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物理化学期末试卷 xt9

第九章可逆电池的电动势及其应用

一、选择题

1. 已知: (1) Cu│Cu2+(a2)‖Cu2+(a1)│Cu 电动势为E1

(2) Pt│Cu2+(a2),Cu+(a')‖Cu2+(a1),Cu+(a')│Pt电动势为E2,则:( )

(A) E1=1/2E2 (B) E1= E2 (C) E1= 2 E2(D) E1≥E2

2. 当电池的电动势E=0时,表示:()

(A) 电池反应中,反应物的活度与产物活度相等

(B) 电池中各物质都处于标准态

(C) 电池反应的平衡常数K a=1

(D) 正极与负极的电极电势相等

3.以下关于玻璃电极的说法正确的是: ( )

(A) 玻璃电极是一种不可逆电极

(B) 玻璃电极的工作原理是根据膜内外溶液中被测离子的交换

(C) 玻璃电极易受溶液中存在的氧化剂、还原剂的干扰

(D) 玻璃电极是离子选择性电极的一种

4.在电极分类中,何者不属于氧化-还原电极?()

(A)Pt|Fe3+, Fe2+ (B) Pt|Tl3+,Tl+ (C) Pt,H2| H+ (D) Pt|Sn4+,Sn2+

5. 有三种电极表示式:(1) Pt,H2(pθ)│H+(a=1),(2)Cu│Pt,H2(pθ)│H+(a=1),(3) Cu│Hg(l)│

Pt,H2(pθ)│H+(a=1),则氢电极的电极电势彼此关系为:( )

(A) 逐渐变大(B) 逐渐变小 (C) 不能确定 (D) 彼此相等

6.将反应H++ OH-=H2O设计成可逆电池,选出下列电池中正确的一个( )

(A) Pt│H2│H+(aq)‖OH-│O2│Pt

(B) Pt│H2│NaOH(aq)│O2│Pt

(C) Pt│H2│NaOH(aq)‖HCl(aq)│H2│Pt

(D) Pt│H2(p1)│H2O(l)│H2(p2)│Pt

7. 金属与溶液间电势差的大小和符号主要取决于: ( )

(A) 金属的表面性质(B) 溶液中金属离子的浓度

(C) 金属的本性和溶液中原有的金属离子浓度 (D) 金属与溶液的接触面积

8. 常用醌氢醌电极测定溶液的pH 值, 下列对该电极的描述不准确的是:( )

(A) 醌氢醌在水中溶解度小, 易于建立平衡

(B) 电极属于氧化-还原电极

(C) 可在pH=0-14的广泛范围内使用

(D) 操作方便, 精确度高

9.用下列电池测溶液pH。参比电极‖H+(pH)│H2(pθ),Pt,设参比电极的φθ为

x,2.303RT/F=0.059, 测得电动势为E, 则 pH值的计算式为:( )

(A) pH=( E+x )/0.059 (B) pH=-( E+x )/0.059

(C) pH=( 0.059-x )/E(D) pH= 0.059 x/E

10.下列电池中液接电势不能被忽略的是:( )

(A) Pt, H2(p1)│HCl(m1)│H2(p2), Pt

(B) Pt, H2(p)│HCl(m1)‖HCl(m2)│H2(p), Pt

(C) Pt, H2(p)│HCl(m1)┆HCl(m2)│H2(p), Pt

(D) Pt, H2(p)│HCl(m1)│AgCl,Ag-Ag,AgCl│HCl(m1)│H2(p), Pt

11. 298 K 时,应用盐桥将反应H + + OH - = H 2O(l)设计成的电池是: ( )

(A ) Pt,H 2|OH -||H +|H 2,Pt (B ) Pt,H 2|H +||OH -|H 2,Pt

(C ) Pt,O 2|H +||OH -|O 2,Pt (D ) Pt,H 2|H +||OH -|O 2,Pt

12. 298 K 时,已知φθ(Fe 3+,Fe 2+)=0.77 V , φθ(Sn 4+,Sn 2+)=0.15 V ,当这两个电极组成自发电池时,

E θ为: ( )

(A) 1.39 V (B) 0.62 V (C) 0.92 V (D) 1.07 V

13.某电池电动势与温度的关系为:E /V = 1.01845 - 4.05×10-5 (t /℃- 20) - 9.5×10-7(t /℃- 20)2

298 K 时,电池可逆放电 ,则: ( )

(A) Q > 0 (B) Q < 0 (C) Q = 0 (D) 不能确定

14. 在电极─溶液界面处形成双电层,其中扩散层的厚度 δ 与溶液中相关离子浓度m 的大

小关系是: ( )

(A) m 增大,δ 增大 (B) m 增大,δ 变小

(C) 两者无关 (D) 两者关系不确定

15.下列电池不属于浓差电池的是: ( ) (A) Tl(Hg)(a 1)|Tl +(aq)|Tl(Hg)(a 2)

(B) Na(Hg)(a)|NaCl(m 1)|| NaCl(m 2)|Na(Hg)(a)

(C) Na(Hg)(a)| NaCl(m 1)|AgCl(s)|Ag(s)—Ag(s)|AgCl(s)|NaCl(m 2)|Na(Hg)(a)

(D) Ag(s)|AgCl(s)|NaCl(aq)|Na(Hg)(a)|NaCl(CH 3CN 溶液)|Na(s)

16. 298 K 时, 电池反应为 Zn(s)+Ni 2+(a 1=1)=Zn 2+(a 2)+Ni(s) 的电池的电动势为0.54 V , 已

知 φθ(Zn 2+,Zn)=-0.763 V , φθ(Ni 2+,Ni)=-0.250 V , 则 Zn 2+的活度 a 2为 : ( )

(A) 0.08 (B) 0.06 (C) 0.12 (D) 0.04

17.298 K 时,在电池 Pt │H 2(p θ)│H +(a=1)‖CuSO 4(0.01 mol ·kg -1)┃Cu(s)右边溶液中加入

0.1 mol ·kg -1 Na 2SO 4溶液时(不考虑稀释效应),则电池的电动势将: ( )

(A) 上升 (B) 下降 (C) 基本不变 (D) 无法判断

18.科尔劳乌施(Kohlransch)从实验中总结出电解质溶液的摩尔电导率与其浓度成线性关系,

c A m m ?=∞ΛΛ,这一规律适用于: ( )

(A )弱电解质 (B )强电解质的稀溶液

(C )无限稀溶液 (D )浓度为1mol ·dm -3的溶液

19.在还原性酸性溶液中, Zn 的腐蚀速度较Fe 为小, 其原因是: ( )

(A) φ (Zn 2+/ Zn)(平) < φ (Fe 2+/ Fe)(平)

(B) φ (Zn 2+/ Zn) < φ (Fe 2+/ Fe)

(C)

φ (H +/ H 2)(平, Zn) < φ (H +/ H 2)(平, Fe) (D) φ (H +/ H 2)(Zn) < φ (H +/ H 2)(Fe)

20. 一贮水铁箱上被腐蚀了一个洞,今用一金属片焊接在洞外面以堵漏,为了延长铁箱的寿

命,选用哪种金属片为好? ( )

(A) 铜片 (B) 铁片 (C) 镀锡铁片 (D) 锌片

21.金属活性排在H 2之前的金属离子,如Na + 能优先H +在汞阴极上析出,这是由于: ( )

(A) φθ(Na +/ Na) < φ θ(H +/ H 2) (B) η (Na) < η (H 2) (C)

φ (Na +/ Na) < φ (H +/ H 2) (D) H 2在汞上析出有很大的超电势, 以至于φ (Na +/Na) > φ (H +/H 2)

22.下图描述了原电池和电解池中电极的极化规律, 其中表示原电池阳极的是:()

物理化学期末试卷 xt9

(A) 曲线1 (B) 曲线2 (C) 曲线3 (D) 曲线4

23. 电池在恒温、恒压及可逆情况下放电, 则其与环境的热交换为( )

(A) ?r H (B) T?r S (C) 一定为零 (D) 与?r H与T?r S均无关

24. 极谱分析仪所用的测量阴极属于下列哪一种?( )

(A) 浓差极化电极(B) 电化学极化电极

(C) 难极化电极(D) 理想可逆电极

25.对于Weston标准电池,下列叙述不正确的是:()

(A)温度系数小(B)为可逆电池

(C)正极为含12.5%镉的汞齐(D)电池电动势长期保持稳定不变

26.若某电池反应的热效应是负值,此电池进行可逆工作时,与环境交换的热:()

(A)放热(B)吸热(C)无热(D)无法确定

27.下列电池中,哪个电池反应不可逆:()

(A)Zn│Zn2+‖Cu2+│Cu (B)Zn│H2SO4│Cu

(C)Pt,H2(g)│HCl(aq)│AgCl+Ag(D)Pb,PBSO4│H2SO4│PbSO4+PbO2 28.在恒温恒压条件下,以实际工作电压E'放电过程中,电池的反应热Q等于:()

(A)ΔH-zFE'(B)ΔH+zFE'(C)TΔS (D)TΔS-zFE'

二、填空题

1. 用Ag棒插入AgNO3溶液, 用Zn棒插入ZnCl2溶液, 用盐桥相连, 组成自发电池的书面表示

式为: ____________________, 所用的盐桥是__________。

2. 电池Pt│H2(101.325 kPa)‖HCl(γ±, m)│Hg2Cl2│Hg│Pt根据能斯特公式其电动势E =

___________ ,得到 lgγ± = _________ 。因此可以用测定电池电动势的方法求电解质的离子平均活度系数。

3. 测定电动势必须在= 0条件下进行,因此采用法。

4. 写出 25℃时,电池Sb(s)│Sb2O3(s)│KOH(m),KCl(m')│H2(g,pθ),Pt 的负极反应

_____________________,以及电池的总反应________________________ 。

三、计算题

1.在298K有电池:Pt,H2(Pθ)│HI(m)│AuI(s)+Au(s),已知当HI浓度m=1×10-4

mol·kg-1时,E=0.97V;当m=3.0 mol·kg-1时,E=0.41V,电极Au+│Au(s)的φθ为1.68V,试求:

(1) H I溶液的浓度为3.0 mol·kg-1时的γ±。

(2) A uI (s )的活度积K α 。

2.电池:Ag │AgCl(s)│KCl(aq)│Hg 2Cl 2(s)│Hg(l) 在 298

K 时的电动势 E =0.0455 V ,(?E /?T )p = 3.38×10-4 V ·K -1,写出该电池的反应,并求出 ?r H m ,?r S m 及可逆放电时的

热效应Q r 。

3.18℃时, 测定了下列电池的一系列电动势E:Hg(l)│Hg 2Cl 2(s)│KCl(1mol ·kg -1)‖溶液S │

CaC 2O 4(s)│Hg 2C 2O 4(s)│Hg 若溶液中含有0.1 mol ·kg -1 NaNO 3及0.01 mol ·kg -1 Ca(NO 3)2时,E 1为324.3 mV ,当溶液S 中含有0.1 mol ·kg -1 NaNO 3 但含Ca 2+量不同时,E 2=311.1 mV 。

(1) 写出电极反应和电池反应。

(2) 计算后一种溶液 S 中Ca 2+的活度。

4. 在 298 K 时,分别用金属 Fe 和 Cd 插入下述溶液中组成电池,写出电池并判断何种金

属首先被氧化?

(1) 溶液中含Fe 2+ 和Cd 2+ 的浓度都是 0.1

mol ·kg -1。 (2) 溶液中含Fe 2+ 为 0.1 mol ·kg -1,而Cd 2+ 为 0.0036 mol ·kg -1 。

已知:φθ(Fe 2+,Fe)= -0.4402 V ,φθ(Cd 2+,Cd)= -0.4029 V ,设所有的活度系数均为 1。

5.根据下列在298K 和p θ下的数据,计算HgO(s)在该温度时的分解压力。

(1) 下述电池的E θ=0.9265V

Pt ,H 2(P θ)│NaOH (α=1)│HgO (s )+Hg (l )

(2) H 2(g) + 1/2 O 2(P θ) = H 2O(l) ;

(3) 已知298K 下列物质的摩尔熵值

化合物 HgO (s ) O 2(g) H 2O(l) Hg (l ) H 2(g)

S /J ·K θ

m -1·mol 73.22 205.1 70.08 77.4 130.7

6.298 K 时,可逆电池 Pt │H 2(p θ)│H 2SO 4(aq)│O 2(p θ)│Pt 的E = 1.23 V ,

并已知 ?f H [H θm 2O(l)] = -285.90 kJ ·mol -1,求下述单位反应:

2H 2(g,p θ) + O 2(g,p θ)→2H 2O(l,p θ),按以下两种途径进行的 ?r U m 、?r H m 、?r S m 、?r G m 值,

并判断过程的自发方向及过程的性质。

(1) 将氢和氧直接接触在烧杯中进行

(2) 组成电池进行反应,并已知该单位反应时外作电功为 374.78 kJ ·mol -1

7.298 K 时,有如下两个反应:

(a) 2Hg(l)+O 2(g)+2H 2O(l)=2Hg 2++4OH -

(b) 2Hg(l)+O 2(水中溶解态)+2H 2O(l)=2Hg 2++4OH -

将反应(a)设计成电池,其E =-0.453 V 。工业排放的废汞,可与水中溶解氧发生

如(b)所示的反应,设废液呈中性,在液面上O 2(g)分压为0.21×p θ,活度系数均为1。

(1)写出反应(a)的电池表示式。

(2)当废液中的[Hg 2+]为1×10-5 mol ·kg -1时,反应(b)能否自发进行?

(3)[Hg 2+]在废液中浓度为多少时,不再与溶解O 2反应?

8.电池 Cd │Cd(OH)2(s)│NaOH(0.01 mol ·kg -1)│H 2(p θ)│Pt 在298 K 时E =0 V ,φθ(Cd 2+/Cd)=

0.40 V 。求298K 时K sp (Cd(OH)2)的值。

9.电池 Pt|H 2(101.325kPa)|HCl(0.1mol ·

kg -1)|Hg 2Cl 2(s) | Hg(s)电动势E 与温度T 的关系为:E /V = 0.0694+1.881×10-3T /K-2.9×10-6(T /K)2

(1)写出正极、负极和电池的反应式;

(2)计算293K 时该反应的?r G m 、?r S m 、?r H m 及电池恒温可逆放电时的热效应Q rm 。

第九章可逆电池的电动势及其应用参考答案

一、选择题

1-A 2-D 3-D 4-C 5-D 6-C 7-C 8-C 9-B 10-C 11-A 12-B 13-B 14-B 15-D 16-C 17-C 18-B 19-D 20-D 21-D 22-A 23-B 24-A 25-C 26-D 27-B 28-B

二、填空题

1.Zn(s)│ZnCl2(m1)‖AgNO3(m2)│Ag(s), KNO3盐桥(或 NH4NO3盐桥)

2.E = Eθ- 0.1183 lg(γ±×m/mθ), lgγ±= Eθ- [E + 0.1183lg(m/mθ)]/0.1183

3.I, 对消

4.2Sb(s)+ 6OH-(m)= Sb2O3(s)+3H2O + 6e-,2Sb(s)+3H2O = Sb2O3(s)+ 3H2(g,pθ)

三、计算题

1. γ±=1.818 K ap=9.79×10-21

2. Q r=9718 J·mol-1

3. 2 Hg+2 Cl-─→Hg2Cl2+2 e-a(Ca2+)=3.479×10-3

4 .Fe(s) 首先氧化成 Fe2+,Cd(s) 首先氧化成 Cd2+

5. p(O2)=3.348×10-16 Pa

6. 过程 (1)为自发过程,又∵W=0 -?r G m- W f> 0 过程为不可逆过程

(2)此过程仍为不可逆过程

7. (1)Hg (l)|Hg2+||OH -|O2 (g), Pt

(2),能自发进行。

(3) [Hg2+]=2.09×10-2 mol·kg-1Hg2+浓度大于此值时不再反应。

8. K sp=3.266×10-14

9 . (1)正极反应:Hg2Cl2(s) + 2e-→2Hg(s) + 2Cl-

负极反应:H2→2H+ +2 e-

电池反应:Hg2Cl2(s) + H2→2Hg(s) + 2Cl- + 2 H+

(2)Q r,m =10.27kJ·mol-1)