已知25ØC时，此电池反应的，各物质的规定熵分别为：；；；。试计算25ØC时电池的电动势及电动势的温度系数。解：该电池反应的各热力学函数变化为因此，7.22在电池中，进行如下两个电池反应：应用表7.7.1的数据计算两个电池反应的。解：电池的电动势与电池反应的计量式无关，因此7.23氨可以作为燃料电池的燃料，其电极反应及电池反应分别为13试利用物质的标准摩尔生成Gibbs函数，计算该电池在25ØC时的标准电动势。解：查表知各物质的标准摩尔生成Gibbs函数为0电池反应的标准摩尔Gibbs函数为7.24写出下列各电池的电池反应，并写出以活度表示的电动势公式。解：（1）（2）147.25写出下列各电池的电池反应，应用表7.7.1的数据计算25ØC时各电池的电动势及各电池反应的摩尔Gibbs函数变，并指明各电池反应能否自发进行。解：（1），反应可自发进行。（2），反应可自发进行。157.26写出下列各电池的电池反应。应用表7.7.1的数据计算25ØC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。解：（1）电池反应根据Nernst方程（2）电池反应（3）电池反应167.27写出下列各电池的电池反应和电动势的计算式。解：该电池为浓差电池，其电池反应为因此，7.28写出下列电池的电池反应。计算25ºC时的电动势，并指明反应能否自发进行。（X表示卤素）。解：该电池为浓差电池（电解质溶液），电池反应为根据Nernst方程，由于，该电池反应可以自发进行。7.29应用表7.4.1的数据计算下列电池在25ØC时的电动势。解：该电池为浓差电池，电池反应为17查表知，7.30电池在25ØC时电动势为，试计算HCl溶液中HCl的平均离子活度因子。解：该电池的电池反应为根据Nernst方程7.31浓差电池，其中，已知在两液体接界处Cd2+离子的迁移数的平均值为。1．写出电池反应；2．计算25ºC时液体接界电势E(液界)及电池电动势E。解：电池反应由7.7.6式18电池电动势7.32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18ºC时的E=29mV，求亚汞离子的形式。解：设硝酸亚汞的存在形式为，则电池反应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。197.33与生成配离子，其通式可表示为，其中为正整数。为了研究在约的硫代硫酸盐溶液中配离子的形式，在16ØC时对如下两电池测得求配离子的形式，设溶液中主要形成一种配离子。解：（略）7.34电池在25ØC时测得电池电动势，试计算待测溶液的pH。解：电极及电池反应为查表知（表7.8.1），在所给条件下甘汞电极的电极电势为，则：7.35电池在25ºC，当某溶液为pH=3.98的缓冲溶液时，测得电池的电动势；当某溶液换成待测pH的溶液时，测得电池的电动势。试计算待测溶液的pH。解：电池反应20根据Nernst方程，电池电动势为设在两种情况下H2O的活度相同，则7.36将下列反应设计成原电池，并应用表7.7.1的数据计算25ºC时电池反应的解：（1）（2）（3）217.37（1）应用表7.7.1的数据计算反应在25ºC时的平衡常数。（2）将适量的银粉加入到浓度为的溶液中，计算平衡时Ag+的浓度（假设各离子的活度因子均等于1）。解：（1）设计电池（2）设平衡时Fe2+的浓度为x,则因此，，解此二次方程得到。7.38（1）试利用水的摩尔生成Gibbs函数计算在25ºC于氢-氧燃料电池中进行下列反应时电池的电动势。（2）应用表7.7.1的数据计算上述电池的电动势。（3）已知，计算25ºC时上述电池电动势的温度系数。解：（1）查表知，因此，22（2）设计电池（3）7.39已知25ºC时，。试计算应25ºC时电极的标准电极电势。解：上述各电极的电极反应分别为显然，，因此，7.40已知25ºC时AgBr的溶度积，，。试计算25ºC时（1）银-溴化银电极的标准电极电势；（2）的标准生成吉布斯函数。解：（1）设计电池，电池反应为根据Nernst方程23沉淀反应平衡时，所以（2）设计电池，电池反应为该反应为的生成反应，7.4125ºC时用铂电极电解的。（1）计算理论分解电压；（2）若两电极面积均为，电解液电阻为，和的超电势与电流密度的关系分别为问当通过的电流为1mA时，外加电压为若干。解：（1）电解溶液将形成电池，该电池的电动势1.229V即为的理论分解电压。（2）计算得到和的超电势分别为电解质溶液电压降：10-3x100=0.1V因此外加电压为：第十章界面现象10.3解：求解此题的关键在于弄清楚乙醚与Hg这两互不相溶的液体界面上滴入一滴水，达到平衡后，润湿角的位置。24根据O点的力平衡，可得：05.683738.00107.0375.0379.0coscosOHOHHgHgOHOHHgHg2222乙醚乙醚乙醚乙醚10.4解：KPa865.6103.99815.298314.801802.01075.722exp337.2rRTM2expPPrRTM2PPln93rr由开尔文公式10.6解：根据拉普拉斯方程r2P，微小气泡所受的附加压力KPa10177.11011085.582r2P373，指向气体微小液滴的附加压力KPa10177.11011085.582r2P373，指向液体10.9解：此液体能很好润湿玻璃，即cosθ=1,根据公式grcos2h1292mN1033.2128.979010235.01056.2cos2grh10.10解：1)水在汞面上的铺展系数能够铺展气气,0mN0352.010)8.72375483(S13OHOHHgHgHgOH2221)汞在水面上的铺展系数不能够铺展－－气气,0mN7852.010)3754838.72(S13HgOHHgOHHgOH22210.13解：1)bP1bPVVama，代入数据可得1KPa5459.0b2)当P=6.6672KPa时13amakgdm58.736672.65459.016672.65459.08.93bP1bPVV10.19解：本题涉及溶液的表面吸附，故利用吉布斯吸附等温式dcdRTc(CH3CH2O)2Hgσ乙醚-H2OσσOH2OHg-乙醚Hg-H2O25但不是计算表面过剩吸附量Г，而是求某一浓度溶液的表面张力γ。已知很稀浓度范围内，γ与c成线性关系则γ=γ0+bc，其中γ0=γ(纯水)=0.072N·m-1,若能求出b则可求出γ。126molmN3718.02.010315.298314.8cRTdcdbγ=(0.072－0.3718·C)N·m-1=(0.072－0.3718×0.20)N·m-1=0.06456N·m-110.20解：1)吉布斯吸附等温式dcdRTc)bc1(abdc)bc1ln(dadcd