bài tập môn hóa lý

Sử dụng phương trình giới hạn bậc nhất của Debye – huckel tính hệ số hoạt độ trung bình của dung dịch HCl 0,01N... Dung dịch CuSO4 được điện phân trong bình Hittorf với catod Pt.. Viết

BÀI TẬP ĐIỆN HH

2 Tính áp suất thẩm thấu của dung dịch 0,16 M NaCl ở 37oC

Giải:

π = iCRT; Phân ly hoàn toàn: NaCl → Na+ + Cl

i = (2 + 0) /1 = 2

π = 2.0,16.0,082.(273+37) = 8,134 atm

4 Sử dụng phương trình giới hạn bậc nhất của Debye – huckel tính hệ số

hoạt độ trung bình của dung dịch HCl 0,01N

Giải:

Xem CHCl = 0,01 N ≈ 0,01 m

I = ½ ∑Z2

i.mi = ½ ( 0,01.12 + 0,01 12) = 0,01 Xem như ở 25oC : lgγ± = - 0,509 Z +.Z√ Im = - 0,0509

→γ± = 0,889

7 Tính pH của dung dịch HCl 0,01 M

Giải:

Xem CHCl = 0,01 M ≈ 0,01 m

I = ½ ∑Z2

i.mi = ½ ( 0,01.12 + 0,01 12) = 0,01 Xem như ở 25oC : lgγH+ = - 0,509 ZH+2 √ Im = - 0,0509

→γH+ = 0,889; aH+ = γH+ CH+ = 0,889.0,01 = 0,00889

→ pH = - lg a H+ = 2,0509

8 Tính pH của dung dịch gồm 0,1N CH3COOH và 0,1 N CH3COONa Biết hằng số phân ly của acid là 1,75.10-5 và hệ số hoạt độ của các ion trong dung dịch trên là 0,78

Giải:

CH3COOH ⇄ CH3COO- + H+

Tổng nồng độ các ion ( gồm acid và muối phân ly ra):

CCH3COO- = 0,1α + 0,1 = 0,1 (α + 1)

CH+ = 0,1.α

CCH3COOH = 0,1( 1 - α) Biết γi = 0,78; xem γCH3COOH = 1

a1 CH3COO- a1

H+ 0,1 (α + 1) 0,1 α 0,1.0,1 α

KD = = γ2

i = 0,782

aCH3COOH (1 - α).0,1 γCH3COOH 0,1.1 (do α <<1) → α = KD/ 0,1.0,782 = 1,75.10-5/0,1 0,782 = 2,87.10-4 aH+ = CH+ γH+ = C α γH+ = 2,87.10-4.0,1.0,78 = 0,224.10-4 pH = - lg a H+ = - lg 0,224.10 -4 = 4,65 9 Độ hạ điểm kết tinh của dung dịch CH3COOH 0,1 M là ∆T = 0,1885, hằng số nghiệm lạnh của nước là Kđ = 1,86 Tính độ điện ly α của dung dịch CH3COOH 0,1 M và 0,05 M Giải: Xem gần đúng nồng độ 0,1M ≈ 0,1m ∆T = i.K.m → I = ∆T/ K.m = 0,1885/ 1,86.0,1= 1,0134 i - 1 1,0134 - 1

α = = = 0,0134

ν - 1 2 - 1 Khi nồng độ thay đổi, độ phân ly thay đổi, nhưng hằng số phân ly KD = cont nên khi C = 0,1 M: α2.C 0,01342.0,1

KD = = = 1,79.10-5

1 - α (1 – 0,0134)

Vì α <<1, nên tính gần đúng và khi C = 0,05 M KD 1,79.10-5

α = = = 0,0189

C 0,05 11 Xác định nồng độ mol của dung dịch HCl nếu dùng NaOH 8N để chuẩn độ 100 ml bằng phương pháp chuẩn độ điện dẫn kết quả chuẩn độ ở bảng sau: VNaOH, ml 0,32 0.60 1,56 2,00 2,34 χ.102, om-1.cm-1 3,2 2,56 1,64 2,38 2,96

Giải: χ.102, om-1.cm-1 3 * *

*

2 *

*

1

1 1,25 ml 2 3 VNaOH, ml

C HCl = V NaOH C NaOH / V HCl = 1,25.8/100 = 0,1 N

12 Dung dịch CuSO4 được điện phân trong bình Hittorf với catod Pt sau khi điện phân điện cực catod nặng thêm 0,1272g , dung dịch catod giảm 0,0012

a) Viết phản ứng điện cực và tính sự tăng, giảm chất điện ly ở hai khu vực anod, catod

b) Tính số tải của ion

Giải:

Quá trình xảy ra trên điện cực:

Catod: Cu2+ + 2e = Cu Anod: 2H2O - 4e = 4H+ + O2

Điện lượng qua dd điện ly ( bằng đương lượng điện hóa của Cu phóng điện): 0,1272 g /(63,6/2) = 0,004 Faraday

(trong đó 63,6/2 là đlg của Cu2+) Tính số tải : ∆ nC ∆nC 0,0012x2

t - = = = = 0,6

∆nC + ∆na q (theo F) 0,004 ∆na

t + = hay tCu2+ = 1 – t- = 1 – 0,6 = 0,4

∆nC + ∆na

13 Khi chuẩn độ 10 ml hỗn hợp HCl và CH3COOH bằng dung dịch NaOH 0,1N thì đọc được các giá trị trên cầu Wheatstone theo các giá trị sau:

Giải:

V1 = 7ml, V2 = 11 ml

CHCl = V1.CNaOH/ VHCl = 7 0,1/10 = 0,07 mol/l

CCH3COOH = (V2 – V1 ).CNaOH/ VHCl = 0,04 mol/l

540 .o

520

O

500 O

o

480 o o

o o O

460 o .

2 4 6 8 10 12 14 VNaOH,ml

15 một bình đo độ dẫn được chuẩn bằng dung dịch KCl 0,02 N ( có χ = 0,002768 om-1.cm-1), điện trở của bình đo được ở 25oC là 457,3 om Sau khi cho 0,555g CaCl2 trong 1 lit dung dịch, điện trở đo được là 1050 om Hãy tính:

a) Hằng số bình đo

b) Độ dẫn điện riêng của dung dịch CaCl2

c) Độ dẫn điện đương lượng của dung dịch CaCl2 ở nồng độ đó

Giải:

a) 1/R = χ.(S/l) → k = l/S = χ.R = 0,002768.457,3 = 1,266 cm -1

b) χCaCl2 = k/R = 1,266/1050 = 0,0012057 om -1 cm -1 c) C = [ 0,555 g/ (40 + 35,6)].2 = 0,007341x2 = 0,014682 đlg/l

λ = 1000 χ /C = 1000 0,0012057 / 0,014682 = 82,1209 cm 2 /om.đlg

17 Viết phương trình phản ứng xảy ra trong các pin sau ( đúng với qui ước

ký hiệu pin)

a) Zn  ZnSO4 ║ CuSO4  Cu

b) Cu  CuCl2  AgCl  Ag

c) Pt, H2  H2SO4 Hg2SO4  Hg, Pt

d) Cd  CdSO4  Hg2SO4  Hg, Pt

Giải:

a) Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu b) 2AgCl + Cu = 2Ag + CuCl2

c) Hg2SO4 + H2 = 2Hg + H2SO4

d) Hg2SO4 + Cd = 2Hg + CdSO4

18 Lập pin trong đó xảy ra phản ứng sau:

a) Cd + CuSO4 = CdSO4 + Cu

b) 2AgBr + H2 = 2Ag + 2HBr

c) H2 + Cl2 = 2HCl

d) Zn + 2Fe3+ = Zn2+ + 2Fe2+

e) Ag+ + Cl- = AgCl(r)

Giải:

a) Cd  CdSO4 ║ CuSO4 Cu b) Pt,H2 HBr  AgBr, Ag c) Pt,H2 HCl  Cl2, Pt d) Zn  Zn2+ ║ Fe3+ , Fe2+Pt e) Ag  AgCl ║ Ag+ Ag lưu ý: Ag – e = AgCl Ag+ + e = Ag

Ag+ + Cl- = AgCl

19 tính sức điện động của pin:

Zn  Zn2+ (a = 5,11.10-4) ║ Cd2+(a = 0,2)  Cd

Giải: Phản ứng ở điện cực: Cd2+ + Zn = Cd + Zn2+

E = ϕo Cd2+/ Cd - ϕo

Zn2+/Zn + (0,059/ 2 ) lg (aCd2+ /aZn2+ )

E = - 0,402 – (-0,763) + (0,059/2) lg (0,2/ 5,11.10-4) = 0,4375 V

22 a) Viết phương trình phản ứng xảy ra trong pin sau:

Zn  ZnCl2 (a = 0,5 M)  AgCl(khó tan)  Ag b) Tính Eo biết ϕo

Zn2+/Zn = - 0,736 V; ϕo

AgCl/Ag = 0,2224 V c) Tính E, ∆G và ∆Go

Giải:

a) Zn + 2AgCl = ZnCl2 + 2Ag b) Eo = ϕo

AgCl/Ag - ϕo

Zn2+/Zn = 0,96 V c) E = Eo + 0,059/2 lg 1/ aZn2+ = 0,96 + 0,0295 lg 2 = 0,969 V ∆G = - nFE = - 2 23062 0.969 = - 44688,6 Cal/mol

( F =96500 - J/mol; F = 23062 - Cal/mol) )

∆Go = - nFEo = - 2 23062 0,96 = - 44279,04 Cal/mol

23 Tính ∆G, ∆H, ∆S ở 20oC của phản ứng xảy ra trong nguyên tố tiêu chuẩn Weston, nếu E của nó phụ thuộc vào nhiệt độ theo biểu thức :

E = 1,0183 – 0,0000406 (t – 20) V

Giải: Ở 20oC:

∆G = - nFE = - 2 23062 [ 1,0183 – 0,0000406 (20 -20)] =

= - 46968,07 Cal/mol

∆S = nF(∂E/∂T) = 2 23062 (-0,0000406) = - 1,8726 Cal/mol o K

∆H = nF[T (∂E/∂T) – E] = 2 23062 [293.0,0000406 – 1,0183]

= - 46419,387 Cal/mol

24 Theo các dữ kiện thế điện cực chuẩn xác định xem trong thực tế ở 25oC

có xảy ra phản ứng sau trong dung dịch nước không ?

Ag(r ) + Fe3+ = Fe2+ + Ag+

Tính hằng số cân bằng của phản ứng

Giải : ϕo

298Ag+/Ag = 0,7991 V ; ϕo

298Fe3+/Fe2+ = 0,771 V

ϕo 298Ag+/Ag > ϕo

298Fe3+/Fe2+ nên Fe3+ Fe2+ , Ptđóng vai trò cực âm Phản ứng` thực tế xảy ra theo chiều ngược lại, - tức là:

Ag+ + Fe2+ = Fe3+ + Ag(r )

Eo

298 = ϕo

298Ag+/Ag - ϕo

298Fe3+/Fe2+ = (RT/ nF) ln Ka (n = 1) = 0,0281 = 0,059 lg Ka → lg Ka = 0,47627

25 Tính điện thế điện cực chuẩn của các điện cực Fe3+Fe ; Tl3+ Tl ; Cu+Cu ở 25oC nếu biết các thế điện cực sau: Fe2+Fe ; Fe3+Fe2+ ; Tl3+Tl+ ;

Tl+ Tl ; Cu2+Cu (trong STCĐLHL) và hằng số cân bằng của phản ứng:

Cu + Cu2+ = 2Cu+ là Ka = a2

Cu+ / aCù+ = 6,31.10-7

Giải : Các điện thế điện cực chuẩn từ STCĐLHL :

ϕo Fe2+ /Fe = - 0,44 ; ϕo

Fe3+ /Fe2+ = 0,771; ϕo

Tl3+ /Tl+ = 1,28;

ϕo Tl+ /Tl = - 0,336; ϕo

Cu2+ /Cu = 0,34 V

* Fe2+ + 2e = Fe (1) ∆G(1) = - 2Fϕ(1)

+ Fe3+ + e = Fe2+ ( 2) ∆G(2) = - Fϕ(2)

Fe3+ + 3e = Fe (3) ∆G = - 3Fϕ

∆G = ∆G(1) + ∆G(2) → 2ϕ(1) + ϕ(2) = 3ϕ

→ ϕo

Fe3+/ Fe = ϕ = [2x(-0,44) + 0,771] / 3 = - 0,036 V

* Tl3+ + 2e = Tl+ (1) ∆G(1) = - 2Fϕ(1) + Tl+ + e = Tl ( 2) ∆G(2) = - Fϕ(2)

Tl3+ + 3e = Tl (3) ∆G = - 3Fϕ

∆G = ∆G(1) + ∆G(2) → 2ϕ(1) + ϕ(2) = 3ϕ

→ ϕo

Tl3+/ Tl = ϕ = [2x1,28 + (-0,336)] / 3 = 0,74 V

* Cu2+ + 2e = Cu (1) ∆G(1) = - 2Fϕ(1)

- 2(Cu+ + e = Cu) ( 2) 2 ∆G(2) = 2.(- Fϕ(2))

Cu2+ + Cu = 2Cu+ ∆G = ∆G(1) – 2 ∆G(2)

- 2FEo = -2Fϕ(1) – 2.(- Fϕ(2)) → Eo = ϕ(1) - ϕ(2) ;

do Eo = (RT/nF) lnKa = (0,059/2 ) lg Ka , nên: →

ϕ(2) = ϕ(1) – 0,059/2 lg Ka = 0,34 – 0,059/2 lg 6,31.10-7

→ ϕ(2) = ϕo

Cu+/Cu = 0,523 V

26 Khi anod Fe bị hòa tan thì sản phẩm chủ yếu là Fe2+ hay Fe3+ ?

Giải: Từ STCĐLHL: ϕo

Fe2+ /Fe = - 0,4402 ; ϕo

Fe3+/ Fe = - 0,036 V Nhận xét: ϕo

Fe2+ /Fe < ϕo

Fe3+/ Fe nên điện cực Fe2+ / Fe đóng vai trò cực anod ( hay giả sử lập pin để xét Eo nếu Eo > 0 , ∆G < 0 thì p.ứng theo chiều giả thiết)

Vậy quá trình hòa tan (anod) là: Fe - 2e = Fe2+ chủ yếu

27 Điện phân dung dịch gồm CuSO4 0,5M và H2SO4 0,01M với điện cực

Pt Nếu quá thế hydro trên Cu là 0,23V thì nồng độ ion đồng còn lại trong dung dịch là bao nhiêu khi hydro bắt đầu thoát ra ở catod? Xem hoạt độ bằng nồng độ

Giải:

Trên catod: H+ và Cu2+ đến Xét thế phóng điện:

VCu = ϕcb = ϕo + 0,059/2 lg 0,5 = 0,34 + (- 0,0089) = 0,331 V

VH = ϕcb + ηH = 0,059 lg 0,02 + (- 0,23) = - 0,33 V

VCu > VH nên Cu2+ phóng điện trước cho đến khi Vcu = VH =

- 0,33 V , - tức là ϕCu2+ / Cu = 0,34 + 0,059/2 lg X = - 0,33 →

→ lg X = (- 0,33 - 0,34) 2/ 0,059 = -22,7118 →

→ [Cu] = X = 1,94.10 -23 M thì H 2↑