大学物理化学下册(第五版)复习题及解答

第八章电解质溶液

第九章

1.可逆电极有哪些主要类型?每种类型试举一例，并写出该电极的还原反应。对于气体电极和氧化还原电极在书写电极表示式时应注意什么问题?

答：可逆电极有三种类型：

(1)金属气体电极如Zn(s)|Zn2+ (m) Zn2+(m) +2e- = Zn(s)

(2)金属难溶盐和金属难溶氧化物电极如Ag(s)|AgCl(s)|Cl-(m)，AgCl(s)+ e- = Ag(s)+Cl-(m)

(3)氧化还原电极如：Pt|Fe3+(m1),Fe2+(m2) Fe3+(m1) +e- = Fe2+(m2)

对于气体电极和氧化还原电极，在书写时要标明电极反应所依附的惰性金属。

2.什么叫电池的电动势?用伏特表侧得的电池的端电压与电池的电动势是否相同?为何在测电动势时要用对消法?

答：正、负两端的电势差叫电动势。不同。当把伏特计与电池接通后，必须有适量的电流通过才能使伏特计显示，这样电池中发生化学反应，溶液浓度发生改变，同时电池有内阻，也会有电压降，所以只能在没有电流通过的情况下才能测量电池的电动势。

3.为什么Weslon标准电池的负极采用含有Cd的质量分数约为0.04~0.12的Cd一Hg齐时，标准电池都有稳定的电动势值?试用Cd一Hg的二元相图说明。标准电池的电动势会随温度而变化吗?

答：在Cd一Hg的二元相图上，Cd的质量分数约为0.04~0.12的Cd一Hg齐落在与Cd一Hg固溶体的两相平衡区，在一定温度下Cd一Hg齐的活度有定值。因为标准电池的电动势在定温下只与Cd一Hg齐的活度有关，所以电动势也有定值，但电动势会随温度而改变。

4.用书面表示电池时有哪些通用符号?为什么电极电势有正、有负？用实验能测到负的电动势吗？

答：用“|”表示不同界面，用“||”表示盐桥。电极电势有正有负是相对于标准氢电极而言的。

不能测到负电势。5.电极电势是否就是电极表面与电解质溶液之间的电势差?单个电极的电势能否测量?如何用Nernst 方程计算电极的还原电势?

5.电极电势是否就是电极表面与电解质溶液之间的电势差?单个电极的电势能否测量?如何用Nernst 方程计算电极的还原电势?

答：电极电势不是电极表面与电解质溶液之间的电势差。单个电势是无法测量的。用Nernst 方程进行计算:

6.如果规定标准氢电极的电极电势为 1.0V ，则各电极的还原电极电势将如何变化?电池的电动势将如何变化?

答：各电极电势都升高1，但电池的电动势值不变。

7.在公式Δr G m Θ=-zE ΘF 中，Δr G m Θ

是否表示该电池各物都处于标准态时，电池反应的Gibbs 自由能变化值？

答：在公式Δr G m Θ=-zE ΘF 中，Δr G m Θ

表示该电池各物都处于标准态时，在T,p 保持不变的条件下，按电池反应进行1mol 的反应时系统的Gibbs 自由能变化值。

8.有哪些求算标准电动势E Θ

的方法？在公式

中，E Θ是否是电池反应达平衡时的电动势？K Θ

是否是电池中各物质都处于标准态时的平衡常数?

答：求算标准电动势E Θ

的方法较多，常用的有： 公式 是由Δr G m Θ联系在一起，但E Θ和K Θ处在不同状态，E Θ处在标准态，不是平衡态(在平衡态时所有的电动势都等于零，因为Δr G m Θ等于零)。K Θ

处在平衡态，而不是标准态(在标准态时平衡常数都等于1)。

9.联系电化学与热力学的主要公式是什么?电化学中能用实验测定哪些数据?如何用电动势法测定下述各热力学数据?试写出所设计的电池、应测的数据及计算公式。

答：联系电化学与热力学的主要公式是：Δr G m =-zEF ，Δr G m Θ=-zE Θ

F

电化学中用实验能测定E ，E Θ， 。用电动势法测定热力学数据的关键是能设计合适的电池，使电池反应就是所要求的反应，显然答案不是唯一的。现提供一个电池作参考。

(1).H 2O(1)的标准摩尔生成Gibbs 自由能Δf G m Θ

(H 2O,1);

电池:Pt|H 2(p H2) | H +或OH -(aq) | O 2(p O2)|Pt

净反应:H 2(p Θ) + 1/2O 2(p Θ

) = H 2O(l)

Δf G m Θ (H 2O,1)=-zE Θ

F

(2).H 2O(1)的离子积常数K Θ

;

电池:Pt|H 2(p H2)|H +(a H+)||OH -(a OH-)|H 2(p H2)|Pt 净反应:H 2O(l) ⇔ H +(a H+) + OH -(a OH-)

(3)Hg 2SO 2(s)的活度积常数K sp Θ;

电池:Hg(l)|Hg 22+(a Hg22+)||SO 42-(a SO42-)|Hg 2SO 4(s)|Hg(l)

净反应:Hg 2SO 4(s) = Hg 22+(a Hg22+)+SO 42-(a SO42-)|

(Re )

(Re )ln B Ox d v B Ox d B RT a zF

ϕϕ

Θ

=-∏,,ln r m G RT E E E K zF zF ϕϕ

ΘΘΘΘΘΘΘ

+-∆=-=-=ln RT E K zF ΘΘ

=exp W zE F K RT ΘΘ

⎛⎫= ⎪

⎝⎭exp sp zE F K RT

ΘΘ

⎛⎫= ⎪⎝⎭

p

E T ∂⎛⎫ ⎪∂⎝⎭

(4)反应Ag(s)+1/2Hg 2Cl 2(s)→AgCl(s)+Hg(1)的标准摩尔反应焓变 Δf H m Θ

；

电池:Ag(s)|AgCl(s)|Cl -(a Cl -)|Hg 2Cl 2(s)|Hg(l) 净反应：Ag(s)+1/2Hg 2Cl 2(s)→AgCl(s)+Hg(1)

Δr G m Θ =-ZE Θ

F=Δr H m Θ-TΔr S m

Θ

(5).稀的HCI 水溶液中,HCl 的平均活度因子Y ±；

电池:Pt|H 2(p Θ

)|HCl(m)|AgCl(s)|Ag(s)

净反应:H 2(p Θ) + AgCl(s) = H +(a H +)+Cl -(a Cl -) +Ag(s)

(6)Ag 2O(s)的标准摩尔生成焓Δf H m Θ

和分解压。

电池:Ag(s)+Ag 2O(s)|OH-(a OH -)|O 2(p Θ

)|Pt

净反应:Ag 2O(s)→1/2O 2(p Θ

)+2Ag(s)

(7).反应Hg 2Cl 2(s)+H 2(g)→2HCl(aq)+2Hg(l)的标准平衡常数K a Θ

；

电池:Pt|H 2(p Θ

)|HCl(a HCl )|Hg 2Cl 2(s)|Hg(l)

(8).醋酸的解离平衡常数。

电池:Pt|H 2(p Θ)|HAc(mHAc),Ac -(m Ac -),Cl -(a Cl -)|AgCl(s)|Ag(s)

净反应:AgCl(s)+H 2(p Θ)→H +(a H +)+Cl -(a Cl -) +Ag(s)

10.当组成电极的气体为非理想气体时，公式Δr G m =-zEF 是否成立?Nernst 方程能否使用?其电

动势E 应如何计算?

答：因为是非理想气体，所以先计算电池反应的Δr G m ， ，公式中代人非

理想气体的状态方程。然后根据Δr G m 与电动势的关系，计算电动势Δr G m =-zEF 公式和Nernst 方程能使用。

11.什么叫液接电势?它是怎样产生的?如何从液接电势的测定计算离子的迁移数?如何消除液接

r m

H =-zE F+zFT p

E T ΘΘΘ

⎛⎫

∂∆ ⎪

∂⎝⎭212ln ln H Cl H a a RT RT m E E E zF zF m a γ+-ΘΘ±Θ⎛⎫⋅⎛⎫ ⎪=-=-⋅ ⎪

⎪⎝⎭⎝⎭

()221

2,exp r m p

f m r m O p E H zE F zFT T H A

g O s H p zE F K p RT ΘΘΘ

ΘΘ

ΘΘ

Θ⎛⎫∂∆=-+ ⎪∂⎝⎭∆=-∆⎛⎫⎛⎫== ⎪ ⎪

⎝⎭⎝⎭exp a zE F K RT ΘΘ

⎛⎫= ⎪⎝⎭

21

2_

ln H Cl H H H H Ac a

HAc

a a RT E E zF a m a m HAc H Ac a a K a +-+

++-

ΘΘ

+Θ⎛⎫⋅ ⎪=- ⎪

⎝⎭

=+⋅=21r m G = p p Vdp

∆⎰