str. 1 Chemia fizyczna 2015/2016
Transkrypt
str. 1 Chemia fizyczna 2015/2016
Chemia fizyczna 2015/2016 - ELEKTROCHEMIA Zadanie 1. W temperaturze 180C oporność naczynka do pomiaru przewodności napełnionego 0,02 M wodnym roztworem KCl lub 1,40826 M roztworem NaSCN w bezwodnym etanolu są odpowiednio równe: 15,946 Ω i 663,45 Ω. Przewodność właściwa użytego roztworu KCl(aq) jest równa κ=2,397 ·10-3 Ω-1·cm-1. Oblicz przewodność właściwą i molową NaSCN w bezwodnym etanolu. Zadanie 2. . Oporność naczyńka konduktometrycznego napełnionego 0,0200M KCl wynosi 250 Ω, natomiast wypełnionego roztworem wodnym NH4OH o stężeniu 6,00·10-5 M jest równa 100 kΩ. Przewodność elektrolityczna 0,0200M roztworu KCl wynosi 2,744·10-3 S·cm-1. Przewodności molowe jonów w rozcieńczeniu nieskończenie wielkim wynoszą odpowiednio: NH4+ 73,40 cm2 · S · mol-1 OH198,00 cm2 · S · mol-1 Obliczyć stopień dysocjacji NH4OH. Zadanie 3. Jaka Jaka będzie przewodność elektrolityczna wody w 250C, jeżeli całkowicie usunie się z niej wszystkie zanieczyszczenia? Przedstaw obliczenia, jeżeli wiesz, że stała dysocjacji wody wynosi 1,008·10-14(mol·dm3)2, graniczne przewodności molowe KOH, HCl oraz KCl są odpowiednio równe: 274,40; 426,04 oraz 149,82 S·cm2·mol-1. Zadanie 4. Liczna przenoszenia Na+ w 0,2 M roztworze NaCl wynosi 0,40 a przewodność molowa jonu Cl- wynosi 75cm2·S·mol-1. Ponadto wiadomo, że oporność naczynka konduktometrycznego napełnionego 0,100 M roztworem KCl wynosi 7000 Ω, natomiast oporność naczyńka zawierającego 0,100 M KCl oraz 0,200 M NaCl wynosi 2600 Ω. Zadanie 5. Oblicz rozpuszczalność AgCl w temperaturze 250C wiedząc, że graniczne przewodności molowe AgNO3, HCl oraz HNO3 są odpowiednio równe: 1,33·10-2; 4,26·10-2 oraz 4,21·10-2S·m2·mol-1, natomiast przewodność właściwa wodnego roztworu AgCl(aq) wynosi 2,68·10-4 S·m-1, a przewodnośći właściwa wody jest równa 0,86·10-4 S·m-1. Zadanie 6. W temperaturze 250C przewodność molowa wodnego roztworu kwasu octowego stężeniu 0,01 mol·dm-3 wynosi 1,620 ·10-3m2·Ω-1·mol-1, a graniczna przewodność molowa jest równa 39,07·10-3m2·Ω-1·mol-1 Obliczyć: a) pH wodnego roztworu kwasu octowego o stężeniu 0,01 mol·dm3 w temperaturze 250C. b) Przewodność molową i pH wodnego roztworu kwasu octowego o stężeniu 0,1mol·dm3 Zadanie 7. 7.W temperaturze 180C oraz 250C przewodności molowe jonu wodorowego i wodorotlenowego w rozcieńczeniu nieskończenie wielkim wynoszą: Λ OH- 174 198.5 2 -1 /S·cm ·mol H+ 315 349.8 o T/ C 18 25 Obliczyć iloczyn jonowy wody w każdej z tych temperatur mając dane przewodności elektrolityczne wody w różnych temperaturach: T/oC 0 18 25 34 50 6 -1 κ·10 / S·cm 0,01 0,038 0,055 0,09 0,17 Zadanie 8. . Liczba przenoszenia anionu w bardzo rozcieńczonym roztworze NH4Cl wynosi 0,491. Obliczyć ruchliwość i przewodność jonową kationu wiedząc, że graniczna przewodność molowa NH4Cl wynosi 149 cm2 ·Ω-1·mol-1 Zadanie 9. Zmierzona oporność naczyńka do pomiarów przewodności elektrolitycznej w temperaturze 25oC wynosi: a) dla 0,01 mol/ l KCl Rw=2573 Ω b) dla 0,2 mol/ l CH3COOH Rx=5085 Ω Przewodnictwo elektrolityczne wody czystej do sporządzania roztworów wynosi -6 -1 -1 2 -1 -1 1,0·10 cm ·Ω , a przewodność molowa 0,01M KCl wynosi 141,27 cm ·Ω ·mol . Oblicz stałą naczyńka oraz κ i Λ CH3COOH w 0,2 M roztworze. str. 1 Zadanie 10. W temperaturze 18 oC przewodność właściwa nasyconego wodnego roztworu AgIO3 jest równa 1,3·105 cm-1·Ω-1 natomiast graniczna przewodność molowa AgIO3 jest równa 87,3 cm2·Ω-1·mol-1. Obliczyć iloczyn rozpuszczalności AgIO3 w roztworze wodnym w podanej temperaturze. Zadanie 11. Poniżej zestawiono wyznaczone doświadczalnie wartości przewodności molowych kwasu propionowego w roztworach wodnych w temperaturze 298,15K 103 c/mol·dm-3 0,56685 0,87116 1,8650 4,8026 8,8339 15,401 2 -1 -1 Λ/cm ·Ω ·mol 55,520 45,348 31,657 20,099 14,903 11,373 Graniczne przewodności molowe propionianu sodu, chlorowodoru i chlorku sodowego w roztworach wodnych (w tej samej temperaturze)wynoszą odpowiednio: 85,92; 426,04 i 126,42 cm2·Ω-1·mol-1. Zadanie 12. Poniżej zestawiono doświadczalne wartości przewodności właściwych wodnych roztworów bromku potasu w temperaturze 298,15K 3 -3 10 c/mol·dm 3 -1 -1 10 κ/ cm ·Ω 147,74 130,81 93,616 61,555 48,959 11,069 3,7242 3,2819 1,9640 0,8370 0,5443 15,309 13,704 10,067 6,813 5,496 1,332 0,4614 0,4076 0,2462 0,1061 0,0693 Wyznaczyć graniczną przewodność molową bromku potasu. Mając graniczną wartość liczby przenoszenia anionu 0,5163 obliczyć wartość granicznych przewodności jonowych oraz ruchliwość jonów. Zadanie 13. Obliczyć rozpuszczalność siarczanu ołowiowego w wodzie w temperaturze 180C wiedząc, że przewodność elektrolityczna roztworu wynosi 1,65·10-3m-1·Ω-1 w odniesieniu do przewodnictwa wody z której przygotowano roztwór, natomiast graniczne ruchliwości jonów Pb2+ i SO42- są równe odpowiednio 6,26·10-8 oraz 7,10·10-8 s-1·m2·V-1. PbSO4 jest trudno rozpuszczalną solą i mocnym elektrolitem. Zadanie 14. . Poniżej zapisano schematy ogniw podając znaki biegunów dla stanów reagentów bliskich stanom standardowym. Podać równania procesów elektrodowych, równanie procesu sumarycznego oraz wyrażenie na potencjały względne i siłę elektromotoryczną (SEM) ogniwa. (-) Pt (-) Pt (-) Pt (-) Pt (-) Pt (-) Pt (-) Pt H2(g) HI(aq) Hg2I2(s) Hg(c) Pt (+) Cd(Hg)x CdSO4(aq) Hg2SO4(s) Hg(c) Pt(+) Zn(s) ZnSO4(aq) |CuSO4(aq) Cu(s) Pt(+) SnCl2(aq), SnCl3(aq) FeCl2(aq), FeCl3(aq) Pt (+) Zn(Hg)x Zn(OH)2(aq) Ag2O(s) Ag(s) Pt(+) Mg(s) MgCl2(aq) AgCl(s) Ag(s) Pt(+) Chinhydron(aq), H2SO4(aq) |HCl(aq) Hg2Cl2(aq) Hg(c) Pt (+) Zadanie 15. . Zaproponować schematy ogniw, w których można zrealizować następujące procesy. Podać równania procesów elektrodowych, wzory na potencjały względne półogniw i siłę elektromotoryczną ogniwa. Równania reakcji zapisano w kierunku termodynamicznie możliwym dla stanów reagentów bliskich stanom standardowym. Określ znaki biegunów półogniw. 2H 2( g ) O2( g ) 2H 2 O( aq) Pb( s ) PbO2( s ) 2H 2 SO4( aq) 2PbSO4( s ) 2H 2 O(c ) PbSO4( s ) H 2( g ) H 2 SO4( aq) Pb( s ) 2 AgCl ( s ) Zn( s ) 4KOH ( aq) 2 Ag ( s ) K 2 [Zn(OH ) 4 ]( aq) 2KCl ( aq) Sb2 O3( s ) 3H 2( g ) 2Sb( s ) 3H 2 O(c ) PbCl 2( s ) 2Hg(c ) Pb( s ) Hg 2 Cl 2( s ) str. 2 Zadanie 16. Standardowy potencjał półogniwa w którym przebiega reakcja AgI e Ag I wynosi -152 mV, natomiast półogniwa, w którym biegnie reakcja: rozpuszczalności AgI. Ag e Ag jest równy 800 mV. Obliczyć iloczyn Zadanie 17. Obliczyć stałą rónowagi reakcji: 2Fe 2 Au 3 2Fe 3 Au na podstawie wartości standardowych potencjałów półogniw: Au+ Au 1,68 V 3+ Au Au 1,50 V Fe3+ Fe2+ 0,77 V Zaproponować ogniwo, w którym zachodzi ta reakcja i obliczyć jego Eo. Zadanie 18. W temperaturze 25oC siła elektromotoryczna ogniwa: (-)Pt| Cd(Hg)x CdCl2 (aq) AgCl (s) Ag|Pt (+) wynosi 0,7585V, a standardowa SEM 0,5732V. Obliczyć stechiometryczny średni współczynnik aktywności roztworu chlorku kadmowego o stężeniu m=0,01 mol/kg. Zadanie 19. Roztwór zawierający Sn(ClO4)2 i Pb(ClO4)2 wytrząsano z nadmiarem stałego Pb i Sn. Po ustaleniu się stanu równowagi stosunek aktywności Sn2+ do Pb2+ wynosił 2,98. Obliczyć potencjał standardowy elektrody Sn2+/Sn (potencjał ten trudno zmierzyć bezpośrednio), jeżeli potencjał elektrody Pb2+/Pb wynosi -132mV. Zadanie 20. Dane jest ogniwo Ag AgCl CuCl2 Cu Stężenie CuCl2 wynosi m=1,00·10-3 mol·kg-1H2O, natomiast standardowa SEM tego ogniwa wynosi 0,428V. Obliczyć siłę elektromotoryczną ogniwa. Zadanie 21. Zaproponować trzy ogniwa, w których mogłaby przebiegać reakcja syntezy wody z substancji prostych. Napisać równania procesów elektrodowych i wyrażenia określające SEM tych ogniw. Przyjmując, że ciśnienie reagentów gazowych jest równe 1 bar, a stężenie elektrolitu w ogniwach wynosi 0,1234M obliczyć siłę elektromotoryczną ogniwa. Zadanie 22. Zaproponować schematy ogniw z których pomiarów można wyznaczyć wartości funkcji termodynamicznych dla następujących reakcji: HgO( s ) H 2 O Fe( s ) Hg( c ) Fe(OH ) 2( s ) H 2( g ) Cl 2( g ) 2HCl(c ) . Dla zaproponowanych ogniw podać równania procesów elektrodowych i wyrażenia określające potencjały elektrod i SEM ogniw. Zadanie 23. Dane jest ogniwo: Pt | H2(g) | H2SO4(aq) | CrSO4(s) | Cr(s)|Pt. Ciśnienie wodoru wynosi 1 bar, a stężenie kwasu siarkowego jest równe 0,001M. Standardowa siła elektromotoryczna tego ogniwa wynosi 398 mV. W temperaturze 25oC współczynnik temperaturowy ogniwa wynosi 3·10-3 V/K. Potencjał standardowy elektrody, na którym zachodzi wynosi 57 5mV. a) podać równania procesów elektrodowych, równanie reakcji sumarycznej zachodzącej w ogniwie oraz wyrażenia na potencjał każdej elektrody i SEM ogniwa. b) Obliczyć SEM ogniwa w temperaturze 25oC c) Obliczyć stałą równowagi reakcji zachodzącej w ogniwie d) Obliczyć iloczyn rozpuszczalności CrSO4 e) Obliczyć ∆Go, ∆So i ∆Ho reakcji zachodzącej w ogniwie. str. 3 Zadanie 24. Obliczyć siłę jonową temperaturze 298,15K wodnego roztworu chlorku barowego o stężeniu 0,002M oraz opierając się na prawie granicznym Debey’a – Huckla wyznaczyć: a) współczynnik aktywności jonów Ba2+ i Cl- w roztworze b) średni jonowy współczynnik aktywności tych jonów. Zadanie 25. Rozpuszczalność Ag3PO4 wynosi 1,55·10-5 mol· kg -1. Obliczyć rozpuszczalność Ag3PO4 w roztworach zawierających: 1. 0,0200 mol·kg H2O-1 NaClO4 i 0,0200 mol·kg H2O-1 KNO3 2. 0,0200 mol·kg H2O-1 AgClO4 i 0,0200 mol·kg H2O-1 AgNO3 Zadanie 26.Rozpuszczalność BaSO4 w wodziewynosi 1,03·10-5 mol·kg-1. Obliczyć rozpuszczalność BaSO4 w roztworach zawierających: 1. 0,0200 mol·kg -1 K4Fe(CN)6 2. 0,0300 mol·kg -1 Ba2Fe(CN)6 Zadanie 27. Obliczyć stałą równowagi reakcji zachodzącej w ogniwie: wiedząc, że potencjały standardowe elektrody Sn2+|Sn oraz -0,140V oraz -0,126V. (-) Pt|Sn| Sn2+ || Pb2+ | Pb|Pt (+) Pb2+|Pb są odpowiednio równe Zadanie 28. Dane jest następujące ogniwo: Cd(Hg) | CdI2(aq) | Hg2I2(s)| Hg | Pt W temperaturze 18oC siła elektromotoryczna tego ogniwa wynosi 0,4309V, a współczynnik temperaturowy E / T ) p wynosi 4,7·10-4V/K. Należy obliczyć pracę zewnętrzną maksymalną (entalpię swobodną), entalpię i entropię reakcji biegnącej w ogniwie oraz energię wymienioną na sposób ciepła z otoczeniem. Zadanie 29. W temperaturach bliskich 25oC siłę elektromotoryczną ogniwa (-) Pt |Hg | Hg2Br2(s) | Br -(aq) | AgBr(s) | Ag(s) | Pt (+) opisuje równanie korelacyjne ESEM=68,04 + 0,312 (t/oC – 25.00) [mV]. Podać reakcję sumaryczną biegnącą w ogniwie oraz obliczyć jej ∆G, ∆S oraz ∆H w temperaturze 25 oC i 28oC. Współczynnik temperaturowy wynosi 0,312 mV/K. Zadanie 30. Zaproponować schematy ogniw, w których można zrealizować „odwracalnie” bieg reakcji: Cd ( s ) Hg 2 Cl 2 2Hg(c ) CdCl 2( aq) Bi 2 O3( s ) 3H 2 2Bi( s ) 3H 2 O Mg ( s ) 2 AgCl ( s ) 2 Ag ( s ) MgCl 2( aq) Ag 2 O( s ) Zn( s ) ZnO( s ) 2 Ag ( s ) Zadanie 31. Znana jest zależność oporu wodnych roztworów chlorku barowego w temperaturze 25oC od stężenia oraz stała naczyńka konduktometrycznego k = 150m-1. c [mol/dm3] 0,0002 0,0005 0,001 0,002 27520 11160 5680 2905 R [] Wyznaczyć graniczną przewodność molową w wodnym roztworze chlorku barowego w 25oC. Zadanie 32. Siła elektromotoryczna ogniwa stężeniowego z przenoszeniem Ag AgCl NaCl (m1=0,01M)) NaCl (m2=0,001M) AgCl Ag + wynosi 44,77mV w temperaturze 25 , a liczba przenoszenia jonu Na wynosi 0,390. Obliczyć średni współczynnik aktywności NaCl w roztworze 0,001M. Dla stężenia 0,01M można obliczyć średni współczynnik aktywności na podstawie teorii Debye’a Huckela. str. 4