物理化学课后习题精品文档Word格式.docx
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dm-3的NH3·
H2O溶液,测得电阻为2030W。
利用表7.3.2中的数据计算NH3·
H2O的解离度及解离常数。
查表知NH3·
H2O无限稀释摩尔电导率为
=73.5×
10-4+198×
10-4=271.5×
10-4S·
m2·
mol-1
7.13电池Pt|H2(101.325kPa)|HCl(0.10mol·
kg-1)|Hg2Cl2(s)|Hg电动势E与温度T的关系为:
(1)写出电池反应;
(2)计算25
℃时该反应的ΔrGm、ΔrSm、ΔrHm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。
(1)电池反应为
(2)25
℃时
因此,ΔrGm=-zEF=-1×
96500×
0.3724=-35.94kJ·
mol-1
ΔrHm=ΔrGm+TΔrSm=-35.94+14.64×
298.15×
10-3=-31.57kJ·
Qr,m=TΔrSm=4.36kJ·
(3)Qp,m=ΔrHm=-31.57kJ·
7.1425
℃时,电池Zn|ZnCl2(0.555mol·
kg-1)|AgCl(s)|Ag的电动势E=1.015V。
已知E(Zn2+|Zn)=-0.7620V,E(Cl-|AgCl|Ag)=0.2222V,电池电动势的温度系数为:
(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γ±
。
Zn(s)+2AgCl(s)=Zn2++2Cl-+2Ag(s)
(2)
即:
K=1.90×
1033
(3)
(4)
γ±
=0.5099
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、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|H2(100kPa)|HCl(a=0.8)|Cl2(100kPa)|Pt
(2)Zn|ZnCl2(a=0.6)|AgCl(s)|Ag
(3)Cd|Cd2+(a=0.01)‖Cl-(a=0.5)|Cl2(100kPa)|Pt
(1)电池反应:
H2(g)+Cl2(g)=2HCl
K=8.24×
1045
(2)电池反应:
Zn(s)+2AgCl(s)=ZnCl2+2Ag(s)
K=1.898×
(3)电池反应:
Cd(s)+Cl2(g)=Cd2++2Cl-
K=3.55×
1059
7.1925℃时,实验测定电池Pb|PbSO4(s)|H2SO4(0.01mol·
kg-1)|H2(g,p)|Pt的电动势为0.1705V。
已知25℃时,(H2SO4,aq)=(,aq)=-744.53kJ·
mol-1,(PbSO4,s)=-813.0kJ·
mol-1。
(1)写出上述电池的电极反应和电池反应;
(2)求25℃时的E(|PbSO4|Pb);
(3)计算0.01mol·
kg-1H2SO4溶液的a±
和γ±
(1)上述电池的电极反应和电池反应如下
正极:
2H++2e-=H2(g,p)
负极:
Pb(s)+-2e-=PbSO4(s)
电池反应:
H2SO4(0.01mol·
kg-1)+Pb(s)=PbSO4(s)+H2(g,p)
因为:
7.23在电池Pt│H2(g,100kPa)│HI溶液(a=1)│I2(s)│Pt中,进行如下电池反应:
(1)H2(g,100kPa)+I2(s)2HI(a=1)
(2)H2(g,p)+I2(s)HI(aq,a=1)
应用表7.7.1的数据计算两个电池反应的E、和K。
(1)电池反应为H2(g,100kPa)+I2(s)2HI(a=1)时,电池反应处于标准态,即有:
E=E{I-(a=1)│I2│Pt}-E{H+(a=1)│H2(g,100kPa)│Pt}
=E{I-溶液(a=1)│I2(s)│Pt}
=0.5353V
(2)电动势值不变,因为电动势是电池的性质,与电池反应的写法无关,E=0.5353V
Gibbs自由能的变化值降低一半,因为反应进度都是1mol,但发生反应的物质的量少了一半,即
根据平衡常数与Gibbs自由能变化值的关系,
7.25将反应Ag(s)+Cl2(g)=AgCl(s)设计成原电池,已知在25℃时,,,标准电极电势E(Ag+│Ag)=0.7994V,E(Cl-│Cl2(g)│Pt)=1.3579V。
(1)写出电极反应和电池图示;
(2)求25℃时电池可逆放电2F电荷量时的热Qr;
(3)求25℃时AgCl的活度积。
(1)电极反应和电池图示如下:
阳极:
Ag(s)+Cl--e-=AgCl(s)
阴极:
Cl2(g)+e-=Cl-
电池图示:
Ag|AgCl(s)|Cl-{a(Cl-)}|Cl2(g,)|Pt
同理同理可求:
Qr=nT=2×
(-57.96)=-34.56kJ
E=E(右)-E(左)=1.3579–E(Cl-│AgCl(s)│Ag)
E(Cl-│AgCl(s)│Ag)=1.3579–1.1378=0.2201V
解法1:
设计原电池:
Ag│Ag+‖Cl-│AgCl(s)│Ag
AgCl(s)Ag++Cl-
解法2:
根据能斯特方程:
7.2625℃时,电池Pt│H2(g,100kPa)│H2SO4(b)│Ag2SO4(s)│Ag的标准电动势E=0.627V。
已知E(Ag+│Ag)=0.7994V。
(1)写出电极反应和电池反应;
(2)25℃时实验测得H2SO4浓度为b时,上述电池的电动势为0.623V。
已知此H2SO4溶液的离子平均活度因子γ±
=0.7,求b为多少;
(3)计算Ag2SO4(s)的活度积。
(1)电极反应和电池反应如下:
H2(g,100kPa)-2e-=2H+
Ag2SO4(s)+2e-=2Ag(s)+
H2(g,100kPa)+Ag2SO4(s)=2Ag(s)+2H++
(2)E=E(右)-E(左)
=E(│Ag2SO4(s)│Ag)-E{H+|H2(g)|Pt}
E(│Ag2SO4(s)│Ag)=0.627V
b=0.9984mol·
kg-1
7.29
已知25℃时AgBr的溶度积,E(Ag+│Ag)=0.7994V,E(Br-│Br2(g)│Pt)=1.006V。
试计算25℃时。
(1)银-溴化银电极的标准电极电势E(Br-│AgBr(s)│Ag);
(2)AgBr(s)的标准生成吉布斯函数。
(1)设计电池Ag│Ag+‖Br-│AgBr(s)│Ag,电池反应为
AgBr(s)Ag++Br-
根据Nernst方程
沉淀反应平衡时E=0,所以
(2)设计电池设计电池Ag│AgBr(s)‖Br-│Br2(l)│Pt,电池反应为
Ag(s)+Br2(l)=AgBr(s)
该反应为AgBr(s)的生成反应,
10.3计算373.15K时,下列情况下弯曲液面承受的附加压。
已知373.15K时水的表面张力为58.91×
10-3N·
(1)水中存在的半径为0.1μm的小气泡;
(2)空气中存在的半径为0.1μm的小液滴;
(3)空气中存在的半径为0.1μm的小气泡。
根据
(1)
(3)空气中存在的小气泡有内外两个表面,且r内≈r外。
10.9已知273.15K时,用活性炭吸附CHCl3,其饱和吸附量为93.8dm3·
kg-1,若CHCl3的分压为13.375kPa,其平衡吸附量为82.5dm3·
kg-1。
试求:
(1)朗缪尔吸附等温的b值;
(2)CHCl3的分压为6.6672kPa时,平衡吸附量为若干?
(1)根据朗缪尔吸附等温式:
10.10473.15K时,测定氧气某催化剂表面上的吸附作用,当平衡压力分别为101.325kPa及1013.25kPa时,每千克催化剂的表面吸附氧的体积分别为2.5×
10-3m3及4.2×
10-3m3(已换算为标准状况下的体积),假设该吸附作用服从朗缪尔公式,试计算当氧的吸附量为饱和吸附量的一半时,氧的平衡压力为若干?
根据朗缪尔吸附等温式:
将上式重排得:
即有:
由
(1)式和
(2)式可得:
当Va=/2时,有
10.17292.15K时,丁酸水溶液的表面张力可以表示为γ=γ0-aln(1+bc),式中γ0为纯水的表面张力,a和b皆为一常数。
(1)试求该溶液中丁酸的表面吸附量Г和浓度c的关系;
(2)若已知a=13.1mN·
m-1,b=19.62dm3·
mol-1,试计算当c=0.20mol·
dm-3时的Г为多少;
(3)当丁酸的浓度足够大,达到bc>
>
1时,饱和吸附量Гm为多少?
设此时表面上丁酸呈单分子层吸附,计算在液面上每个丁酸分子所占的截面积为多少?
(1)由丁酸水溶液的表面张力表达式γ=γ0-aln(1+bc)可知
又由吉布斯吸附等温式得:
所以有:
(2)当c=0.20mol·
dm-3时,即有
(3)当bc>
1时,即有
此时表面吸附量与浓度无关,表明溶质在表面的吸附已经达到饱和,故
此时丁酸在表面层的浓度远比没有吸附时大,已经非常接近单位表面上丁酸的总物质的量。
所以每个丁酸分子的截面积为:
11.6偶氮甲烷分解反应
CH3NNCH3(g)→C2H6(g)+N2(g)
为一级反应。
在287℃时,一密闭容器中CH3NNCH3(g)初始压力为21.332kPa,1000s后总压为22.732kPa,求k及t1/2。
解:
设在t时刻CH