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物理化学第七章电化学习题及解答资料物理化学第七章电化学习题及解答资料第七章电化学习题及解答1.用铂电极电解cucl2溶液。
通过的电流为20a，经过15min后，问：（1）在阴极上要划出多少质量的cu;(2)在27℃，100kpa之下，阳极划出多少cl2？求解：电极反应为阴极：cu2++2e-=cu阳极:2cl--2e-=cl2电极反应的反应进度为ξ=q/(zf)=it/(zf)因此：mcu=mcuξ=mcuit/(zf)=63.546×20×15×60/(2×96485.309)=5.928gvcl2=ξrt/p=2.328dm32.用银电极电解agno3溶液。
通电一定时间后，可同在阴极上划出1.15g的ag，并言阴极区溶液中ag+的总量增加了0.605g。
谋agno3溶液中的t(ag+)和t(no3-)。
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ag+的总量的改变dmag等于阴极析出银的量mag与从阳极迁移来的银的量m’ag之差：dmag=mag-m’agm’ag=mag-dmagt(ag+)=q+/q=m’ag/mag=(mag-dmag)/mag=(1.15-0.605)/1.15=0.474t(no3-)=1-t(ag+)=1-0.474=0.5263.未知25℃时0.02mol/lkcl溶液的电导率为0.2768s/m。
一电导池中充以此溶液，在25℃时测出其电阻为453ω。
在同一电导池中放入同样体积的质量浓度为0.555g/l的cacl2溶液，测得电阻为1050ω。
排序（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kcell为kcell=kr=0.2768×453=125.4m-1（2）cacl2溶液的电导率k=kcell/r=125.4/1050=0.1194s/m（3）cacl2溶液的摩尔电导率λm=k/c=110.983×0.1194/(0.555×1000)=0.02388sm2mol-4.25℃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525ω。
第7章 电化学 习题解答1. 将两个银电极插入AgNO 3溶液，通以0.2 A 电流共30 min ，试求阴极上析出Ag 的质量。
解：根据BItM m zF=得 Ag Ag 0.23060107.87g 0.4025 g 196500ItM m zF⨯⨯⨯===⨯2. 以1930 C 的电量通过CuSO 4溶液，在阴极有0.009 mol 的Cu 沉积出来，问阴极产生的H 2的物质的量为多少？ 解：电极反应方程式为： 阴极 2Cu2e Cu(s)+-+→阳极 222H O(l)H (g)2OH 2e --→++在阴极析出0.009 mol 的Cu ，通过的电荷量为:Cu Q (0.009296500) C 1737 C nzF ==⨯⨯=根据法拉第定律，析出H 2的物质的量为2H Cu 19301737mol 0.001 mol 296500Q Q Q n zFzF --====⨯ 3. 电解食盐水溶液制取NaOH ，通电一段时间后，得到含NaOH 1 mol/dm 3的溶液0.6 dm 3，同时在与之串联的铜库仑计上析出30.4 g 铜，试问制备NaOH 的电流效率是多少？ 解：根据铜库仑计中析出Cu(s)的质量可以计算通过的电荷量。
Cu Cu 30.4mol 0.957 mol 1163.52m n M ===⨯电 理论上NaOH 的产量也应该是0.957 mol 。
而实际所得NaOH 的产量为(1.0×0.6) mol = 0.6 mol所以电流效率为实际产量与理论产量之比，即0.6100%62.7%0.957η=⨯=4. 如果在10×10 cm 2的薄铜片两面镀上0.005 cm 厚的Ni 层[镀液用Ni(NO 3)2]，假定镀层能均匀分布，用 2.0 A 的电流强度得到上述厚度的镍层时需通电多长时间？设电流效率为96.0%。
已知金属的密度为8.9 g/cm 3，Ni(s)的摩尔质量为58.69 g/mol 。
习题解答1．在293K 时，把半径为10−3 m 的水滴分散成半径为10−6 m 小水滴，问比表面增加了多少倍？表面吉布斯能增加了多少？完成该变化时，环境至少需作功多少？已知293K 时水的表面张力为0.07288N ·m -1。
解：(1) 设液滴为球形，则每个液滴的体积为334r π，表面积为4πr 23632112S ,1S .2S ,1S ,1S .2623132S 101010/3/3m10,m 103344====≈-=====----r r r r a a a a a r r rr r V A a 已知水滴的比表面球球ππ(2) 分散前液滴的表面积 A 1= 4πr 1 2 = 4π×10 -6 m 2232692229321323121m 104)10(4104103434--⨯=⨯=⋅==⎪⎪⎭⎫⎝⎛===πππππr n A r r r r V V n 分散后液滴总面积个分散后液滴数ΔA = A 2 - A 1 ≈ A 2ΔG = σ·ΔA = 0.07288× 4π×10-3= 9.158×10-4J (3)环境至少作功 -W r ′= ΔG = 9.158×10-4 J2．将1×10-6m 3油分散到盛有水的烧杯内，形成半径为1×10-6m 的粒子的乳状液。
设油水之间界面力为62×10-3N ·m -1，求分散过程所需的功为多少？所增加的表面自由能为多少？如果加入微量的表面活性剂之后，再进行分散，这时油水界面张力下降到42×10-3N ·m -1。
问此分散过程所需的功比原来过程减少多少？解：(1) 分散后总面积2666236m 31010310343410=⨯=⨯=⋅=⋅==----r r r A V V nA A ππ油滴油滴总油滴总分散前的表面积和分散后的表面积相比可以忽略 ΔA = A 总 环境所做的分散功等于体系所增加的表面吉布斯能-W r ′= ΔG = σ•ΔA = 62×10-3×3 = 0.186J(2) 加入表面活性剂后，环境所做的分散功-W r ′= ΔG = σ•ΔA = 42×10-3×3 = 0.126J 比原来过程少做功 0.186 - 0.126 = 0.060 J3．常压下，水的表面张力σ（N ·m -1）与温度 t （℃）的关系可表示为σ= 7.564×10-2-1.4×10-4 t若在10℃时，保持水的总体积不变，试求可逆地扩大1cm 2表面积时，体系的W 、Q 、ΔS 、ΔG 和ΔH 。
动力学课后习题习题1某溶液中反应A+B →Y 开始时A 与B 的物质的量相等，没有Y ，1h 后A 的转化率为75%，问2h 后A 尚有多少未反应？假设： （1）对A 为一级，对B 为零级； （2）对A ，B 皆为一级； （3）对A ，B 皆为零级。
习题2某反应A →Y ＋Z ，在一定温度下进行，当t=0，c A,0=1mOl ·dm －3时，测定反应的初始速率υA,0=0.01mOl ·dm －3·s －1。
试计算反应物A 的物质的量浓度c A ＝0．50mOl ·dm －3及x A =0.75时，所需时间，若对反应物A (i)0级；(ii)1级；(iii)2级；习题3已知气相反应2A+B →2Y A 和B 按物质的量比2：1引入一抽空的反应器中，反应温度保持400K 。
反应经10min 后测得系统压力为84kPa ，经很长时间反应完了后系统压力为63kPa 。
试求：(1)气体A 的初始压力p A,0及反应经10min 后A 的分压力p A ； (2)反应速率系数k A ； (3)气体A 的半衰期。
习题4反应2A(g)+B(g)Y(g)的动力学方程为－tc d d B=k B A 与B 的摩尔比为2∶1的混合气体通入400K 定容容器中，起始总压力为3.04kPa ，50s 后，总压力变为2.03kPa ，试求反应的反应速率系数k B 及k A 。
习题5已知反应2HI →I 2+H 2，在508℃下，HI 的初始压力为10132.5Pa 时，半衰期为135min ；而当HI 的初始压力为101325Pa 时，半衰期为13.5min 。
试证明该反应为二级，并求出反应速率系数(以dm 3·mol －1·s －1及以Pa －1·s －1表示)。
习题6某有机化合物A ，在酸的催化下发生水解反应。
在50℃，pH=5和pH ＝4的溶液中进行时，半衰期分别为138.6min 和13.86min ，且均与c A,0无关，设反β]H [d d A A A ）（+=-c c k tc a(i)试验证：α＝1，β＝1 (ii)求50℃时的k A(iii)求在50℃，pH=3的溶液中，A 水解75%需要多少时间?习题7在定温定容下测得气相反应的速率方程为：A p A 720K 时，当反应物初始压力p A,0=1333Pa ，p B,0=3999Pa 时测出得用总压力表示的初始反应速率为-t=0=200Pa -1·min -1。
7.13 电池电动势与温度的关系为263)/(109.2/10881.10694.0/K T K T V E --⨯-⨯+= （1）写出电极反应和电池反应；（2）计算25℃时该反应的ΘΘΘ∆∆∆m r m r m r H S G ,,以及电池恒温可逆放电时该反应过程的。
（3）若反应在电池外在相同温度下恒压进行，计算系统与环境交换的热。
解：（1）电极反应为阳极 +-→-H e H 221阴极 --+→+Cl Hg e Cl Hg 2221电池反应为（2）25 ℃时{}VV E 3724.015.298109.215.19810881.10694.0263=⨯⨯-⨯⨯+=--1416310517.115.298108.510881.1)(-----⋅⨯=⋅⨯⨯-⨯=∂∂KV KV TE因此，1193.35)3724.0309.964851(--⋅-=⋅⨯⨯-=-=∆molkJ molkJ zEF G m r1111464.1410157.1309.964851-----⋅⋅=⋅⋅⨯⨯⨯=∂∂=∆KmolJ KmolJ TE zFS m r11357.3164.1415.2981093.35--⋅-=⋅⨯+⨯-=∆+∆=∆molkJ molkJ S T G H m r m r m r11,365.479.1615.298--⋅=⋅⨯=∆=molkJ molkJ S T Q m r m r（3）1,57.31-⋅-=∆=molkJ H Q m r m p7.14 25℃时，电池AgCl s AgCl kg mol ZnCl Zn )()555.0(1-⋅电动势E=1.015V ，已知，,7620.0)(2V Zn Zn E -=+ΘV Ag AgCl Cl E 2222.0)(=-Θ，电池电动势的温度系数141002.4)(--⋅⨯-=∂∂KV TE p（1）写出电池反应；（2）计算电池的标准平衡常数； （3）计算电池反应的可逆热；（4）求溶液中2ZnCl 的标准粒子活度因子。
第七章化学反应动力学一．基本要求1．掌握化学动力学中的一些基本概念，如速率的定义、反应级数、速率系数、基元反应、质量作用定律和反应机理等。
2．掌握具有简单级数反应的共同特点，特别是一级反应和a = b的二级反应的特点。
学会利用实验数据判断反应的级数，能熟练地利用速率方程计算速率系数和半衰期等。
3．了解温度对反应速率的影响，掌握Arrhenius经验式的4种表达形式，学会运用Arrhenius经验式计算反应的活化能。
4．掌握典型的对峙、平行、连续和链反应等复杂反应的特点，学会用合理的近似方法（速控步法、稳态近似和平衡假设），从反应机理推导速率方程。
学会从表观速率系数获得表观活化能与基元反应活化能之间的关系。
5．了解碰撞理论和过渡态理论的基本内容，会利用两个理论来计算一些简单反应的速率系数，掌握活化能与阈能之间的关系。
了解碰撞理论和过渡态理论的优缺点。
6．了解催化反应中的一些基本概念，了解酶催化反应的特点和催化剂之所以能改变反应速率的本质。
7．了解光化学反应的基本定律、光化学平衡与热化学平衡的区别，了解光敏剂、量子产率和化学发光等光化反应的一些基本概念。
二．把握学习要点的建议化学动力学的基本原理与热力学不同，它没有以定律的形式出现，而是表现为一种经验规律，反应的速率方程要靠实验来测定。
又由于测定的实验条件限制，同一个反应用不同的方法测定，可能会得到不同的速率方程，所以使得反应速率方程有许多不同的形式，使动力学的处理变得比较复杂。
反应级数是用幂函数型的动力学方程的指数和来表示的。
由于动力学方程既有幂函数型，又有非幂函数型，所以对于幂函数型的动力学方程，反应级数可能有整数（包括正数、负数和零）、分数（包括正分数和负分数）或小数之分。
对于非幂函数型的动力学方程，就无法用简单的数字来表现其级数。
对于初学者，要求能掌握具有简单级数的反应，主要是一级反应、a = b的二级反应和零级反应的动力学处理方法及其特点。
7.13 电池电动势与温度的关系为263)/(109.2/10881.10694.0/K T K T V E --⨯-⨯+= （1）写出电极反应和电池反应；（2）计算25℃时该反应的ΘΘΘ∆∆∆m r m r m r H S G ,,以及电池恒温可逆放电时该反应过程的。
（3）若反应在电池外在相同温度下恒压进行，计算系统与环境交换的热。
解：（1）电极反应为阳极+-→-H e H 221阴极--+→+Cl Hg e Cl Hg 2221电池反应为（2）25 ℃时{}V V E 3724.015.298109.215.19810881.10694.0263=⨯⨯-⨯⨯+=--1416310517.115.298108.510881.1)(-----⋅⨯=⋅⨯⨯-⨯=∂∂K V K V TE因此，1193.35)3724.0309.964851(--⋅-=⋅⨯⨯-=-=∆mol kJ mol kJ zEF G m r1111464.1410157.1309.964851-----⋅⋅=⋅⋅⨯⨯⨯=∂∂=∆K mol J K mol J TEzFS m r 11357.3164.1415.2981093.35--⋅-=⋅⨯+⨯-=∆+∆=∆mol kJ mol kJ S T G H m r m r m r11,365.479.1615.298--⋅=⋅⨯=∆=mol kJ mol kJ S T Q m r m r （3）1,57.31-⋅-=∆=mol kJ H Q m r m p7.14 25℃时，电池AgCl s AgCl kg mol ZnCl Zn )()555.0(1-⋅电动势E=1.015V ，已知，,7620.0)(2V Zn Zn E -=+ΘV Ag AgCl Cl E 2222.0)(=-Θ，电池电动势的温度系数141002.4)(--⋅⨯-=∂∂K V TEp （1）写出电池反应；（2）计算电池的标准平衡常数； （3）计算电池反应的可逆热；（4）求溶液中2ZnCl 的标准粒子活度因子。
解：（2）ΘΘΘ=-k FRTE E ln z 左右可以得到331088.1⨯=Θk （3）P m r m r TETzF S T Q )(,∂∂=∆=得到 =m r Q ,-23.131-⋅mol kJ（4）332)(4)(Θ±±==b b r a ZnCl a 又有)(ln 2ZnCl a zFRTE E -=Θ 可以得508.0=±r 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。
（3）{{}}{Pt a kP g Cl Cl a Cl Cd a Cd Cd 100,5.0)(}01.0)(222==--++解：（1）由于0<∆m r G 反应可自发进行。
（2）0<∆m r G ，反应可自发进行。
（3）V E 8381.1=，2=z ，070.3541<⋅-=∆-mol kJ G m r ，反应可自发进行。
7.19 25℃时，实验测得电池Pt p g H kg mol SO H s PbSO Pb ),()01.0()(21424Θ-⋅的电动势为0.1705V 。
已知25℃1244253.744),(),(--ΘΘ⋅-=∆=∆mol kJ aq SO G aq SO H G m f m f ，140.813),(-Θ⋅-=∆mol kJ s PbSO G m f（1）写出上述电池的电极反应和电池反应；（2）求25℃时的)(424Pb PbSO SO E -Θ；（3）计算0.011-⋅kg mol 42SO H 溶液的±a 和±γ。
（1）电极反应阳极 --+→+e s PbSO SO Pb 2)(424阴极 22H H →+电池反应: ),(22424Θ+-+→++p g H PbSO H SO Pb 解：（2）首先由标准摩尔生成焓得到Θ∆m r G ，然后根据V zF G E m r 3548.0/=∆-=ΘΘ那么V E Pt g H H E Pb PbSO SO E 3548.0))(()(2424-=-=Θ+Θ-Θ（3）由)()(1ln )()()()(),,(ln 24224242-+Θ-+ΘΘ-=-=SO a Ha zF RT E Pb a SO a H a PbSO a p g H a zF RT E E可以得到332421037.8)()(--+±⨯==SO a H a a ，最后5273.0/Θ±±±=b b a γ 7.20 浓差电池，其中，已知在两液体接界处Cd 2+离子的迁移数的平均值为。
（1）写出电池反应；（2）计算25 ºC 时液体接界电势E (液界)及电池电动势E 。
解：电池反应由7.7.6式电池电动势7.22 电池在25 ℃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：7.23 在电池{}Pt s I HI a HI kPa g H Pt )(1)()100,(22=溶液中，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ΘE 、Θ∆m r G 和Θk 。
解：（1）第一个反应：535.0=-=ΘΘΘ左右E E E V 124.103-ΘΘ⋅-=-=∆mol kJ zFE G m r再由ΘΘ=k zFRTE ln 可以得181022.1⨯=Θk （2）同理可得第二个反应：535.0=ΘE V ，162.51-Θ⋅-=∆mol kJ G m r ，91011.1⨯=Θk7.25将反应)(),(21)(2s AgCl p g Cl s Ag →+Θ设计成原电池。
已知在25℃时，107.127),(-Θ⋅-=∆mol kJ s AgCl H m f ，179.109),(-Θ⋅-=∆mol kJ s AgCl G m f ,标准电极电势V Ag Ag E 7994.0)(=+Θ，V Pt g Cl Cl E 3579.1))((2=-Θ。
（1）写出电极反应和电池图示；（2）求25℃、电池可逆放电2F 电荷量时的热r Q ； （3）求25℃时AgCl 的活度积sp K 。
解：（1）阳极：--+→+e s AgCl Cl s Ag )()(阴极：--Θ→+Cl e p g Cl ),(212电池图示：Pt g Cl a Cl s AgCl Ag )()()(2-（2）107.127),(-ΘΘ⋅-=∆=∆mol kJ s AgCl H H m f m r179.109),(-ΘΘ⋅-=∆=∆mol kJ s AgCl G G m f m r那么p m r m r TE zTF HG )(∂∂-∆=∆ΘΘ由（1）知z=1时可以得11,28.17)(-⋅-=∂∂=mol kJ TEzTF Q p r 那么z=2时11,2,56.342-⋅-=⨯=mol kJ Q Q r r （3）V V E 13574.1)22216.03579.1(=-=ΘspK zF RT E Cl a Ag a AgCl a zF RT E E 1ln)()()(ln-=-=Θ-+Θ因为电反应达到平衡的时候E=0，那么201034.6-⨯=p s K7.26 25℃时电池Ag s SO Ag b SO H p g H Pt )()(),(42422Θ的标准电动势ΘE =0.627 V 。
已知V Ag Ag E 7994.0)(=+Θ。
（1）写出电极反应和电池反应；（2）25℃，实验测得42SO H 浓度为b 时，上述电池的电动势为0.623V 。
已知此42SO H 溶液的离子平均活度7.0=±γ，求b 为多少？（3）计算)(42s SO Ag 的活度积sp K 解：（1）阳极：-++→e H H 222阴极：)(22)(2442b SO Ag e s SO Ag --+→+电池反应：Ag b SO H SO Ag H 2)(42422+→+（2）ΘΘ-=p H p SO Ag a Ag a SO H a zF RT E E /)()()()(ln242242 有)(42SO Ag a =)(Ag a =1，Θ=p H p )(2，V E 623.0=，ΘE =0.627V所以)(ln 42SO H a zFRTE E -=Θ得到109.1=±a ，而585.1)2(32===±±±γa b b b ⇒ b=0.9983 1-⋅kg mol（3）同7.25（3）解法类似，610485.1-⨯=p s K7.27（1）已知25℃时，O H 2(l)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 1-⋅mol kJ 和-237.129 1-⋅mol kJ 。
计算在氢-氧燃料电池中进行下列反应时电池的电动势及温度系数。
（2）应用表7.7.1的数据计算上述电池的电动势。
解：（1）（2）设计电池7.29 已知25 ºC 时AgBr 的溶度积，，{}VPt l Br Br E 006.1)(2=-Θ。
试计算25 ºC 时（1）银-溴化银电极的标准电极电势{}Ag s AgBr Br E )(-Θ；（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， 1121.90)0711.0006.1(309.96485--ΘΘ⋅-=⋅-⨯-=-=∆mol kJ mol J zFE G m r7.30 25ºC 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J 的关系分别为问当通过的电流为1 mA 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1.229 V 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：10-3 x 100 = 0.1 V因此外加电压为：。
