电化学习题课课件.ppt

1、上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-7物理化学第七章习题课第七章 电化学 吴慧敏 2013年4月23日 上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-7物理化学电化学习题课一、知识总结二、习题讲解上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-7一、基本内容1、法拉第定律 Q=nZF(F96500Cmol-1)注：n,Z与反应式写法有关2、电导率k指长1m，截面积为1m2的导体的电导，单位是Sm-1。3、电导G 物体导电能力的大小可以2个物理量表示，R及G。G=(G的单位是西门子，用S表示)R1lA上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-7一、基本内容4、摩尔电导率：是指把含有1mol电

2、解质的溶液置于相距为1m的电导池的两个平行电极之间，所具有的电导，单位是Sm2mol-1。C-电解质溶液的物质质量浓度molm-3;Vm-含1mol电解质的体积。注：某一电解质的与其基本单元有关，书写摩尔电导率时应将浓度的基本单元写在后的括号中，例：（）m421CuSOmmVC上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-7一、基本内容5、科尔劳乌施经验式 注：强电解质，外推得)1(Cmmm6、离子独立移动定律 在无限稀的溶液中，每一种离子是独立移动的，不受其它离子的影响，可以认为是两种离子的摩尔电导率之和，例：,mmmm,+m,+m,-m,-上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-7RI一

3、、基本内容7、离子的迁移数 对于强电解质溶液，当浓度不大时：iiiiiiiiiuurrQQIItFUtiimimimii,;FUtiimimimii,;m,im,im,im,i上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-78、离子迁移数的测定 指正离子迁出阳极区（或迁进阴极区）的物质的量，指电极反应的物质的量。希托夫法：根据通电前后阴极区或阳极区物质量改变关系求出，（表观迁移数）阴极区：n(终了)=n（起始）+n（迁）-n（电）阳极区：n(终了)=n（起始）-n（迁）+n（电）RI一、基本内容电迁nnt迁n电n上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-7RI一、基本内容界面移动法：VC正离子

4、迁移的物质的量 正离子迁移的电量QQFZCVt正离子迁移的电量FZCV上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-7RI一、基本内容9、任意电解质的分子式为 则平均质量摩尔浓度：平均活度系数：平均活度：电解质B的活度：AM1)(mmm1)(1)(aaa)(mmaaBZZAMAM离解上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-7一、基本内容10、离子强度：11、德拜休克尔极限定律（D-H）当 时用D-H修正公式。221iiZmIIAZii2lgIZZAlg11.0KgmolI101.0KgmolI上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-7一、基本内容12、关于 ，的计算 可以由实验测定，也可

5、根据公式计算；，不能由实验测定，可根据计算 注：对于对称价型（1-1，2-2等）的电解质，有 =)()(一般情况：上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-713.可逆电极的类型、电极反应、电极电势的表达式 第一类电极：由金属浸在含有该金属离子的溶液中构成，包括气体电极。例：金属M电极：M2+(a)M Mz+(a)+Ze-M 氧电极（碱性电解质）：OH-(a)O2(g),Pt O2(p)+2H2O+4e-4OH-(a)(1ln2,2MaZFRTMMMMZ2224,ln4OOHOHOOHOaaFRTpppfaOOO222一、基本内容上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-7 第二类电极：由

6、金属机该金属的难溶盐浸入含有该难溶盐负离 子的溶液中构成，包括金属及其氧化物浸在碱性（或 酸性）中构成。例：Ag-AgCl 电极 Cl-(a)AgCl(s),AgAgCl(s)+e-Ag(s)+Cl-(a)HgO 电极（碱性电解质）：OH-(a)HgO(s),Hg(l)HgO(s)+H2O+2e-Hg(s)+2OH-(A)OHOHHgOOHHgOaFRTln2,一、基本内容上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-78,422424ln5HMnOMnMnMnOMnMnOaaaFRT 第三类电极：氧化还原电极，反应在溶液中的离子间进行，而电极材料（一般用金属M）只作为导体。例：Pt Mn2+(

7、a1),MnO4-(a2),H+(a3)MnO4-(a2)+8H+(a3)+5e-Mn2+(a1)+4H2O一、基本内容上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-714.可逆电池的热力学 对任意可逆电池反应：Cc+Dd g G+HhcCdDhHgGaaaaZFRTEElnZEFWGfmrmax,FZEKRTGamrlnPmrTEZFTZEFH)(PmrTEZFS)(PmrRTEZFTSTQ)(一、基本内容上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-715.可逆电池的类型，电池反应 单液电池：两电极插在同一电解质溶液中。如：Zn(s)H2SO4(m)Cu(s)-)Zn(s)2e-Zn2+(a1

8、)+)2H+(aH+)+2e-H2(PH+)Zn(s)+2H+(aH+)Zn2+(a1)+H2(PH+)一、基本内容上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-7双液电池：两个电极插在不同电解液中，两种电解 液间用盐桥相连。例：Zn(s)ZnSO4(m1)CuSO4(m2)Cu(s)-)Zn(s)-2e-Zn2+（aZn2+）+)Cu2+(aCu2+)+2e-Cu(s)电池反应：Zn(s)+Cu2+(aCu2+)Zn2+（aZn2+）+Cu(s)一、基本内容上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-7 浓差电池：净的电池反应是一种物质从高浓度状 态向低浓度状态转移，分为下列几种：a)单液浓差

9、电池，亦称电极浓差电池，例：Pt,H2(P1)HCl(m)H2(P2),Pt-)H2(P1)-2e-2H+(m)+)2H+(m)+2e-H2(P2)H2(P1)H2(P2)b)双液浓差电池（溶液浓差电池），例：Ag AgNO3(a1)AgNO3(a2)Ag-)Ag e-Ag+(a1)+)Ag+(a2)+e-AgAg+(a2)Ag+(a1)一、基本内容上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-7 浓差电池：净的电池反应是一种物质从高浓度状 态向低浓度状态转移，分为下列几种：c)双连浓差电池：用两个相同的电极连接在一起，代替双液浓差电池中的盐桥，构成双连浓差电池。例：Pt,H2(P)HCl(a1

10、)AgCl,Ag-Ag,AgCl HCl(a2)H2(P),Pt实际由两个单液电池组合而成：左：1/2 H2(P)+AgCl(s)Ag+HCl(a1)右：Ag+HCl(a2)1/2 H2(P)+AgCl(s)HCl(a2)HCl(a1)一、基本内容上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-716.计算电池电动势的公式能斯特公式：用电极电势计算从反应的 ：BBBaZFRTEEln)ln(ln氧化态还原态左氧化态还原态右左右）（aaZFRTaaZFRTEZFGEmr来计算mrG一、基本内容上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-7 17.液体接界电势的计算 MZ+AZ-(m1)MZ+AZ-(

11、m2)21ln)(mmFRTZtZtEj一、基本内容上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-718.电动势测定的应用由实验测定可逆电池的E,及 ；求算热力学函数的改变量 ，及电池的可逆热效应QR;求氧化还原反应的热力学平衡常数;求难溶盐的溶度积Ksp,水的离子积及弱酸.弱碱的电离常数；求电解质溶液的平均活度系数和电极的标准电势；从液接电势求离子的迁移数；利用玻璃电极测定溶液的pH值。EppE)(mrGmrGmrHmrS一、基本内容上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-719.分解电压 电解是把电能转化成化学能的过程。使某种电解质开始进行电解反应时所必须施加的最少电压称为分解电压。可逆

12、分解电压等于可逆电池的电动势。在实际电解过程中，对电解池所加的实际分解电压，总是要大于把电解池作为原电池时所具有的可逆电动势，这增加的一部分用来克服电路中的电阻，另一部分用来克服由于通电所引起的各种极化作用。E分解=E可逆+E不可逆+IR E不可逆=阴阳一、基本内容上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-7阴阴）（IRR阳阳）（RIR阳阳，可逆阳，析阴阴，可逆阴，析20.极化：在有电流通过时，电极电势偏离于平衡值的现象称为电极的极化。主要有浓差极化和电化学极化。超电势：为克服极化作用而额外增加的电压称为超电势。结论：阴极超电势的存在，使实际析出电势变小；阳极超电势的存在，使实际析出电势变大

13、。一、基本内容上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-721.电流密度（j）与电极电势 由此可见：由于超电势的存在，对电解池总是使外电压增加而多消耗电能；对原电池来说，使电池电动势变小而降低了对外做功的能力。所以从能量的角度来看，超电势的存在不利，降低超电势节约能耗。一、基本内容上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-7二、习题讲解1.用Pt电极电解一定浓度的CuSO4溶液，试分析阴极部、中部和阳极部溶液的颜色在电解过程中有何变化？若都改用Cu电极，三部溶液颜色变化又将如何？Pt电极：阴 变淡 中 不变 阳 变淡Cu电极：阴 变淡 中 不变 阳 变深上一内容下一内容回主目录O返回202

14、3-2-7二、习题讲解2298K时有如下两个电池：（1）Cu(s)|Cu+(a1)|Cu+(a1),Cu2+(a2)|Pt（2）Cu(s)|Cu2+(a2)|Cu+(a1),Cu2+(a2)|Pt两个电池的电池反应都可写成Cu(s)+Cu2+(a2)=2Cu+(a1)EmrG则两个电池的和之间的关系为（）（a）EmrG和都相同 EmrG相同 EmrG和都不同 EmrG不同 （c）不同，相同，（b）（d）答案：（b）上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-7二、习题讲解2一个充满电的蓄电池以1.7V的输出电压放电，然后用2.3V的外电压充电使其恢复原来状态，则在充、放电全过程中，若以电池为系

15、统，功和热的符号为（）。（a）W=0,Q=0 （b）W 0,Q 0 （c）W 0 （d）W 0,Q 0 (b)Q 0 (c)Q=0 (d)不能确定 答案：（b）上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-74某可逆电池反应的Gibbs自由能变化rGm和焓变rHm的关系为：()(a)rHm-rGm=0 (b)rHm-rGm 0 (d)三种均可能 （中国科学技术大学2008年考研试题）答案:(d)二、习题讲解上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-75电极Tl3+，Tl+/Pt 的电势为1.250 V，电极Tl+/Tl 的电势为-0.336 V，则电极Tl3+/Tl的电势为：（）(a)0.30

16、5 V (b)0.721 V (c)0.914 V (d)1.586 V （南京大学2008年考研试题）答案:(b)二、习题讲解上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-76下列两个反应：Pb(Hg)Pb2+(a)+2e-+Hg(l)Pb Pb2+(a)+2e-其电极电势公式分别为()及();这两个反应相应的及是否相同?答案：(Pb2+/Pb(Hg)=(Pb2+/Pb)-RT/2Flna(Pb(Hg)/a(Pb2+)(Pb2+/Pb)=(Pb2+/Pb)-RT/2Flna(Pb(s)/a(Pb2+)不相同，相同 二、习题讲解上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-77对于原电池，在外电路

17、中有电流通过时，其电极的变化规律是()（a）正极不可逆电势比可逆电势更负；（b）阴极不可逆电势比可逆电势更正；（c）阳极电势高于阴极电势；（d）负极电势高于正极电势。（中国科学技术大学2008年考研试题）答案：（a)二、习题讲解上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-78、下列关于电解池两个电极特征说明中不正确的是:（）（a）在阳极，其电位较高，进行氧化反应；（b）电子密度较低的电极，称为阳极；（c）电子密度较高的电极，进行氧化反应；（d）在阴极进行还原反应。（中科院2007年考研试题)答案:(c)二、习题讲解上一内容下一内容回主目录O返回2023-2-79电解氢氧化钾溶液，制备氢气和氧气的阳极反应是 _；阴极反应是 _。答案：2OH-(1/2)O2+H2O+2e-2H2O+2e-H2+2OH-二、习题讲解