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