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物理化学(第五版)上册

傅献彩 编 / 高等教育出版社

高书平13179941004 上传

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1.在应用电势差计测定电池电动势的实验中,必须使用下列何种电池或溶液:

(1) 标准氢电极组成电池; (2) 甘汞电极组成电池;

(3) 活度为 1 的电解质溶液; (4) 标准电池;

答: (4)

2.在电势差计中AB线段为电阻,为什么能表示电势的数值呢?

答: 根据欧姆定律 E=IRAB=IκAB,上式中I为通过回路的电流,κ为导线单位长度的电阻Ω/m,当测定ES及Ex时,两值相比,I及κ均约去,便有 ES=AB,Ex=AC,因此在电势差计中可以用 ES=AB,Ex=AC 来表示,而其它情况下不能用导线长度来表示电势。

3.用电势差测定电池电动势时,若发现检流计始终偏向一方,可能的原因:

(1) 检流计不灵; (2) 被测定的电池电动势太大;

(3) 搅拌不充分,造成浓度不均匀;(4) 被测电池的两个电极接反了。

答: (4)

4.为什么选用韦斯登电池作为标准电池?

答: 因为韦斯登电池能保证在测量过程中处于可逆过程的条件,并且该电池的电动势稳定,

温度系数很小。

5.电池在恒温、恒压和可逆条件下放电,则其与环境间的热交换为下列何者:

(1) 一定为零; (2) 为 ΔH;

(3) 为 TΔS; (4)与 ΔH 和 TΔS 均无关。

答: (3)

6.在温度为 T 时,有下列两反应

+- ½Cu+½Cl2=½Cu2+Cl 

1

+- Cu+Cl2= Cu2+2Cl 

2

1 和2 的关系为下列何者:

(1) 1

2 (2) 21

(3) 41

2 (4) 12

2

答: (1)

7.E和 ? 它们是强度因素还是容量因素?

E

各物质的活度为 1 时的电动势,这句话你认为对吗?

答: E 与 E nEF=-ΔG,故 E 与电池反应的物质在反应过程中的ΔG有关,而ΔG 与温度有关,故 E 与温度有关。E 必须是一个标准压力下,各物质的活度为 1 时的电动势,这句话原则上对的,但在特殊条件下也不尽然。如果各物质的活度不一定是 1, 而各反应物质的 Qa 刚等于 1,则该电池的电动势也等于该温度下的

E

8.同一反应如 Cu2+Zn=Cu+Zn2, 化学反应的热效应和电化学反应的热效应是否相同? 为什么?

答: 对于同一反应,化学反应的等压热效应与电池反应的电化学热效应不相同,因为化学热效应是等温等压下,无非体积功时的反应热,Qp=ΔH。而电池反应热效应 QR=TΔS,ΔH=-nFE+QR 两者之间相差电池与环境的电能传递的 nEF。

+---9. 2H+2e= H2 和 Cl2+2e= 2Cl 均属于气-液电极反应,其界面电势差ΔΦ(g,sln)如何表示?

答: 对于气液反应

ΔΦ(g,Sln)=Φ(g)-Φ(Sln)=[μM+(Sln)+nμe(M)-μM(g)]/nF

=[μM+(Sln)+nμn(M)-μM(g)]/nF+RTlnaM/nF

因对于气体电极,是以惰性金属 M(Pt)电极为导体,电子附于金属 M上,故上式中仍为 nμe(M) 而不是 nμe(g)。

10.金属表面带正电还是带负电荷受什么因素所决定,又与那些因素有关?对于较浓的硫酸铜溶液放入铜电极时金属表面带什么电?

答: 金属表面带正电,必须是阳离子在溶液中的化学势,比金属表面上电势高,即ΔΦ(M,Sln)为正值,否则金属带负电。与电极的本性ΔΦ(M,Sln),及参加电极反应的各物质的活度有关。Cu 放入较浓的硫酸铜溶液中,则金属表面正电。

11. (s)、 (M) 表时什么电势? Δ 和  又表示什么电势?Δ 和  两者有何不同? 如何由 Δ 过渡到 ?

答:  (S)即  (Sln), (Sln) 表示物质在溶液中的电势; (M) 表示在金属表面上的电势, Δ 表示物质在两个不同相界面上的电势差,表示物质在一相上的电势值。但表示 物质在某相上的电势相对数值;规定标准氢电极数值为零,把某电极与标准氢电极组成电池, 测出其电动势,那么该电动势数值即为该电极的值,值。 ++

12.标准电极电势表中给出的数据一般指 298K,对于不同温度下的标准电极电势

从电极电势的能斯特公式计算?

答: 可以,只要知道电极电势的温度系数 ( /T)p,就行:

 (T)= (298)+(/T)ΔT=(298)+(RT/nF)lnaM++(/T)ΔT

13.金属钠和钠汞齐两个反应的电极电势公式如何表示?这两个反应的和

+ 答: Na 电极的反应为 Na+e Na(S)

Na+/Na=Na+/Na+(RT/F)·ln(aNa+/aNa)

当 aNa+=1, aNa=1, =Na+/Na

对于钠汞齐电极,反应为 Na++e Na(Hg)

Na+/Na(Hg)=Na+/Na(Hg)+(RT/F)·ln(aNa+/aNa(Hg))

aNa(Hg) 是 Na 在汞齐中的活度。

当 aNa+=1,aNa(Hg)=1, Na+/Na(Hg)=Na+/Na(Hg)

因此这两个电极不相同,也不同。 如果Na在Hg中溶解达到饱和时,

则Na+/Na 和Na+/Na(Hg) 数值相等。

14.为什么难溶盐电极都是对阴离子可逆的电极?

答: 因难溶盐为固相,还原后的金属仍为固相,而未还原的阴离子进入溶液,故难溶盐电极都 是对阴离子可逆的电极。

++++15.对氧化还原电极: Pt|Fe2,Fe3; Pt|Sn2,Sn4 若将Pt换为Fe和Sn是否可以?

为什么?

++++答: 若将电极 Pt|Fe2,Fe3;Pt|Sn2,Sn4中的Pt分别换成Fe和Sn,则Fe极表面的三个

反应 :

+Fe3+3e Fe 0.036 V

+ Fe2+2e Fe 0.447 V

++ Fe3+e Fe2 0.770 V

++其中以 Fe2Fe 的电势最低,故负极最可能的电极反应为 FeFe2+2e

++而不是 Fe2Fe3+e。

对于 Sn 电极的二个反应为:

+ Sn2+2e Sn 0.1364 V

+ Sn4++2e Sn2 0.151 V

因此负极反应最可能是第一个而不是后者。

这样这两支电极都失去其原来氧化--还原电极的作用。因此,不能换。

16.下列电池属于哪一种类型的电池?

(1) Ag, AgCl|HCl(m1)|H2(p),(Pt)——(Pt),H2(p)|HCl(m2)|AgCl,Ag(s)

(2) Hg—Zn(a1)|ZnSO4(a)|Zn(a2)—Hg ; a1>a2

(3) Na(汞齐)(0.206%)|NaI(在 C2H5OH 中)|Na(s)

答: (1) 双联浓差电池,属于电解质浓差电池。

(2) 电极浓差电池。 (3) 电极浓差电池。

17.为什么说玻璃电极也是一种离子选择性电极?使用玻璃电极应注意什么问题?用玻璃电极作为指示电极,组成电池能否测定 HCl 的活度系数?

答: 因为玻璃电极的特殊构造,并且内部有内参比电极,因此玻璃电极电势大小与待测溶液的pH关系,298K时为:  (玻璃)=(玻璃)-0.05915pH,其中(玻璃)是常数,数值大小与电极玻璃膜性质有关, 与 H+ 浓度无关, 可见定温下 (玻璃)大小仅与待测液中 H+ 浓度有关, 因此它是氢离子选择电极,也是一种离子选择电极。使用玻璃电极, 要注意避免受较强的机械震动, 不要把玻璃膜与硬物相触;新买的玻璃电极使用前, 要用蒸馏水浸泡 24

小时以上, 玻璃电极在强碱中使用, 要尽快操作, 毕后立即用蒸馏水清洗。 用玻璃电极作指示电极, 组成电池, 不能测定HCl溶液的活度系数,因为单离子的活度是不能测定的,对稀溶液中pH的测定,人们给了一个操作定义,也就是以国际上统一规定五个标准缓冲溶液的pH值为参考点,确定待测溶液的pH值,即 pH(x)=pH(s)+(Es-Ex)F/2.303RT , 因为标准缓冲溶液中, pH(s) 不是正好等于 -LgaS(H+), 同样, pH(x) 也不是正好等于 -Lga+(H), 所以用玻璃电极测出的 HCl的 pH值,即 -Lga(H+)是相对数值,不能以此计算出 HCl 的活度系数 。

18.用作图法当 m→0 时可求 E 值,和前面所讲的各物质的活度为 1 时,则 E=

E

概念是否矛盾? 图 9-10 以 E+0.1183lg m 对√m 作图应为直线? 而实际并非为直线 ,为什么? 在此情况下如何准确地测得

E

答: 两者概念不相矛盾,作图法是求得 E 值的实验方法;选 a=1 时的 E=

E E 物理

意义的解释,因用实验手段不可能配制 a= 1 的溶液。 以 E+0.1183lgm 对 √m 作图,在 m 较大时不是直线,因在推导公式时运用德拜--尤格尔的极限定律,该定律只适用于稀溶液。如果得不到直线,则根据Y=E+0.1183lg(m/m)=f(m),则可以 Y 对 m 的高次方根作图,使横坐标距离拉开。但在稀溶液处可得到直线,从而得到原始纵坐标之值。

19.根据 Fe—H2O 电势—pH 图回答下列问题:

(1) 铁在什么条件下最稳定?

(2) 铁在什么介质中腐蚀最严重?

+ (3) 铁在什么电势、pH 条件下被腐蚀为 Fe2?

答: (1) Fe 在<-0.5, pH值 比较低时最稳定。

(2) Fe 在 pH < 6,和 >-0.4 时以及≈0--0.8, 和 pH≈8—14 间腐蚀最严重。

+ (3) 在 pH<6, -0.4<< 0.8 区成为 Fe2。

20.已知下列标准电极电势数据

0.54 1.20 1.70

--- I ——3——3——5IO6

1.23 1.69

+- Mn2——MnO2——MnO4

利用标准电极电势的数据,回答下列问题

(1) 将高锰酸逐滴加入氢碘酸溶液中,可得到什么产物?

(2) 将碘化物溶液逐滴加入高锰酸盐溶液中得到什么产物?

--+解: (1) MnO4 滴加入 HI 溶液中,得到产物 I3 与 Mn2。道理是: 高锰酸盐逐滴时, MnO4

-------是少量, I大量存在, 如生成 IO3,  (IO3/I3)=1.20,  (I3/I)=0.54 ;则要发生反应: ----I+IO3→ 2I3如果生成 H5IO6,这个电位更正,更容易与 I 发生反应。因此在 I 大量存在

--++下,产物只能是 I3。另一方面 MnO4 还原产物为Mn2。如果不是Mn2 是 MnO2,则

-+--MnO2 与大量 I 还要发生反应。 (MnO2/Mn2)=1.23 V (I3/I)=0.54 因此最终产物只

+--+-+-能是 Mn2。所以,反应式为: 15I+2MnO4+16H→ 5I3+2Mn2+8H2O(2) HI 滴加入 ---+MnO4 中,产物为 IO3 与 MnO2。道理是:这里 MnO4 是过量的, 如果产物是 Mn2,+---则 Mn2 与 MnO4 还要发生反应,结果产物为 MnO2。 I 被氧化,如果产物是 I3,那---- (IO3/I3)=1.20 比 (MnO4/MnO2)=1.69V 要小,还要被氧化,最后产物是 IO3。由

--- (H5IO6/IO3)=1.70 V,比 (MnO4/MnO2) 要大,因此 I 也不会被氧化成 H5IO6。因此

--+-反应为: I+2MnO4+2H→ IO3+2MnO2+H2O

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