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1、第七章电化学答案 第七章电化学答案 第七章 电化学 第七章 电化学 用铂电极电解CuCl2溶液。通过的电流为20A，经过15min后，问：在阴极上能析出多少质量的Cu？在阳极上能析出多少体积的27、100kPa下的Cl2(g) ? 解： 阴极反应：Cu2+2e?=Cu 阳极反应：2Cl=Cl2+2e 电解反应：Cu2+2Cl?= Cu + Cl2 溶液中通过的电量为： Q=It = 20A1560s=18000C 法拉第定律和反应进度知： ?n(Cu)zF?(Cu)?m(Cu)?Q?(Cu)?M(Cu)zF? ? Qm(Cu)M/(Cu)?(Cu) 18000C?64g/mol2?/mol?

2、n(Cl2)?(Cl2)(C?l)?02 2?n(C2l?)n (?C?l) ?V?nRTp 3 = 用银电极电解AgNO3水溶液。通电一段时间后，阴极上有的Ag(s)析出，阳极区溶液质量，其中含AgNO3 。已知通电前溶液浓度为1kg水中溶有的AgNO3。求t(Ag+)和t(NO3?)。 解：方法一：t?阳离子迁出阳极区的物质的量发生电极反应的物质的量 电解后阳极区溶液质量，其中含AgNO3 ，设电解前后水量不变，则电解前阳极区 AgNO3的量为： m(AgNO3)?(?)1000+ ? g= + 电解过程阳极反应为：Ag = Ag+e产生的Ag溶入阳极区。因此迁出阳极区的Ag+的物质的量为

3、： n迁出?n?n+n 电解前电解后反应 2 第七章 电化学 t(Ag)?n电解前?n电解后+n反应n反应?(m电解前?m电解后)/M(AgNO3)mAg/M(Ag)?1?(?)/?3?1? t(NO?)方法二： t? 阴离子迁入阳极区的物质的量发生电极反应的物质的量阴离子迁出阴极区的物质的量发生电极反应的物质的量? n(电解后）?n(电解前）m电解后?m电解前/M(AgNO3)t(NO)?n(反应)m(反应)/M(Ag)(?)/? t(Ag)? 已知25时/dm3KCl溶液的电导率为 S/m。一电导池中充以此溶液，在25时测知其电阻为453。在同一电导池中盛入同样体积的质量浓度为/dm的Ca

4、Cl2溶液，测得电阻为1050。计算：电导池系数；CaCl2溶液的电导率；CaCl2溶液的摩尔电导率。 3 解： ?G?1R?Al?Kcell ?1KcellR?/m?4531 ?(CaCl?)2 ?m?c?/m(?10/)mol?m3?3KceellRX?=/m ?m?mol2?1 25时将电导率为/m的KCl溶液装入一电导池中，测得其电阻为525。在同一电导池中装入/dm3的NH4OH溶液，测得电阻为2030。利用表中的数据计算NH4OH的解离度及解离常数K?。 解：电导池常数为： KcellR?/m?5251 ?(NH4OH)? KcellRX?4 ?1?/m 第七章 电化学 ?m?c?

5、/?10mol?m3?3?10S?m?mol?42?1 ?m?m(NH4)?m(OH)?(?)?10S?m?mol?10?4?42?1 S?m?mol2?1m?m10?4?4? NH4OH = NH4+ + OH- 初始 c00 平衡 c(1-)c c K21cc$10 ?现有25、/kg 的BaCl2水溶液。计算溶液的离子强度I以及BaCl2的平均离子活度因子和平均离子活度。 解 I?11b?22B： z?2B1b?2?z?b?z?2? ? b?22? 德拜-休克尔极限公式： lgA?z?z?I2?= ? b?b?b?1/?1/3b?(2b)2?41/3b = /kg ?ab?b = 电池

6、PtH2()HCl(/kg)Hg2Cl2(s)Hg 电动势E与温度T的关系为： E/V=+10?3T/K ?10?6(T/K)2。 写出电池反应； 计算25该反应的?rGm、?rSm、?rHm及电池恒温可逆放电时的Qrm； 若反应在电池外同样温度下恒压进行，计算系统与环境交换的热。 解：负极-阳极：H2()=2H+(/kg)+2e? 6 第七章 电化学 正极-阴极： Hg2Cl2(s)+2e=2Hg(l)+2Cl(/kg) ? 电池反应： H2()+Hg2Cl2(s)=2Hg(l)+2HCl(/kg) 25时该电池电动势E= ?rGm?zFE?2?/mol/mol 注意：z的数值一定与电池反应

7、一致。 ?E?3?6?(?10?2?10?)V/KT?p= 10?4 V/K ?rSm?E?1?1?zFK?mol T?p?rHm?rGm?T?rSm= ?/mol Qrm= T?rSm= kJ/mol Qp?rHm?/mol 25时电池 ZnZnCl2(/kg)AgCl(s)Ag 的电动势 E=。已知E?Zn2?Zn?= ?， E?ClAgClAg?=，电池电动势的温度系 E?4数10V/K。 ?T?p 写出电池反应； 计算反应的K?； 计算电池反应可逆热Qrm； 求溶液中ZnCl2的平均离子活度因子。 解： 阳极反应：Zn=Zn(/kg)+2e 2AgCl(s)+2e=2Ag(s)+2Cl

8、(b) 阴极反应： ?2+?电池反应： Zn+2AgCl(s)=2Ag(s)+ZnCl2(/kg) E?E?E?E(ClAgClAg)?E(Zn2+Zn)= () = 8 第七章 电化学 KrGm?zFEexpexpRT?RT? ?233?exp10 Qr,m?T?rSm?E?TzFT?p?4?1?2?(?10)J?mol mol?1 能斯特方程： E?E?ERTzFlna(ZnCl2)?a(Ag)a(Zn)?a(AgCl)22 ?RTzFlna(ZnCl2)?(ZnCl2) ?解得：a(ZnCl2)? 3a(ZnCl2)?a?得a? b?41/3b?41/3?/kg?/kg ?ab?b? a

9、?bb? 写出下列各电池的电池反应。应用表的数据计算25时各电池的电动势、各电池反应的摩尔吉布斯函数变及标准平衡常数，并指明各电池反应能否自发进行。 (1) PtH2(g,100kPa)HCl(a=)Cl2(g,100kPa)Pt (2) ZnZnCl2(a=)AgCl(s)Ag (3) CdCd2?a(Cd2?)?Cl?a(Cl?)?Cl2(g,100kPa)Pt 解 阳极反应：H2(100kPa)=2H+(b)+2e? 阴极反应：Cl2(g,100kPa)+2e=2Cl(b) 电池反应： H2(g,100kPa)+Cl2(g,100kPa)=2HCl?a=? E?E(ClCl2(g)Pt)

10、?E(HH2(g)Pt) ?0? 10 第七章 电化学 E(AgBrAg)?E(Ag?+Ag)?RTFlnKsp?RTFln(?10?13)= 方法二：反应AgBr(s)+e?Ag+Br(b) 可看作Ag+?e=A g 和AgBr(s)=Ag + B r 相加得到。则状态函数法，有 ?rGm(1)?rGm(2)?rGm(3) 即 ?zFE(AgBrAg)?zFE(AgE(AgBrAg)?E(Ag?+?+Ag)?RTlnKsp FlnKspAg)?13RT ?RTFln(?10) = (2) 即求Ag?12Br2?AgBr的?rGm ?设计电池：AgAgBr(s)Br(b)Br2(l)Pt 阳极

11、反应：Ag?Br(b)?AgBr(s)?e 阴极反应：Br2(l)?e?Br 2 ?1?E?E?E ?mrG?zFE/mol ?fGm(AgBr,s)?/mol 25时用铂电极电解1mol/dm3的H2SO4。计算理论分解电压； 若两电极面积均为1cm3，电解液电阻为100，H2(g)和O2(g)的超电势与电流 密度J的关系分别为： ?H2(g)?/V?(J/A?cm?2)；) ?O2(g)?/V?(J/A?cm?2求通过的电流为1mA时的外加电压。 解：用铂电极电解1mol/dm3的H2SO4实质上就是电解水：H2O=H2(g)+12O2(g) 阳极反应：H2O1/2O2(g) +2H+ 2

12、e? 阴极反应：2H+ + 2e?H2(g) 电解反应：H2OH2(g) + 1/2O2(g) 构成的自发电池为： PtH2(g,p)H,H2OO2(g,p)Pt ?验证： 22 第七章 电化学 阳极反应：H2(g)2H+ + 2e? 阴极反应：1/2O2(g) +2H+ 2e?H2O 电池反应：H2(g) +1/2O2(g) H2O E$?E$?HRTzF?,H2OO2(g)Pt?E$?H?H2(g)Pt? = 0V = E?E$?lna(H2O)pH2?pO2$?$p?p?1/2/2 I=1mA时， ?H2(g)?/V?(1?10)? ?3?O2(g)?/V?(1?10)?3 E阳 = E

13、阳,平阳 = += ， E阴 = E阴,平阴 = 0= V 外 = E阳E阴IR = = 第七章 电化学 第七章 电化学 用铂电极电解CuCl2溶液。通过的电流为20A，经过15min后，问：在阴极上能析出多少质量的Cu？在阳极上能析出多少体积的27、100kPa下的Cl2(g) ? 解： 阴极反应：Cu2+2e?=Cu 阳极反应：2Cl=Cl2+2e 电解反应：Cu2+2Cl?= Cu + Cl2 溶液中通过的电量为： Q=It = 20A1560s=18000C 法拉第定律和反应进度知： ?n(Cu)zF?(Cu)?m(Cu)?Q?(Cu)?M(Cu)zF? ? Qm(Cu)M/(Cu)?

14、(Cu) 18000C?64g/mol2?/mol? ?n(Cl2)?(Cl2)(C?l)?02 2?n(C2l?)n (?C?l) ?V?nRTp 3 = 用银电极电解AgNO3水溶液。通电一段时间后，阴极上有的Ag(s)析出，阳极区溶液质量，其中含AgNO3 。已知通电前溶液浓度为1kg水中溶有的AgNO3。求t(Ag+)和t(NO3?)。 解：方法一：t?阳离子迁出阳极区的物质的量发生电极反应的物质的量 电解后阳极区溶液质量，其中含AgNO3 ，设电解前后水量不变，则电解前阳极区 AgNO3的量为： m(AgNO3)?(?)1000+ ? g= + 电解过程阳极反应为：Ag = Ag+e

15、产生的Ag溶入阳极区。因此迁出阳极区的Ag+的物质的量为： n迁出?n?n+n 电解前电解后反应 2 第七章 电化学 t(Ag)?n电解前?n电解后+n反应n反应?(m电解前?m电解后)/M(AgNO3)mAg/M(Ag)?1?(?)/?3?1? t(NO?)方法二： t? 阴离子迁入阳极区的物质的量发生电极反应的物质的量阴离子迁出阴极区的物质的量发生电极反应的物质的量? n(电解后）?n(电解前）m电解后?m电解前/M(AgNO3)t(NO)?n(反应)m(反应)/M(Ag)(?)/? t(Ag)? 已知25时/dm3KCl溶液的电导率为 S/m。一电导池中充以此溶液，在25时测知其电阻为4

16、53。在同一电导池中盛入同样体积的质量浓度为/dm的CaCl2溶液，测得电阻为1050。计算：电导池系数；CaCl2溶液的电导率；CaCl2溶液的摩尔电导率。 3 解： ?G?1R?Al?Kcell ?1KcellR?/m?4531 ?(CaCl?)2 ?m?c?/m(?10/)mol?m3?3KceellRX?=/m ?m?mol2?1 25时将电导率为/m的KCl溶液装入一电导池中，测得其电阻为525。在同一电导池中装入/dm3的NH4OH溶液，测得电阻为2030。利用表中的数据计算NH4OH的解离度及解离常数K?。 解：电导池常数为： KcellR?/m?5251 ?(NH4OH)? KcellRX?4 ?1?/m 第七章 电化学 ?m?c?/?10mol?m3?3?10S?m?mol?42?1 ?m?m(NH4)?m(OH)?(?)?10S?m?mol?10?4?42?1 S?m?mol2?1m?m10?4?4? NH4OH = NH4+ + OH- 初始 c00 平衡 c(1-)c c K21cc$10 ?现有25、/kg 的BaCl2水溶液。计算溶液的离子强度I以及BaCl2的平均离子活度因子和平均离子活度。 解 I?11b?22B： z?2B1b?2?z?b?z?2? ? b?22?