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

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或导率存在下列关系:2??m(

1MgCl2。在一定温度与无限稀释的水溶液中,两者的极限摩尔电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+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:?+ = 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最大的正离子就是( d )。

11选择填入:(a) Na+; (b) Mg2+; (c) La3+; (d) H+

234、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

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) Fe2+ + 2e?(2) Fe3+ + e?

Fe(s)的标准电极电势E1?=?0、439V

?Fe2+的标准电极电势E2= 0、770V

(3) Fe3+ + 3e?Fe(s)所对应电极的标准电极电势

?E3{Fe3?|Fe(s)}?( b )。

选择填入:(a) 0、331 V;(b) ?0、036V; (c) ?0、331V;

(d) 0、036V

H2O{1,p(环)=100kPa}

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) (??/?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AgNO3水溶液与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)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??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。

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

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?s?g与?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?=5、50?10?6S·m?1,无限稀释时H+与OH?的极限摩尔电导率??m分别为349、82?10?4S·m2·mol?1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 水就是一种弱电解质,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+与OH?的平均活度系数:

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

???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,这两个电极反应之与则为题给反应。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

??rGm= ? 2F E? = ?2?96485?(?0、058) J·mol?1=11192 J·mol?1

????rSm=(?rHm??rGm)/T =(31、0?103?11192) J·mol?1/298、15K=66、44J·K?1·mol?1 ??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。 ????rGm(T)=?rGm(T)?RTln{p(O2)/p?}1/2= (?rHm?T?rSm)?RTln{p(O2)/p?}1/2? 0

由上式可得: T ?

??rHm??rSm?0.5?RTln{p(O2)/p}(66.4?0.5?8.314ln0.21278)J?mol?K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

=

31?103J?mol-1-1-1=425、40K

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) +SO24PbSO4(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)

(?E/?T)p?(?E/?t)p=(5、61?10?5 +2、16?10?8t/℃)V·K?1 电动势的温度系数: 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:

E?E?a2(PbSO4,s)a2(H2O)RT?ln?E??(RT/F)lna(H2SO4) 2zFa(Pb)a(PbO2)a(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

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

说明:25℃时,b = 1mol·kg?1H2SO4的??文献值0、130。