大学物理化学8-电化学课后习题及答案

电化学课后习题

一、是非题

下列各题中的叙述是否正确？正确的在题后括号内画“√”，错误的画“×”：

1、用能斯特公式算得电池的电动势为负值，表示此电池反应的方向是朝正向进行。（ ）

2、电池Zn (s)| ZnCl2(b=0.002 mol·kg?1，??=1.0) | AgCl(s) | Ag(s)，其反应为：

2AgCl(s)+Zn(s)===2Ag(s)+ ZnCl2(b=0.002 mol·kg?1，??=1.0) 所以，其电动势的计算

RTRTlna(ZnCl2) =EMF?ln(0.002×1.0) ( )。

2F2F3、标准电极电势的数据就是每个电极双电层的电势差。（ ）

4、电池反应的电动势EMF与指定电池反应计量方程式的书写无关，而电池反应的热力学函数变?rGm 等则与指定电池反应计量方程式的书写有关。

5、锌、银两金属片同时插入HCl水溶液中，所构成的电池是可逆电池。 公式为：EMF=EMF?

二、选择题

选择正确答案的编号，填在各题之后的括号内：

1、原电池在定温定压可逆的条件下放电时，其在过程中与环境交换的热量为：（ ）。 (A)?rHm； (B)零； (C)T?rSm； (D) ?rGm。 2、 电池Hg(l) | Zn(a1) | ZnSO4(a2) | Zn(a3) | Hg(l)的电动势：（ ）。 (A)仅与a1，a3有关，与a2无关；(B)仅与a1，a2有关，与a3无关； (C)仅与a2，a3有关，与a1无关；(D)与a1，a2，a3均无关。

3、在25℃时，电池Pb(Hg)(a1)|Pb(NO3)2(aq)|Pb(Hg) (a2)中a1? a2，则其电动势E：（ ）。 (A)?0； (B)?0； (C)=0； (D)无法确定

三、填空题

在以下各小题中的 处填上答案： 1、Ag(s)|AgNO3（b1=0.01 mol·kg?1， ??, 1=0.90）|| AgNO3（b2=0.01 mol·kg?1， ??, 2=0.72）|Ag(s)在25℃时的电动势EMF=???????????。

2、若已知某电池反应电动势的温度系数（?EMF）p?0，则该电池可逆放电时的反应热?TQr????????；?rSm?????????。（选择填入?0， ?0，或=0）

四、综合题

习题1

写出下列原电池的电极反应和电池反应： (i) Pt｜H２（p?）｜HCl(a)｜AgCl(s)｜Ag(s) (ii) Pt｜H２（p?）｜NaOH(a)｜O２(p?)｜Pt

习题2

将下列化学反应设计成原电池，并以电池图式表示： (i) Zn(s)＋H２SＯ４（aq)H２(p)+ZnSO4（aq)

(ii) Pb(s)+HgO(s)Hg(l)+PbO(s) (iii) Ag＋（a）+I－（a）AgI(s)

习题3

计算化学电池：Zn(s)｜Zn

２＋

（a=0.1）‖Cu

２＋

（a=0.01）｜Cu(s)在25℃时的电动势。

习题4

有一原电池Ag (s) | AgCl(s) | Cl－（a=1）||Cu2+（a=0.01）| Cu(s)。 （1）写出上述原电池的反应式；

（2）计算该原电池在25℃时的电动势EMF；

（3）25℃时，原电池反应的 吉布斯函数变（ΔrG m）和标准平衡常数K?各为多少？ 已知：E ? (Cu2+|Cu) = 0.3402V，E? (AgCl (s) |Ag (s) |Cl－) =0.2223 V。

习题5

298.15K下，电池：Pt (s)| H2(g , p?) | HCl[b(HCl) =0.08 mol·kg－1，? ±=0.809]] | Hg2Cl2(s) | Hg(l)的标准电动势EMF?= 0.2680 V，计算电池电动势及甘汞电极的标准电极电势E? (Cl| Hg2Cl2|Hg)。

－

习题6

电池Zn(s)|ZnCl2(b=0.555 mol·kg－1)|AgCl(s)|Ag(s)，测得25℃时电动势EMF=1.015V。已知：E? (Zn2+|Zn) =－0.763V，E? (Cl－|AgCl|Ag) = 0.2223 V。 （1）写出电极及电池反应（得失电子数为2）； （2）求上述反应的标准平衡常数K?；

（3）求溶液ZnCl2的平均离子活度因子? ± 。

习题7

－1)|AgCl(s)|Ag(s)的电动势为0.3522V， 25℃时，电池 Pt(s)|H2(p?

（1）求反应H2(g, p?)+2AgCl(s)=2Ag+2H++2Cl－ ，在25℃的标准平衡常数。（已知

－1 HCl的?=0.798）； ±

－1 HCl溶液中产生H的平衡压力。（2）求金属银在（已知2

－1 HCl的? =0.809）E?[ Ag(s)|AgCl(s)|Cl]=0.2223V, 25℃时。 ±

习题8

原电池Pt | H2(p?) | H2SO4(b=0.01mol·kg－1) | O2(p?) | Pt在298.15K时的EMF=1.229 V，

液态水的ΔfH m? (298K) = －285.84 kJ·mol－1，求该电池电动势的温度系数及273.15K时的电动势（设在此温度范围内ΔrHm为常数）。

电化学课后习题

一、是非题

1、(×) 2、(×) 3、(×) 4、(√) 5、(×)

二、选择题

1、（C） 2、（A）3、（A）

三、填空题

1、 0.0535 V 2、 >0 ?0

四、综合题

习题1

解

＋＋

(i)阳极(负极)：1/2H２（p?）→H［a（H）］＋e-(氧化，失电子)

－－

阴极(正极)：AgCl(s)+e-→Ag(s)+Cl［a（Cl）］（还原，得电子）

＋＋－－

电池反应：1/2H２（p?）＋AgCl(s)→Ag(s)+H［a(H)］＋Cl［a(Cl)］

－－

(ii)阳极(负极)：H２(g，p?)+2OH［a(OH)］→２H２Ｏ＋２e (氧化，失电子)

－－

阴极(正极)：1/2O２(g，p?)＋H２Ｏ(l)＋2e-→2OH［a(OH)电池反应：H２（g, p?）＋１/２Ｏ２（g, p?）→H２Ｏ(l)

习题2

解:设计方法是将氧化反应的物质作为负极，放在原电池图式的左边；起还原反应的物质作为正极，放在原电池图式的右边。

(i)在该化学反应中发生氧化反应的是Zn(s)

２＋－

Zn(s)→Zn(a)＋２e

＋＋－

而发生还原反应的是H，即2H(a)＋２e→→H２(g)

Zn(s)｜ZnSO4（aq）‖H２SＯ４（aq）｜H２(g)｜Pt

(ii)该反应中有关元素之价态有变化。HgO和Hg，PbO和Pb构成的电极均为难溶氧化物

－－

电极,且均对OH离子可逆，可共用一个溶液。发生氧化反应的是Pb,即Pb(s)+2OH(a) →

－－－

PbO(s)+H２Ｏ(l)+2e发生还原反应的是HgO,即HgO(s)+H２Ｏ(l)＋2 e→Hg(l)+2OH(a)

－

Pb(s)｜PbO(s)｜ＯH（aq）｜HgO(s)｜Hg(l)

－

(iii)该反应中有关元素的价态无变化。由产物中有AgI和反应物中有I来看，对应的电极

－

为Ag(s)｜AgI(s)｜Ｉ(a)，电极反应为Ag(s)+I－(a)═AgI(s)+e。此电极反应与所给电池反应之差为：

＋－

Ag(a)＋Ｉ(a) →AgI

－－

－） Ag+I→AgI+e

Ag＋(a)→Ag－e ＋

即所对应的电极为Ag｜Ag

－＋

Ag(s)｜AgI(s)｜Ｉ(a)‖Ag(a)｜Ag(s)

习题3

解 采用方法(ii)来计算，首先写出左、右两电极的还原反应：

２＋－

左：Zn（a=0.1）+2e→Zn(s)

２＋－

右：Cu（a=0.01）+2e→Cu(s) 由电极反应的能斯特方程有：

E(左极，还原)?E?(Zn2?Zn)?RT1ln ZFa(Zn2?)E(右极，还原)?E?(Cu2?Cu)?由表10-4查得E?（Zn可算得：

２＋

RT1 ln2?ZFa(Cu)２＋

｜Zn）=－0。7626V，E?（Cu｜Cu）=0.3402V，代入已知数据，

E(左极，还原)＝－0.792V

E(右极，还原)＝0.281V

因此，EＭＦ＝Ｅ（右极，还原）－E(左极，还原)＝0.281V－（－0.792V）＝1.07V

(i)可算得同样的结果。

习题4

[题解]（1）电池及电极反应：

－－

2Ag(s) + 2Cl(a=1) == 2AgCl(s) + 2e

－

Cu2+(a=0.01) +2e == Cu(s) 2Ag+2Cl－(a=1) + Cu2+(a=0.01) == 2AgCl(s) + Cu

（2）EMF ?[0.3402-0.2223-0.059161lg2]V?0.05875V 21?0.01（3）ΔrG m=－zFEMF=[－2×96485×0.05875] J·mol－1=－11.337 kJ·mol－1

?ΔrGm??zFEMF???RTlnK??lnK???zFEMF/RT?2?96485?(0.3402?0.2223)?9.1782 8.314?298.15K??9.68?103[导引] (i) 写出电池的电极反应和电池反应是该题求解首要步骤，它的正确与否将直

接影响下一步的计算，因此必须熟练掌握各类电极及电池反应式的写法。

(ii) 能斯特方程是本章的重点内容之一，也是考研试题的热点之一，是必须掌握的内容。

习题5

[题解] 电极及电池反应：

++2e－ 负极：H2（g）

－

正极：Hg2Cl2（s）+2e （l）+2Cl

电池反应：H2（g）+ Hg2Cl2（s）===2HCl+2 Hg（l）

－

EMF?E?MF0.05916a2(HCl)?a2[Hg(l)]?lg()

?2p(H2)/p=（0.268－0.05916lga(HCl) ）V

a(HCl) = a±=(b±·? ±/ b?)2 = (0.08×0.809)2 = 4.1887×10－3 EMF=0.4087 V

EMF? = E?(Cl－| Hg2Cl2|Hg)－ E?(H+|H2|Pt) = E?(Cl－| Hg2Cl2|Hg)

E? (Cl－| Hg2Cl2|Hg) = EMF? = 0.268 V [导引] 解本题的几个关键点是： (i) 正确写出电极反应及电池反应式；

(ii) (iii) (iv) (v) (vi) 列出电池反应的能斯特方程；

知道p(H2)/p?= p?(H2)/p?=1, a[Hg(l)]=1；

HCl为1－1型电解质，a(HCl)＝a?2＝(??b/b?)2； 应用EMF?=E? (右，还原)－E? (左，还原)； E? [H+(a=1)|H2(p?)]=0。

习题6

[题解]

－

（1） (+) Zn(s) → Zn2+(a)+2e

－－

(－)2AgCl(s)+2e→2AgCl(s)+ 2Cl Zn(s) + 2AgCl(s) === ZnCl2（b=0.555mol·kg－1）+2Ag(s)

?zFEMF2?[0.2223?(?0.763)](2) lgK???33.31532.303RT0.05916 K??2.067?1033??(3) EMF?EMF?RTRTb?lna(ZnCl2)?EMF?ln[4(?)3? 3?]2F2Fb0.05916bb?? ?EMF?{lg[4(?)3]?3lg??}?EMF?0.02958{lg[4(?)3]?3lg??}2bb?EMF?EMF1b310.9853?1.0153????lg[4(?)]???lg4??0.555??3?0.0295833?0.0295833?0.02958b ??0.38???0.4077

[导引] 应用电池电动势EMF的测定求取电解质的离子平均活度? ±是电池电动势测定的重要应用之一，也是本章重点内容。本题的关键是掌握电解质的活度与离子平均活度因子及质量摩尔浓度的关系，即a(ZnCl2)?4(b33)? ? 。 ?b

习题7

[题解] (1)EMF?E?MFRTRT?b??ln{[aH?]2[aCl?]2}?E??ln??γ??0.3522V 2FF?b?????2= E ?－[0.05916lg(0.1×0.798)2]V

E MF ?=0.2223V－0V=0.2223V lnK?= z E MF ?F/ (RT)

=

2?96485?0.2223= 17.306

8.314?298.15b??)4 / [p(H2) / p ] O?bK?=3.28×107

(2) K? = {[a (H+)]2 [a (Cl－)] 2} / [ p(H2) / p?] = (

即 3.28×107 = (1×0.809)4 / [p(H2) / p

p(H2) = 1.32×10－6 kPa

]

[导引]

本题（2）的关键是掌握K?的表达式，即K? = {[a (H+)]2 [a (Cl－)] 2} /[ p(H2) / p?]]

习题8

[题解] 电池反应：H2(p?)+(1/2)O2(p?)===H2O

(l)ΔrG m=（－2×96485×1.229）J·mol－1=－237160J·mol－1 ΔrHm=ΔfHm? (H2O,l)= －285 840 kJ·mol－1

?rSm??rHm??rGm?285840?(?237160)?[]J?K?1?mol?1

T298.15=－163.273 J·K－1·mol－1

(?EMFΔS?163.273)T?rm?()V·K－1=－8.46×10－4 V·K－1 ?TzF2?96485EMF(273.15K)?EMF(298.15K)=－8.46×10－4 V·K－1

(273.15?298.15)KEMF(273.15K)=EMF(298.15K)－8.46×10－4（273.15－298.15）V=1.250V

[导引] 解本题的关键所在是：应该注意到该电池反应实质是H2O(l)，在标准状态下的生成反应，故有ΔrHm=ΔfHm? (H2O,l)。

即 3.28×107 = (1×0.809)4 / [p(H2) / p

p(H2) = 1.32×10－6 kPa

]

[导引]

本题（2）的关键是掌握K?的表达式，即K? = {[a (H+)]2 [a (Cl－)] 2} /[ p(H2) / p?]]

习题8

[题解] 电池反应：H2(p?)+(1/2)O2(p?)===H2O

(l)ΔrG m=（－2×96485×1.229）J·mol－1=－237160J·mol－1 ΔrHm=ΔfHm? (H2O,l)= －285 840 kJ·mol－1

?rSm??rHm??rGm?285840?(?237160)?[]J?K?1?mol?1

T298.15=－163.273 J·K－1·mol－1

(?EMFΔS?163.273)T?rm?()V·K－1=－8.46×10－4 V·K－1 ?TzF2?96485EMF(273.15K)?EMF(298.15K)=－8.46×10－4 V·K－1

(273.15?298.15)KEMF(273.15K)=EMF(298.15K)－8.46×10－4（273.15－298.15）V=1.250V

[导引] 解本题的关键所在是：应该注意到该电池反应实质是H2O(l)，在标准状态下的生成反应，故有ΔrHm=ΔfHm? (H2O,l)。

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