电化学习题课资料
- 格式:doc
- 大小:3.79 MB
- 文档页数:17
《物理化学》习题课 (电化学、动力学部分)(中科院2009硕士入学考试)1. 某药物分解反应为一级反应,298K 时,反应速率常数k 为0.46h -1,若服用该药物0.16g ,则体内停留多长时间分解90%?A) 3h B) 5h C) 4.6h D) 6h2. 升高温度可以增加反应速率,主要原因是A) 增加分子总 B) 增加活化分子总数C) 降低反应的活化能 D) 使反应向吸热方向进行3. 浓度为0.001 mol/L 的硫酸钠溶液的电导率为0.026 S.cm 2,当该溶液饱和了硫酸钙以后,电导率上升为0.070 S.cm 2,求硫酸钙的活度积(已知Na +与1/2Ca 2+的摩尔电导率分别为5.0×10-3和6.0×10-3 S.m 2.mol -1)4. 某气相反应12()()()k k A g B g C g −−→+←−−,在298K 时,K 1=0.2s -1,K 2=5×10-6 pa ∙s -1,当温度升高到310K 时,K 1和K 2均增加1倍,求:(1)298K 的平衡常数; (2)正逆反应的表观活化能; (3)反应的r m H ∆; (4)在298K 时,A 的起始压力为101.325kpa ,总压力到151.99kpa 时,需时间多少?(中科院2007硕士入学考试)5. 某反应的速率常数与各基元反应的速率常数的关系为124()2k k k k =,则该反应的表观活化能E a 与各基元反应活化能的关系为: (A) 21412a E E E E =+- (B) 2141()2a E E E E =+- (C) 1/2214(2)a E E E E =+- (D) 214a E E E E =+-6. 在化学反应动力学中,反应级数是个宏观的概念,其值 。
(A )只能是正整数; (B )可正、可负、可为零,可以是整数,也可以是分数;(C )只能是0,1,2,3,· ; (D )无法确定。
第一章电解质溶液1. 在298 K时,以为电极,电解的水溶液。
通电前溶液中的质量分数为,通电后在质量为120.99 g的阴极部溶液中。
串联在电路中的银库仑计有160.24 mg的Ag(s)沉淀出来。
试分别求和的迁移数。
解:通电后在120.99 g的阴极部溶液中,含KCl的物质的量为:通电后在120.99 g的阴极部溶液中,含的质量为:通电前在120.76 g中含KCl的物质的量为:通入电荷的物质的量为:在阴极部K+是迁入的,但K+在阴极上不发生反应,阴极部K+浓度的变化仅是迁移造成的,所以:2. 298 K时,所用纯水的电导率为。
试计算该温度下饱和溶液的电导率。
已知的溶度积为,,。
解:的溶解度很小,饱和溶液的电导率应该等于溶解了的的电导率与水的电导率之和。
3. 在298 K时,AgCl饱和水溶液的电导率为,这时纯水的电导率为。
已知在该温度下的无限稀释摩尔电导率分别为和,试求AgCl在该温度下饱和溶液的浓度。
解:溶液的电导率是已溶解的溶质的电导率和纯水的电导率之和。
纯水的电导率和一定浓度强电解质的电导率相比很小,一般可忽略不计。
但因难溶盐的溶解度很小,则溶剂水对溶液电导率的贡献就不能忽略。
由于溶液很稀,做如下近似:4.在298 K时,醋酸(HAc)的解离平衡常数为,试计算在下列不同情况下醋酸在质量摩尔浓度为时的解离度。
(1)设溶液是理想溶液,活度因子均为1。
(2)用Debye-Hückel极限公式计算出的值,然后再计算解离度。
设未解离的HAc的活度系数为1。
解:设已解离的醋酸的活度为x,由于醋酸的解离度很小,x与1.0相比可以忽略不计。
(1) 醋酸的解离平衡为解得(2) 当解离了的醋酸质量摩尔浓度也就是和的质量摩尔浓度为时,其离子强度就等于它的质量摩尔浓度,即。
根据Debye-Hückel极限公式:设解得因为醋酸的质量摩尔浓度为,所以第二章可逆电池的电动势及其应用1. 已知298 K时,下列反应的值:(1)(2)试计算下列电池的标准电动势。
解:负极正极净反应可见电池反应与已知反应的关系为,所以电池反应的值为2. 已知反应在298K时的恒容热效应,将该反应设计成可逆电池,测得其电动势的温度系数为,试根据所给的数据计算电极的标准还原电极电势。
已知298K时,。
解:设计电池为验证所设计的电池是否正确:负极正极净反应所以设计的电池是正确的。
为求,根据已知的值设如下电池:电池反应为所以3. 有如下三个电池:(1)已知电池(1)的,,在该温度区间内,电动势E随温度T的变化是均匀的。
(2)(3)(a)写出电池(1)的电极反应和电池反应。
(b)计算电池(1)在298 K时的,和。
(c)计算298 K时难溶盐AgAc(s)的。
解:(a)负极正极净反应(b)(c) 在298 K时,电池(1)电动势E的计算式为在标准状态下,电池(3)的电动势就是。
设所有的活度因子均等于1,则为求难溶盐AgAc的,设计电池如下:该电池的净反应为:从电池(2)知,,该电池的标准电动势为4. 298 K时,下述电池的电动势为1.228 V:已知的标准摩尔生成焓为。
试求:(1)该电池的温度系数。
(2)该电池在273 K时的电动势。
设反应焓在该温度区间内为常数。
解:首先写出电池的反应:负极正极净反应如在标准压力下,这个电池反应的摩尔焓变就等于的标准摩尔生成焓。
(1)已知:(2)电动势与温度的关系实际就是Gibbs自由能与温度的关系,根据Gibbs-Helmholtz公式:双方积分:解得5. 试设计一个电池,是其中进行下述反应:(1)写出电池的表达式。
(2)计算上述电池反应在298K,反应进度为1 mol时的标准平衡常数。
(3)若将过量磨细的银粉加到质量摩尔浓度为0.05 的溶液中,求当反应达平衡后,的质量摩尔浓度为多少(设活度因子均等于1)?解:(1)方程式中氧化成,所以这个氧化还原电极作负极。
还原为,该金属银电极作正极,所设计电池的表达式为(3分)(2)因为,所以(3分)(3)设的剩余质量摩尔浓度为x,的起始浓度为,则将代入上式,解得(4分)6. 298 K和压力下,有化学反应:已知,。
(1)试为该化学反应设计为可逆电池,并写出其电极和电池反应进行验证。
(2)试计算该电池的电动势E,设活度因子都等于1。
(3)计算的活度积常数。
解:(1)从已知的化学反应式可知,被还原成Ag(s),应作阴极(即正极),这是二类电极;氧化成离子,作阳极(负极),所以设计的电池为负极:正极:净反应:电池反应和已知的化学反应式相同,说明所设计的电池是正确的。
(2)(3)为了计算,需设计一电池,是电池反应就是的解离反应。
所设计的电池为负极正极净反应第三章电解与极化作用1. 用Pt作电极电解SnCl2水溶液,在阴极上因H2有超电势,故先析出Sn(s)。
在阳极上析出O 2。
已知,,O2在阳极上析出的超电势为0.5 V,已知, 。
(1)写出电极反应,计算实际分解电压。
(2)若H 2在阴极上析出时的超电势为0.5 V,试问要使降至何值时,才开始析出氢气?解:(1)阴极反应为阳极反应为(2) 由于阳极上有析出,溶液中浓度会增加。
当基本析出时,溶液中的总浓度为。
当开始析出时,其电极电势与的析出电势相等。
即:解得可见,当开始析出时,已基本析出完毕了。
2. 在298K时,某溶液含和,设两者活度因子均等于1。
现用Zn(s)作为阴极进行电解,要求让的质量摩尔浓度降到时才允许开始析出,问需如何控制溶液的pH?已知,为-0.763 V,在Zn(s)上的超电势为0.7 V。
解:计算的质量摩尔浓度为时的电极电势,应该与在Zn(s)上的析出电势相等,让溶液的pH大于这个数值,就不会提前析出。
当时,解得pH=4.56即溶液的pH要控制在大于4.56,才不会提前析出。
3. 以金属镍为电极电解水溶液,已知,,氢在上的超电势为0.14 V,氧在上的超电势为0.36 V。
问在阴、阳极上首先析出哪种物质?设溶液呈中性,各活度因子均为1。
解:在阴极上可能发生反应的离子有,它们的析出电势分别为:=阴极上由还原电极电势较大的Ni首先析出。
阳极上可能发生氧化的有电极本身,由于的还原电极电势太高,不容易氧化,所以可能氧化的反应有阳极上由还原电势相对较小的首先氧化成。
4. 在298 K和标准压力下,若要在某一金属上镀Pb-Sn合金,试计算镀液中两种离子的活度比至少应为多少?忽略超电势的影响,已知。
解:要使Pb与Sn同时析出形成合金,必须调配溶液中两种金属离子的浓度,使它们的析出电势相等。
根据两个相等的电极电势的表示式,可以得到两种离子的活度比。
它们的析出电势表示式为当两个电极电势相等时,的离子浓度近似为的两倍,才有可能镀Pb-Sn合金。
5.在298 K和标准压力下,以Pt为阴极,C(石墨)为阳极,电解含和的水溶液。
若电解过程中超电势可忽略不计,试问(设活度因子均为1):(1)何种金属先在阴极析出?(2)第二种金属析出时,至少需加多少电压?(3)当第二种金属析出时,计算第一种金属离子在溶液中的浓度。
(4)事实上在石墨上是有超电势的。
若设超电势为0.85 V,则阳极上首先应发生什么反应?解:(1)在阴极上可能发生还原反应的离子有,它们的析出电势分别为所以,首先是还原电势最大的还原成Cu(s)在阴极析出。
(2)当Cd(s)开始析出时(由于氢有超电势而不能析出),要计算分解电压还需计算阳极的析出电势。
在阳极可能发生氧化的离子有。
它们的析出电势分别为在阳极上首先是还原电势小的先氧化放出氧气。
由于的氧化,在基本还原完成时,溶液中的质量摩尔浓度会增加,约等于,这时阳极的实际电势为在Cd(s)开始析出时,外加的电压最小为(3)当Cd(s)开始析出时,两种金属离子的析出电势相等,,则解得即(4)考虑氧气的超电势,其析出电势为这时在阳极上首先是还原电势小的先氧化放出氧气。
6.在298 K和标准压力时,用电解沉积法分离混合溶液。
已知和的质量摩尔浓度均为(设活度因子均为1),在Cd和Zn上超电势分别为0.48 V和0.70 V,设电解液的pH保持为7.0。
试问:(1)阴极上首先析出何种金属?(2)第二种金属析出时第一种析出的离子的残留质量摩尔浓度为多少?(3)是否有可能析出而影响分离效果?解:(1)阴极上和的析出电势分别为阴极上首先析出电极电势较大的金属Cd(s).(2) 当Zn(s)析出时,两者的电极电势相等,即解得即的残留质量摩尔浓度为。
(3)在金属Cd(s)上在金属Zn(s)上这两个电极电势都比金属析出的小,所以不可能有析出而影响分离效果。