材料物化习题解答

解:正极:2AgCl+2e=2Ag+2Cl- ;负极:Pb-2e+2Cl-=PbCl2

电池反应:Pb+2AgCl=PbCl2+2Ag

?=-239650030.490=-94570(J/mol) ?rGm?=23965003(-1.80310-4)=-34.74(J2K-12mol-1) ?rSm?=-94570+2983(-34.74)=-104922.5(J/mol) ?rHm

5、实验测出具有下列电池反应的可逆电池,其电动势与温度的关系式为:

Cd(s)+Hg22+=Cd2++2Hg(l)

Et=[0.6708-1.02310-4(t/℃-25)-2.4310-6(t/℃-25)2]V

???求该反应在45℃时的?rHm、?rGm、?rSm。

解:45℃时,E=0.6708-1.02310-4(45-25)-2.4310-6(45-25)2=0.6678V

(?E)p=-1.02310-4-232.4310-6(40-25)= -1.98310-4(V/K) ?T?=-239650030.6678= -128885(J/mol) ?rGm?=23965003(-1.98310-4)= -38.21(J2K-12mol-1) ?rSm?=-128885-318338.21= -141036(J/mol) ?rHm(书上答案不对)

6、电池Sb,Sb2O3|未知的含H+溶液||饱和KCl溶液|Hg2Cl2,Hg (1)写出电池反应;

(2)求出未知溶液pH值与电池电动势的关系;

(3)在25℃,pH=3.98,则E=228.0mV,求当pH=5.96时E=? 解:正极:3Hg2Cl2+6e=6Hg+6Cl-(饱和) 负极:2Sb-6e+3H2O= Sb2O3+6H+(未知)

电池反应:3Hg2Cl2+2Sb+3H2O=6Hg+6Cl-(饱和)+ Sb2O3+6H+(未知)

E=E(甘汞)-[E-+

?0.0592lgc6(H?)]= E(甘汞)-E-?+0.0592pH 6? pH=[ E- E(甘汞)+E-]/0.0592

当pH=3.98,E=0.228V时,求得E(甘汞)-E-=-0.007616V

当pH=5.96时,E=-0.007616+0.059235.96=0.3452(V)

7、已知在25℃,7mol/kgHCl溶液中之γ±=4.66,在溶液上HCl(g)平衡分压为46.4Pa,

θ

又知E(Pt,Cl2|Cl-)=1.359V。

(1)写出Pt,H2(p)|HCl(a±=1)|Cl2(p),Pt的电池反应,求反应的?rGm。

θ

θ

??(2)计算25℃时下列反应之?rGm及平衡常数K:H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)。

θ

(3)在25℃使HCl气体在密闭容器中离解,平衡时总压为p,求此时1cm3混合气中含H2多少cm3?

θ

?解:(1)H2(g)+Cl2(g)=2HCl(aq) ;设其平衡常数为K1 ? (2)对于HCl(aq)= HCl(g) ;设其平衡常数为K2

?=-23965003(1.359-0)=-262287(J/mol) ?rGm?=exp[262287/(8.3143298)]=9.4731045 K1

?=K2

46.4/101325-7

=4.3310 2(7?4.66)因为(1)+23(2)=(3)

??2

所以K=K13(K2)=9.47310453(4.3310-7)2=1.7531033

θ

(3)设H2分压为x p,则

θ

(1?x)2θ-17 1.75310= ;解得x=2.39310(p) 2x33

由于分压之比=体积之比,所以1cm3混合气中含H2 2.39310-17cm3

8、电池Pt,Cl2|HCl(aq),MnCl2(aq)|MnO2(s)的两极标准电极电势如下: θθ

E(MnO2/H+,Mn2+)=1.23V, E(Cl2/Cl-)=1.358V

(1)在标准状态下反应MnO2(s)+4HCl(aq)=MnCl2(aq)+Cl2+2H2O(l)能否进行?

(2)若Mn2+(应为MnCl2)的浓度为1.0mol/L,问要使上列反应正相进行,HCl浓度至少应为多少?设活度因子均可当作1。

θ

解:(1)E=1.23-1.358= -0.128V<0,在标准状态下不能进行。 (2)MnO2+ 4HCl = MnCl2+ Cl2+2H2O

E=-0.128-

0.05921lg4>0 ;解得:c>12(mol/L) 2c(书上答案不对)

9、根据下列在298K和标准压力下的热力学数据,计算HgO(s)在该温度时的分解压。已知:

θ

(1)电池Pt,H2(p)|NaOH(a)|HgO,Hg的标准电动势E=0.9265V; (2)反应0.5O2+H2=H2O(l)的?rHm= -285.83 kJ/mol; (3)298K时,下表为各物质的标准摩尔熵 化合物 ?/J2K-12mol-1 Sm?HgO(s) 70.29 O2(g) 205.1 H2O(l) 69.91 Hg(l) 77.4 H2(g) 130.7

?解:电池反应为:H2+HgO=Hg + H2O(l);?rGm(1)= -239650030.9265= -178815(J/mol)

?0.5O2+H2=H2O(l);?rHm(2)= -285.83 kJ/mol;

?(2)= 69.91-130.7-0.53205.1=-163.34(J2K-12mol-1) ?rSm?(2)= -285830+2983163.34= -237155(J/mol) ?rGm???(1)-(2)得 HgO=Hg +0.5O2;?rGm=?rGm(1)- ?rGm(2)

=-178815+237155=58340(J/mol)

lnK???58340p0.5??11= -23.55 ,K?5.94?10?(?) ,p=3.57310-16(Pa)

8.314?298p(题目太罗嗦了)

10、应用德拜-尤格尔极限公式计算25℃时5.0310-3mol/kgZnCl2溶液的γ的标准电动势:Zn|ZnCl2(5.0310-3mol/kg)|AgCl,Ag ,E=1.183V 解:Zn+2AgCl=2Ag+ZnCl2

I=0.53(5.0310-3322+10.0310-3312)=1.5310-2(mol/kg) lg????0.509,??=0.7503 ?3|2?1|0.01=-0.1248 5aB= 4(γ

θ

±

±

,并求下列电池

2mB)3=43(0.750335.0310-3)3=2.112310-7

0.05922.112?10-7lgE=1.183+=0.9854(V) 21

θ

11、电池Zn-Hg|ZnSO4(aq)|PbSO4,Pb-Hg的E(298K)=0.4085V,当ZnSO4溶液浓度为5.0310-4mol/kg时,E(298K)=0.6114V,求ZnSO4的γ±,并与德拜-尤格尔极限公式计算值比较。 解:Zn+PbSO4=Pb+ZnSO4

I=0.53(5.0310-4322+5.0310-4322)=2.0310-3(mol/kg) lg????0.5093,??=0.8108 ?|2?2|0.00=-0.09111 20.0592(5.0?10-4??)2lg0.6114=0.4085- ,解得??=0.7476 21

12、已知25℃时,Hg|Hg22+与Hg|Hg2+的标准电极电势分别为0.79及0.85V,求下列反应的平衡常数:Hg2++Hg=Hg22+ 解:正极:Hg2+ +2e=Hg 负极:2Hg-2e=Hg22+

电池反应:Hg2++Hg=Hg22+ ;z=2

lgK??2?(0.85?0.79)θ

=2.027,K=106.4

0.0592

13、利用Hg,Hg2Cl2|KCl(饱和溶液)||待测溶液X,Q,H2Q|Pt电池进行酸碱滴定。若待测溶液X为pH=1.0的HCl,滴定液是NaOH溶液,估算滴定未开始前及滴定终了时的电池电动势。[注:

θ

此电池的正极为氢醌电极,电极反应为Q+2H++2e=H2Q,E(298K)=0.6995V,在稀溶液中a(H2Q)=a(Q)=1] 解:E=[0.6995+

0.0592lgc2(H?)]-0.2410=0.4585-0.0592pH 2滴定未开始前:E=0.4585-0.059231=0.3993(V) 滴定终了时:E=0.4585-0.059237=0.0441(V)

14、浓差电池Zn(l)|Zn2+(熔盐)|Zn-In[液态合金,x(Zn)=0.83]在505℃时的电动势为3.10mV,

(?E)p=9.6310-3mV2K-1。 ?T(1)在505℃时,把1.0mol液态Zn溶入大量Zn-In液态合金(x(Zn)=0.83)的过程?Gm及

?Sm为多少?

(2)求Zn在x(Zn)=0.83的Zn-In液态合金中的活度,以纯液态锌为标准态。

(3)已知505℃,在x(Zn)=0.83的Zn-In液态合金中,Zn的偏摩尔焓比同温度下纯Zn的摩尔焓大721.74J,求上述电池的温度系数,并与实验值比较。 (4)已知固态及液态Zn的饱和蒸汽压与温度的关系为:

lg[p(Zn,s)/Pa]?11.225?6850 T/K6163lg[p(Zn,l)/Pa]?10.233?

T/K求505℃时Zn的熔化吉布斯函数。

解:电池反应:Zn(l)= Zn-In[液态合金,x(Zn)=0.83]

(1)?Gm=-239650030.0031=-598.3(J/mol);

?Sm=239650039.6310-6=1.85(J2K-12mol-1)

(2)0.0031=0-

8.314?778lga(Zn);a(Zn)=0.9112

2?96500(3)721.74=-598.3+7783?Sm;?Sm=1.6967(J2K-12mol-1)

(?E)p=1.6967/(2396500)=8.791310-6(V2K-1) ?T(4)三相点温度可看作是Zn的熔点,易求Tfp=692.5K 根据 6850??s?gHm2.303R ;6163??l?gHm2.303R 得

?fuHsm=2.303R(6850-6163)=13154(J/mol)

-1-1 ?fuSsm=?fusHm/ Tfp=13154/692.5=19.0(J2K2mol)

所以505℃(778K)时,?fusGm=?fusHm-778?fusSm=13154-778319.0= -1628(J/mol)

15、25℃时,Cu,Cu2O|NaOH(1.0mol/kg)|HgO,Hg的电动势为461.7mV。

(1)写出此电池的两极反应及电池总反应,如果电池中的电解质溶液改用2mol/kgNaOH,电动势将等于多少?

??(2)已知此电池正极标准电极电势E?=0.098V,求E?

???(3)计算298K时电池反应的?rGm、?rHm、?rSm。已知:

物质 ?SB(298)/J?K-1?mol?1 ??1 ?fH(298)/J?molB?(4)求Cu2O的?fHB(298)

Hg(l) 77.40 0 HgO(s) 70.29 -90709 Cu(s) 33.35 0 Cu2O(s) 93.89 未知 H2O(l) 69.94 -285838 (5)已知298K时,HgO的分解压力为7.9310-16Pa,求Cu2O的分解压力。 解:电池反应:2Cu+HgO=Cu2O+Hg

(1)此反应与电解质浓度无关,因此电动势仍为461.7mV

?? (2)E= E=461.7=98-E?;E?= -363.7(mV)

θ

? (3)?Gm(298)=-239650030.4617=-89108(J/mol) ? ?rSm=77.40+93.89-70.29-2333.35=34.3(J2K-12mol-1)

?(298)= -89108+298334.3= -78887(J/mol) ?rHm?? (4)-78887=?fH(-(-90709);= -169596(J/mol) Cu,298)?H()BfBCu,298? (5)设电池反应为(1)式,其平衡常数K1=exp[89108/(29838.314)]=4.1731015

?HgO=Hg+0.5O2为(2)式,其平衡常数K2=(7.9310-16/101325)0.5=8.83310-11

?Cu2O=2Cu+0.5O2为(3)式,其平衡常数为K3

则(2)-(1)=(3)

K3=K2/K1=8.83310-11/4.1731015=2.13310-26

?=2.13310-26=[p(Cu2O)/101325]0.5,p(Cu2O)=4.60310-47 K3???

16、电池Pt,CO-CO2|ZrO2(+CaO)|空气,Pt 在700℃,E=0.99V,已知:

C+O2=CO2;?rGm(973)= -395388J2mol-1

?

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