湖南大学环境科学、环境工程专业第三次物理化学小考答案
一、选择题
1、氯化镁可以采用基本单元MgCl2或2??m(
1MgCl2。在一定温度和无限稀释的水溶液中，两者的极限摩尔电导率存在下列关系：21MgCl2)（ b ）??m(MgCl2) 2选择填入：(a) >； (b) =; (c)<; (d) 二者之间无一定的关系
2、在一定条件下，强电解质AB的水溶液中只存在A+和B?两种离子（H+、OH?与它们相比较完全可忽略不计）。已知A+与B?运动的速率存在下列关系：?+ = 1.5?? 。则B?的迁移数t?=（ a ）。
选择填入：(a) 0.40; (b) 0.50; (c) 0.60; (d) 0.70
3、在300K，无限稀释的水溶液中，极限摩尔电导率??。 m最大的正离子是（ d ）
11选择填入：(a) Na+; (b) Mg2+; (c) La3+; (d) H+
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4、在25℃时，若要使电池 Pt|H2(g, p1)| HCl水溶液| H2(g, p2) Pt 的电动势E为正值，则必须使（ b ）。
选择填入：(a) p1=p2; (b) p1>p2; (c) p1 5、25℃时的水溶液中，当b(NaOH) = 0.10mol·kg?1时，其正、负离子的平均活度系数??=0.766，则正、负离子的平均活度a?=( b )。 选择填入：(a) 0.766; (b) 7.66?10?2; (c) 7.66; (d) 15.32?10?2 6、在电解池的阴极上，首先发生还原作用而放电的是（ c ）。 选择填入：(a) 标准还原电极电势最大的反应；(b) 标准还原电极电势最小的反应； (c) 极化电极电势最大的反应； (d) 极化电极电势最小的反应 7、已知25℃时电极反应 (1) Fe2+ + 2e?(2) Fe3+ + e?(3) Fe3+ + 3e? Fe(s)的标准电极电势E1?=?0.439V ?Fe2+的标准电极电势E2= 0.770V Fe(s)所对应电极的标准电极电势 (d) 0.036V H2O{1，p(环)=100kPa} ? E3{Fe3?|Fe(s)}?( b )。 选择填入：(a) 0.331 V；(b) ?0.036V; (c) ?0.331V; 8、25℃时电池反应：H2(g, 100kPa) + 0.5O2(g, 100kPa) 所对应的电池的电动势E1=1.229V。 25℃时电池反应：2H2O{1，p(环)=100kPa }2H2(g,100kPa) + O2(g,100kPa) 所对应电池的电动势E2=( c )。 选择填入：(a) ?2.458V; (b) 2.458V; (c) ?1.229V; (d) 1.229V 9、对弯曲液面所产生的附加压力?p一定是（ d ）。 选择填入：(a) 大于零；(b) 等于零；(c) 小于零；(d) 不等于零 10、在一定温度和压力下，将表面活性物质加入溶剂中后，所产生的结果必然是（ a ）。 选择填入：(a) (??/?c)T <0，正吸附； (b) (??/?c)T>0，负吸附； (c) (??/?c)T >0，正吸附； (d) (??/?c)T<0，负吸附 二、填空题 1、在A和B两个串连的电解池中，分别放有物质的量浓度为1mol·dm?3的AgNO3水溶液和1mol·dm?3的CuSO4水溶液。两电解池的阴极皆为铂电极，阳极分别为Ag(s)和Cu(s)电极。通电一定时间后，实验测出在A电解池的铂电极上有0.02mol的Ag(s)析出，B电解池的铂电极上必有（ 0.01 ）mol的Cu(s)析出。 2、在温度、溶剂一定时，当某强电解的物质的量浓度c( c无限趋近于零 )时，该强电解质的??m趋于定值。 3、一个原电池必有两个电极。相对而言，电势高的电极称为（ 正极 ）；电势低的电极称其为（负极）。 4、25℃时，E?[Cl?{a(Cl?)=1}|AgCl(s)|Ag] = 0.2221V， E?{Cl?{a(Cl?)=1}|Cl2(g,p=100kPa)|Pt = 1.358V 由上述两电极在25℃组成电池时，该电池的阳极为( AgCl电极 )，电池的表示式为（ Ag|AgCl(s)|Cl{a(Cl?)=1}|Cl2(g, p=100kPa)|Pt ），电池的电动势E=（ 1.1359 ）V。 5、在一定温度下，液体分子间的作用力越大，其表面张力（ 越大 ）。 6、不论是分散在大气中的小液滴和小气泡，或者是分散在液体中的小气泡，以及在毛细管中的凹液面和凸液面，它们所承受附加压力?p的方向，皆是指向（ 弯曲液面曲率半径的中心 ）。 7、在一定T、p下，一个小液滴滴在光滑的固体表面上，可以迅速地平铺在固体表面上，此过程可以视为气-液界面和固-液界面取代固-气界面的过程。若已知固体和液体的表面张力分别为?s?g和?l?g，固-液界面张力为?s?l，铺展的面积为A，则此铺展过程的表面吉布斯函数变 ?G（表面）= （ A（?g?l + ?g?l ??s?g） 三、简答题 1、 在两支水平放置的毛细管中间皆放有一段液体，如附图所示。a管中的液体对管的内壁完全润湿；b管中的液体对管的内 壁完全不润湿。若皆在两管的右端加热时，管内的液体各向哪一端流动。为什么？ 当在毛细管的右端加热时，右端的毛细管膨胀而使液面的曲率半径r变大；液体的温度升高而使其表面张力?变小。由?p=2?/r可知，上述两因素皆使加热端弯曲液面的附加压力?p在数值上变小，因而破坏了原来的平衡。由于a管内两端的?p皆指向气体，使管内液体向左流动。b管内两端的?p皆指向液体，而使管内液体向右流动。 2、在一定的温度和大气压力下，半径均匀的毛细管下端，有两个大小不等的圆球形气泡，如右图所示，试问在活塞C关闭的情况下，将活塞A、B打开，两气泡内的气体相通之后，将会发生什么现象？并解释其原因。 两气泡连通后，由于大气泡的附加压力小于小气泡的附加压力，大气泡将会变得更大，而小气泡将会变得越来越小，直到小气泡收缩到毛细管口，其液面的曲率半径与大气泡的曲率半径相等时为止。 四、计算题 ?4 1、已知25℃时，纯水的电导率?=5.50?10?6S·m?1，无限稀释时H+和OH?的极限摩尔电导率??m2·mol?1m分别为349.82?10S· 及198?10?4S·m2·mol?1，纯水的密度?=997.07kg·m?3，水的摩尔质量M=18.015?10?3 kg·m?1。试求25℃时水的离子积KW为多少？ 解：25℃时，水的物质的量浓度 c = ?/M = 997.07 kg·m?3/18.015?10?3 kg·m?1=55.347?10?3 mol·m?3=55.347 mol·dm?3 纯水的摩尔电导率： ?m = ?/c = 5.50?10?6S·m?1/55.347?10?3 mol·m?3=9.9373?1011S·m2·mol?1 水是一种弱电解质，只有极少量的水分子发生如下电离： H2O(l) H+ + OH? c(1??) ?c ?c 25℃时水的极限摩尔电导率： +??? ??m = ?m(H) + ?m(OH) = (349.82 + 198.0) ?10?4S·m2·mol?1=547.82?10?4S·m2·mol?1 ?m9.9373?10?11?1.814?10?9 25℃纯水的电离度： ????4?m547.82?10 选用c?=1 mol·dm?3为标准状态，纯水的活度a(H2O) = 1, 纯水中H+和OH?的平均活度系数： ???1,a(H?)?a(OH?)???ac/c??ac/c? 水的离子积：KW?Ka?(ac/c?)2?(1.814?10?9?55.347)2?1.008?10?14 ?2、25℃时，Ag2O(s)标准摩尔生成焓?fHm= ?31.0 kJ·mol?1，标准电极电热E?{OH|Ag2O(s)|Ag}= 0.343V， ?E?(OH?,H2O|O2(g)|Pt)= 0.401V。在空气中将Ag2O(s)加热至什么温度，才能发生下列分解反应？ Ag2O(s) 2Ag(s) + 0.5O2(g) 假定此反应的?rCp,m = 0，空气中氧气的分压力p(O2) = 21.278kPa。 ?解：为求上述反应的?rSm，需将上述反应设计成原电池。 阳极反应：2OH?(a1) H2O(1)+0.5 O2(g)+2e?； 阴极反应：Ag2O(s)+ H2O(1)+ 2e?2Ag(s)+ 2OH?(a1) 两电极反应中OH?的活度相等，这两个电极反应之和则为题给反应。可设计成下列单液电池： Pt|O2(g)|NaOH溶液| Ag2O(s)|Ag 25℃时，原电池的标准电动势： E? = E?{OH?|Ag2O(s)|Ag}?E?(OH?,H2O|O2(g)|Pt)=0.343V?0.401V = ?0.058V ?= ? 2F E? = ?2?96485?(?0.058) J·mol?1=11192 J·mol?1 ?rGm???=(?rHm??rGm)/T =(31.0?103?11192) J·mol?1/298.15K=66.44J·K?1·mol?1 ?rSm??由于?rCp,m = 0，故?rHm及?rSm皆不阻碍T而变。Ag2O(s)发生热分解温度T可由下式求出。 ????T?rSm)?RTln{p(O2)/p?}1/2? 0 ?rGm(T)=?rGm(T)?RTln{p(O2)/p?}1/2= (?rHm由上式可得： T ? ==425.40K ??rSm?RTln{p(O2)/p?}0.5(66.4?0.5?8.314ln0.21278)J?mol-1?K-1即Ag2O(s)在空气中，当温度高于425.40K时开始分解。 3、铅酸蓄电池可表示为： Pb | PbSO4(s) | H2SO4 (b=1mol·kg?1) | PbSO4(s) | PbO2(s) | Pb 在0℃~60℃的范围内，此电池的电动势E与温度t的关系为： E / V = 1.91737 + 5.61?10?5t/℃ + 1.08?10?8(t/℃)2 25℃时，此电池的标准电动势E?=2.041V。试写出放电2法拉第时的电极反应及电池反应。计算电动势的温度系数，25℃时电池反应的?rSm及?rHm，H2SO4的活度及正负离子的平均活度系数??各为多少？ 解：放电2法拉第，即z =2 -阳极反应：Pb(s) +SO24??rHm31?103J?mol-1PbSO4(s) + 2e? -PbSO4(s) +SO24+2H2O(l) 阴极反应：PbO2(s) + 2H2SO4 + 2e? 电池反应：Pb(s) + PbO2(s) + 2H2SO4(b) 2PbSO4(s)+2H2O(l) 电动势的温度系数： (?E/?T)p?(?E/?t)p=(5.61?10?5 +2.16?10?8t/℃)V·K?1 t =25℃时， (?E/?T)p=(5.61?10?5 +5.664?10?5 )J·K?1·mol?1 = 10.93 J·K?1·mol?1 E = 1.918V； ?rGm= ?zFE = ?370265J·mol?1 ?rHm= ?rGm+T?rSm = (?370265 + 298.15?10.93)J·mol?1 = ?367.0 kJ·mol?1 H2SO4活度及活度系数的计算： 已知b = 1mol·kg?1，假设溶液中a(H2O)?1，其它纯固态物质的活度皆为1。25℃时： a2(PbSO4,s)a2(H2O)RT?E?E?ln?E?(RT/F)lna(H2SO4) zFa(Pb)a(PbO2)a2(H2SO4)?F(E?E?)(1.91877?2.041)?96485?∴ lna (H2SO4) = = -4.7577 RT8.314?298.15a(H2SO4) = 8.586?10?3 3又知b = b? = 1mol·kg?1, a (H2SO4) = 4??(b/b?)3 ∴ ??(H2SO4) = {a(H2SO4)/4}1/3 = 0.129 说明：25℃时，b = 1mol·kg?1H2SO4的??文献值0.130。