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

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MgCl 2或

21MgCl 2。在一定温度与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:2∞Λm (2

1MgCl 2)( b )∞Λm (MgCl 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 +与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:υ+ = 1、5υ- 。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∞Λm 最大的正离子就是( d )。

选择填入:(a) Na +; (b) 21Mg 2+; (c) 3

1La 3+; (d) H +

4、在25℃时,若要使电池 Pt|H 2(g, p 1)| HCl 水溶液| H 2(g, p 2) Pt

的电动势E 为正值,则必须使( b )。

选择填入:(a) p 1=p 2; (b) p 1>p 2; (c) p 1

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±γ=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就是( 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) Fe 2+ + 2e -

Fe(s)的标准电极电势O 1E =-0、439V (2) Fe 3+ + e -

Fe 2+的标准电极电势O 2E = 0、770V (3) Fe 3+ + 3e -Fe(s)所对应电极的标准电极电势

=+O )}Fe(s |Fe {33E ( b )。 选择填入:(a) 0、331 V;(b) -0、036V; (c) -0、331V; (d) 0、036V

8、25℃时电池反应:H 2(g, 100kPa) + 0、5O 2(g, 100kPa)

H 2O{1,p (环)=100kPa} 所对应的电池的电动势E 1=1、229V 。

25℃时电池反应:2H 2O{1,p (环)=100kPa }2H 2(g,100kPa) + O 2(g,100kPa)

所对应电池的电动势E 2=( 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 一定就是( d )。

选择填入:(a) 大于零;(b) 等于零;(c) 小于零;(d) 不等于零

10、在一定温度与压力下,将表面活性物质加入溶剂中后,所产生的结果必然就是( a )。

选择填入:(a) T c )/(??σ <0,正吸附; (b) T c )/(??σ>0,负吸附;

(c) T c )/(??σ >0,正吸附; (d) T c )/(??σ<0,负吸附

二、填空题

1、在A 与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AgNO 3水溶液与1mol·dm -3的CuSO 4水溶液。两电解池的阴极皆为铂电极,阳极分别为Ag(s)与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∞Λm 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 O [Cl -{a(Cl -)=1}|AgCl(s)|Ag] = 0、2221V , E O {Cl -{a (Cl -)=1}|Cl 2(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}|Cl 2(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、不论就是分散在大气中的小液滴与小气泡,或者就是分散在液体中的小气泡,以及在毛细管中的凹液面与凸液面,它们所承受附加压力?p 的方向,皆就是指向( 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-液界面与固-液界面取代固-气界面的过程。若已知固体与液体的表面张力分别为σs -g 与σl -g ,固-液界面张力为σs -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 (σg -l + σg -l -σs -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σ变小。由?p =2σ/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、在一定的温度与大气压力下,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

1、已知25℃时,纯水的电导率κ=5、50?10-6S ·m -1,无限稀释时H +与OH -的极限摩尔电导率∞Λm 分别为349、82?10-4S ·m 2·mol -1及198?10-4S ·m 2·mol -1,纯水的密度ρ=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K W 为多少？

解:25℃时,水的物质的量浓度

c = ρ/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:

Λm = κ/c = 5、50?10-6S ·m -1/55、347?10-3 mol ·m -3=9、9373?1011S ·m 2·mol -1

水就是一种弱电解质,只有极少量的水分子发生如下电离:

H 2O(l) H + + OH -

c (1-α) αc αc

25℃时水的极限摩尔电导率:

∞Λm = ∞Λm (H +) + ∞Λm (OH -)

= (349、82 + 198、0) ?10-4S ·m 2·mol -1=547、82?10-4S ·m 2·mol -1

25℃纯水的电离度: 9411

m m 10814.110

82.547109373.9---∞?=??ΛΛ=α 选用c O =1 mol ·dm -3为标准状态,纯水的活度a (H 2O) = 1, 纯水中H +与OH -的平均活度系数:

O O ±-+±====c ac c ac a a //)OH ()H (,1γγ

水的离子积:14292W 10008.1)347.5510814.1()/(--O ?=??===c ac K K a

2、25℃时,Ag 2O(s)标准摩尔生成焓O ?m f H = -31、0 kJ ·mol -1,标准电极电热Ag}|O(s)Ag |OH {2-

O E = 0、343V ,Pt)|(g)O |O H ,OH (22-O E = 0、401V 。在空气中将Ag 2O(s)加热至什么温度,才能发生下列分解反应？

Ag 2O(s) 2Ag(s) + 0、5O 2(g)

假定此反应的?r C p ,m = 0,空气中氧气的分压力p (O 2) = 21、278kPa 。

解:为求上述反应的O ?m r S ,需将上述反应设计成原电池。

阳极反应:2OH -(a 1) H 2O(1)+0、5 O 2(g)+2e -;

阴极反应:Ag 2O(s)+ H 2O(1)+ 2e -2Ag(s)+ 2OH -(a 1)

两电极反应中OH -的活度相等,这两个电极反应之与则为题给反应。可设计成下列单液电池:

Pt|O 2(g)|NaOH 溶液| Ag 2O(s)|Ag

25℃时,原电池的标准电动势:

E O = Ag}|O(s)Ag |OH {2-O E -Pt)|(g)O |O H ,OH (22-O E =0、343V -0、401V = -0、058V

O ?m r G = - 2F E O = -2?96485?(-0、058) J ·mol -1=11192 J ·mol -1

O ?m r S =(O ?m r H -O ?m r G )/T =(31、0?103-11192) J ·mol -1/298、15K=66、44J ·K -1·mol -1

由于?r C p,m = 0,故O ?m r H 及O ?m r S 皆不阻碍T 而变。Ag 2O(s)发生热分解温度T 可由下式求出。

)(m r T G ?=2/12m r }/)O (ln{)(O O +?p p RT T G = (O ?m r H -T O ?m r S )2/12}/)O (ln{O +p p RT < 0

由上式可得:

T > 5.02m r m

r }/)O (ln{O O O -??p p RT S H =1-1--13K

mol J )21278.0ln 314.85.04.66(mol J 1031???-??=425、40K

即Ag 2O(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 | PbSO 4(s) | H 2SO 4 (b =1mol ·kg -1) | PbSO 4(s) | PbO 2(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 O =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?r S m 及?r H m ,H 2SO 4的活度及正负离子的平均活度系数±γ各为多少？

解:放电2法拉第,即z =2

阳极反应:Pb(s) +-24SO PbSO 4(s) + 2e -

阴极反应:PbO 2(s) + 2H 2SO 4 + 2e -

PbSO 4(s) +-24SO +2H 2O(l) 电池反应:Pb(s) + PbO 2(s) + 2H 2SO 4(b ) 2PbSO 4(s)+2H 2O(l)

电动势的温度系数:

p p t E T E )/()/(??=??=(5、61?10-5 +2、16?10-8t /℃)V ·K -1 t =25℃时,

p T E )/(??=(5、61?10-5 +5、664?10-5 )J ·K -1·mol -1 = 10、93 J ·K -1·mol -1 E = 1、918V; m r G ?= -zFE = -370265J ·mol -1

m r H ?= m r G ?+T m r S ? = (-370265 + 298、15?10、93)J ·mol -1 = -367、0 kJ ·mol -1

H 2SO 4活度及活度系数的计算:

已知b = 1mol ·kg -1,假设溶液中a (H 2O)≈1,其它纯固态物质的活度皆为1。25℃时:

)SO H (ln )/()

SO H ()PbO ()Pb ()O H ()s ,PbSO (ln 4242222242a F RT E a a a a a zF RT E E +=-=O O ∴ ln a (H 2SO 4) = 15

.298314.896485)041.291877.1()(??-=-O RT E E F = -4、7577 a (H 2SO 4) = 8、586?10-3

又知b = b O = 1mol ·kg -1, a (H 2SO 4) = 43±γ(b /b O )3

∴ ±γ(H 2SO 4) = {a (H 2SO 4)/4}1/3 = 0、129