background image

Chemia Fizyczna, ćwiczenia rachunkowe 
Chemia, semestr IV 
 

 

(1) Przewodnictwo roztworów elektrolitów 

 

1. Naczyńko konduktometryczne napełnione 0,1 mol

.

dm

-3

 roztworem KCl w temp. 298 K ma 

opór 420 Ω. Przewodnictwo właściwe 0,1 mol

.

dm

-3

 roztworu KCl w tej temp. wynosi 0,012852 

Ω

-1.

cm

-1

. Jeżeli to samo naczyńko napełniono 0,02 mol

.

dm

-3

 roztworem CuSO

4

, to ma ono opór 

1440 Ω. Oblicz przewodnictwo równoważnikowe roztworu CuSO

4

 o tym stężeniu. 

 
2. Oblicz stopień dysocjacji kwasu mrówkowego w 1,01 mol

.

dm

-3

 roztworze wodnym, jeżeli ten 

roztwór ma przewodnictwo właściwe równe 1,25

.

10

-4

 S

.

cm

-1

, a graniczne przewodnictwo 

równoważnikowe kwasu mrówkowego jest równe 364,5 S

.

cm

2.

mol

-1

 
3. Po uwzględnieniu poprawki na przewodnictwo właściwe wody użytej do sporządzenia 
roztworu, przewodnictwo właściwe nasyconego roztworu wodnego AgCl w temp. 25 

o

C wynosi 

1,887 μS

.

cm

-1

. Oblicz iloczyn rozpuszczalności chlorku srebra w tej temp. wiedząc, że λ

(Ag

+

) = 

62 S

.

cm

2.

mol

-1

, λ

(Cl

-

) = 75 S

.

cm

2.

mol

-1

 
4. Oblicz graniczne przewodnictwo równoważnikowe kwasu fosforowego (zaniedbując dalsze 
stopnie dysocjacji poza pierwszym) na podstawie następujących danych: Λ

(HCl) = 378,3 

S

.

cm

2.

mol

-1

, Λ

(NaH

2

PO

4

) = 70,0 S

.

cm

2.

mol

-1

, Λ

(NaCl) = 109,0 S

.

cm

2.

mol

-1

 

5. Próbkę wody pobraną z dużego zbiornika umieszczono w naczyńku konduktometrycznym. 

Zmierzona rezystancja wynosiła R

1

 = 9200 Ω. Gdy to samo naczyńko napełniono 0,02 mol

.

dm

-3

 

roztworem KCl, rezystancja wynosiła R

2

 = 85 Ω. Do zbiornika wsypano 0,50 kg chlorku potasu 

i zawartość wymieszano. Stwierdzono, że tym razem rezystancja naczyńka pomiarowego 

wypełnionego próbką zawartości zbiornika wynosiła R

3

 = 7800 Ω. Wyznacz objętość zbiornika, 

znając dodatkowo: Λ(0,02 M KCl) = 138,3 S

.

cm

2.

mol

-1

, Λ

(KCl) = 148,9 S

.

cm

2.

mol

-1

 
6. 100 cm

3

 0,01 M roztworu HCl miareczkowano za pomocą 1 M roztworu KOH. Przewodnictwo 

mierzono w sposób ciągły, stosując zanurzeniowe naczyńko konduktometryczne o stałej równej 
0,3 cm

-1

. Przyjmując, że przewodnictwa równoważnikowe jonów H

+

, OH

-

, Cl

-

 i K

+

 wynoszą 

odpowiednio 350, 200, 75 i 70 S

.

cm

2.

mol

-1

, oblicz (zaniedbując efekt rozcieńczenia): 

(a) przewodnictwo właściwe i rezystancję wyjściowego roztworu HCl, 

(b) przewodnictwo właściwe roztworu w punkcie zobojętnienia oraz roztworu zawierającego 

20% nadmiar KOH. 

background image

Chemia Fizyczna, ćwiczenia rachunkowe 
Chemia, semestr IV 
 

 

(2) Ruchliwość jonowa i liczby przenoszenia 

 

1. Przewodnictwo właściwe 0,1 mol

.

dm

-3

 roztworu KCl wynosi 0,01289 S

.

cm

-1

. Jaką rezystancję 

posiada naczyńko wypełnione tym roztworem, jeżeli powierzchnia elektrod wynosi 1,920 cm

2

a odległość pomiędzy nimi 1,112 cm? Z jaką prędkością poruszają się jony Cl

-

, jeżeli przyłożono 

napięcie 2 V? λ

(Cl

-

) = 75 S

.

cm

2.

mol

-1

 
2. Liczba przenoszenia jonu K

+

 w roztworze KBr w zakresie stężeń 0–0,2 mol

.

dm

-3

 spełnia 

równanie:  

t

+

 = 0,4849 – 0,00596  c 

Przewodnictwo molowe 0,1 mol

.

dm

-3

 roztworu KBr wynosi 131,4 S

.

cm

2.

mol

-1

. Oblicz ruchliwość 

jonu K

+

 w tym roztworze oraz prędkość jego poruszania się w polu o natężeniu 1000 V

.

cm

-1

 
3. Oblicz liczbę przenoszenia jonu Cu

2+

 w roztworze, który jest jednocześnie 0,1 M względem 

KBr i 0,01 M względem CuBr

2

. Przyjmij: λ(Cu

2+

) = 120 S

.

cm

2.

mol

-1

, λ(K

+

) = 63,7 S

.

cm

2.

mol

-1

λ(Br

-

) = 67,7 S

.

cm

2.

mol

-1

 
4. W temperaturze 25 

o

C ruchliwości jonów H

+

 i Cl

-

 w wodzie wynoszą odpowiednio 3,623

.

10

-3

 

cm

2.

V

-1.

s

-1

 oraz 7,91

.

10

-4

 cm

2.

V

-1.

s

-1

. Jaki ułamek prądu przenoszony jest przez protony w 1,0 

mol

.

dm

-3

 roztworze wodnym kwasu solnego? Jaką część prądu będą one przenosić, jeśli do kwasu 

wprowadzono taką ilość NaCl, aby końcowe stężenie soli wynosiło 1,0 mol

.

dm

-3

? Ruchliwość 

jonu Na

+

 wynosi 5,19

.

10

-4

 cm

2.

V

-1.

s

-1

 
5. Metodę ruchomej granicy zastosowano do wyznaczenia liczby przenoszenia jonu NH

4

+

  

w ciekłym amoniaku. Stały prąd o natężeniu 5 mA przepuszczano przez 2500 s, w wyniku czego 

granica utworzona pomiędzy jodkiem rtęci(II) a jodkiem amonu w roztworze amoniakalnym 
przesunęła się o 286,9 mm w roztworze o stężeniu 0,01365 mol

.

kg

-1

, natomiast w roztworze  

o stężeniu 0,04255 mol

.

kg

-1

 o 92,03 mm. Oblicz liczbę przenoszenia NH

4

+

 przy tych stężeniach. 

Średnica rurki wynosi 4,146 mm, a gęstość ciekłego amoniaku 0,682 g

.

cm

-3

 
6. W rurze stosowanej do pomiaru liczb przenoszenia metodą ruchomej granicy znajdują się dwa 

elektrolity: na dole CdCl

2

, u góry 0,05 m roztwór NaCl o   = 4,785

.

10

-3

 S

.

cm

-1

. Przekrój rury 

wynosi 0,950 cm

2

. Przy natężeniu prądu 5,45 mA granica między roztworami przesunęła się o 1,80 

cm w ciągu 50 min. Wyznacz natężenie pola elektrycznego w roztworze NaCl oraz ruchliwość 
jonów Na

+

background image

Chemia Fizyczna, ćwiczenia rachunkowe 
Chemia, semestr IV 
 

 

(3) Aktywność elektrolitów 

 

1. Oblicz siłę jonową 0,01 mol

.

dm

-3

 roztworów następujących elektrolitów: NaCl, CaCl

2

, AlCl

3

Al

2

(SO

4

)

3

, a także siłę jonową roztworu 0,1 mol

.

dm

-3

 KCl + 0,1 mol

.

dm

-3

 CuSO

4

 
2. Oblicz średni współczynnik aktywności elektrolitu w 0,001 mol

.

dm

-3

 roztworach KCl, CaCl

2

oraz AlCl

3

, korzystając z granicznej postaci równania Debye’a-Hückla, a także średni 

współczynnik aktywności KCl w roztworze 0,002 mol

.

dm

-3

 KCl + 0,001 mol

.

dm

-3

 AlCl

3

 

3. W temperaturze 25 

o

C średni współczynnik aktywności CaCl

2

 w roztworze wodnym  

o molalności 0,100 mol

.

kg

-1

 wynosi 0,524. Jaki błąd procentowy popełnia się, obliczając wartość 

tego współczynnika na podstawie granicznego prawa Debye’a-Hückla? 
 
4. W środowisku obojętnym dominującymi formami występowania wanadu(V) w roztworze 

wodnym są H

2

VO

4

-

 oraz V

4

O

12

4-

. W temperaturze 50 

o

C stała równowagi reakcji  

4H

2

VO

4-(aq)

 → V

4

O

124-(aq)

 + 4H

2

wynosi 106,4. Jaki jest rozkład wanadu w 50 

o

C pomiędzy oba powyższe aniony dla całkowitego 

stężenia wanadu 0,01 mol

.

kg

-1

 i przy jednostkowej sile jonowej roztworu? W celu obliczenia 

współczynników aktywności skorzystaj z poniższej postaci rozszerzonego równania Debye’a-
Hückla, biorąc A = 0,5373 i I = 1,0. 

I

1

I

Az

log

2

i

i

 

 
5. Oblicz pH 0,03 mol

.

dm

-3

 roztworu H

2

SO

4

 jako wykładnik stężenia jonów wodorowych, 

a następnie korzystając z definicji termodynamicznej (pH = -log a

H+

). Porównaj otrzymane wyni-

ki, zaś współczynnik aktywności H

+

 oszacuj na podstawie granicznego prawa Debye’a-Hückla. 

 
6. Oblicz stężenie molowe roztworu CuCl

2

, jeżeli aktywność jonów chlorkowych wynosi 1,84

.

10

-2

 

mol

.

dm

-3

 i moc jonowa roztworu I = 0,07. Do oszacowania współczynnika aktywności wykorzystaj 

postać równania Debye’a-Hückla podaną w zad. 4. 

 

background image

Chemia Fizyczna, ćwiczenia rachunkowe 
Chemia, semestr IV 
 

 

(4) Ogniwa galwaniczne 

 

1. Rozpuszczalność AgIO

3

 wynosi 1,77

.

10

-4

 mol

.

dm

-3

 w temperaturze 25 

o

C. Wyznacz potencjał 

standardowy półogniwa Ag|AgIO

3

|IO

3

-

 w tej temperaturze wiedząc, że potencjał standardowy 

półogniwa Ag|Ag

+

 wynosi 0,799 V. 

 
2. Standardowa siła elektromotoryczna ogniwa Ag|Ag

2

SO

4,(s)

|H

2

SO

(0,1 m)|H

(P

o

)|Pt wynosi 

0,627 V. Oblicz E

298

 przyjmując γ

±

(H

2

SO

4

) = 0,7. 

 

3. W temperaturze 25 

o

C siła elektromotoryczna ogniwa Na|NaI (0,1 m w C

2

H

5

NH

2

)| 

Na (0,206% w Hg) wynosi 0,8453 V. W tej samej temperaturze SEM ogniwa Na (0,206% w Hg)| 
NaCl

(aq)

 (0,1005 m)|Hg

2

Cl

2,(s)

|Hg wynosi 2,2676 V. Wiedząc, że średni jonowy współczynnik 

aktywności 0,1005 m NaCl wynosi 0,778, a potencjał standardowy półogniwa Cl

-

|Hg

2

Cl

2,(s)

|Hg = 

0,2681 V, oblicz potencjał standardowy półogniwa Na|Na

+

(aq)

 w temperaturze 25 

o

C. 

 

4. Podaj schemat ogniwa, w którym zachodzi reakcja: 

Pb + Hg

2

SO

4,(s)

 = PbSO

4,(s)

 + 2Hg 

Jaka jest siła elektromotoryczna tego ogniwa w temperaturze 25 

o

C, gdy jako elektrolit zastosuje 

się nasycony roztwór obydwu soli? K

so

(Hg

2

SO

4

) = 6,6

.

10

-7

, K

so

(PbSO

4

) = 1,6

.

10

-8

 
5. Oblicz SEM ogniwa Pt|H

(10

5

 Pa)|HCl (m

1

)¦HCl (m

2

)|H

(10

5

 Pa)|Pt, mając dane: m

1

 = 0,01; 

γ

±

(0,01 m HCl) = 0,904; m

2

 = 0,001; γ

±

(0,001 m HCl) = 0,965; t(H

+

) = 0,825. 

 
6. Potencjał standardowy półogniwa miedziowego w roztworze jonów miedzi świadczy o tym, że 

nieskompleksowany jon Cu

+

 jest niestabilny w roztworze wodnym i ulega reakcji dysproporcjonacji 

2Cu

+

 = Cu

2+

 + Cu. Oblicz równowagową aktywność jonów Cu

+

 w roztworze wodnym w temp.  

25 

o

C, jeśli równowagową aktywność jonów Cu

2+

 przyjąć za równą jedności. Dane są potencjały 

standardowe następujących półogniw: 

Cu

2+

 +   e = Cu

+

  

E

o

1

 = 0,153 V 

Cu

2+

 + 2e = Cu  

E

o

2

 = 0,337 V 

Cu

+

  +   e = Cu  

E

o

3

 = 0,521 V 

 

background image

Chemia Fizyczna, ćwiczenia rachunkowe 
Chemia, semestr IV 
 

(5) Termodynamika reakcji biegnącej w ogniwie 

 

1. W pewnym zakresie temperatury zmierzono bardzo dokładnie potencjał standardowy 
półogniwa Ag, AgCl|Cl

-

. Uzyskane wyniki opisano za pomocą następującego wyrażenia: 

E

o

/V = 0,23659 – 4,8564

.

10

-4

(t/

o

C) – 3,4205

.

10

-6

(t/

o

C)

2

 + 5,869

.

10

-9

(t/

o

C)

3

 

Oblicz standardową entalpię i standardową entalpię swobodną tworzenia oraz entropię jonu 
Cl

-

(aq)

 w temperaturze 25 

o

C.  

 

2. W ogniwie Zn|ZnCl

2

 (0,005 m)|Hg

2

Cl

2

|Hg zachodzi reakcja: 

Zn + Hg

2

Cl

2,(s)

 = ZnCl

2,(aq)

 + 2Hg 

Wiedząc, że E

o

(Zn|Zn

2+

) = -0,7628 V i E

o

(Cl

-

|Hg

2

Cl

2

|Hg) = +0,2676 V, oraz że zmierzona 

SEM ogniwa wynosi +1,2272 V, oblicz: (1) standardową SEM ogniwa, (2) ΔG, ΔG

o

 oraz K

a

 

dla reakcji zachodzącej w ogniwie, (3) γ

±

(0,005 m ZnCl

2

) na podstawie pomiaru SEM ogniwa,  

(4) γ

±

(0,005 m ZnCl

2

) na podstawie granicznego prawa Debye’a-Hückla. Znając współczynnik 

temperaturowy SEM ogniwa, (∂E/∂T)

P

 = -4,8564

.

10

-4

 V

.

K

-1

, oblicz ponadto ΔS i ΔH reakcji. 

 

3. Znane są następujące dane (w temp. 25 

o

C): E

o

(Ag|Ag

+

) = +0,799 V, K

so

(Ag

2

SO

4

) = 7,7

.

10

-5

Na tej podstawie oblicz SEM ogniwa Ag, Ag

2

SO

4

|H

2

SO

4

(0,001 m)|H

(10

5

 Pa)|Pt, stosując 

średni jonowy współczynnik aktywności elektrolitu wyznaczony na podstawie granicznego prawa 

Debye’a-Hückla. Oblicz ΔG, ΔS i ΔH reakcji w ogniwie wiedząc, że (∂E/∂T)

P

 = +0,002 V

.

K

-1

 

4. Oblicz E

o

, ΔG

o

 oraz K

a

 reakcji: 

½Cu + ½Cl

2,(g)

 = ½Cu

2+

 + Cl

-

 

w oparciu o znalezione w tablicach potencjały standardowe odpowiednich półogniw. 
 

5. Potencjał standardowy półogniwa redoks Fe

3+

|Fe

2+

 wynosi E

o

298

 = +0,771 V. Standardowe 

entropie tworzenia jonów Fe

3+

(aq)

 i Fe

2+

(aq)

 wynoszą odpowiednio –293,3 i –113,4 J

.

K

-1.

mol

-1

Oblicz wartość E

o

273

 tego półogniwa. 

 

6. Dla reakcji  2Fe

3+

 + 2Hg = 2Fe

2+

 + Hg

2

2+

  stała równowagi wynosi 0,018 w temp. 21 

o

i 0,054 w temp. 35 

o

C. Oblicz E

o

 ogniwa, w którym zachodzi powyższa reakcja w temp. 45 

o

C. 

 

background image

Chemia Fizyczna, ćwiczenia rachunkowe 
Chemia, semestr IV 
 

(6) Elektroliza. Prawa Faradaya. Wyznaczanie liczb przenoszenia metodą Hittorfa 

 

1. Jak długo musi przepływać prąd o natężeniu 20 A przez wodny roztwór KCl w temp. 70 

o

C, 

aby otrzymać 1 kg KClO

3

? Załóż wydajność prądową procesu 100%. 

 

2. Jak długo musi przepływać prąd o natężeniu 4 A przez wodny roztwór NiSO

4

, aby przedmiot 

o powierzchni 400 cm

2

 pokryć warstewką niklu o grubości 2

.

10

-3

 mm? Załóż d(Ni) = 8,9 g

.

cm

-3

 

3. Prąd elektryczny przepływa przez dwa kulometry włączone szeregowo w obwód. Elektrody 
w obu kulometrach są platynowe. Pierwszy kulometr zawiera wodny roztwór azotanu nieznanego 

metalu. Drugi kulometr zawiera wodny roztwór H

2

SO

4

. Po upływie pewnego czasu na katodzie 

pierwszego kulometru wydzieliło się 0,675 g metalu, a na katodzie drugiego kulometru wydzieliło 

się 73,1 cm

3

 H

2

 w temperaturze 16 

o

C pod ciśnieniem 770 mm Hg. Oblicz równoważnik 

elektrochemiczny metalu. 
 

4. Przez wodny roztwór 0,05 M KOH  przepłynął prąd, wskutek czego w kulometrze miedzianym 

wydzieliło się 31,8 mg miedzi. Roztwór z przestrzeni katodowej ważył 80 g, a miareczkując go 
stwierdzono, że był on 0,0532 N. Oblicz liczbę przenoszenia jonów potasowych. 

 
5. W aparacie Hittorfa posiadającym srebrną katodę i kadmową anodę poddano elektrolizie 

0,8964 m roztwór CdI

2

. W czasie elektrolizy w szeregowo włączonym kulometrze srebrnym 

wydzieliło się 1,3424 g srebra. Roztwór anodowy o wadze 34,1876 g poddano analizie wagowej 
strącając 13,444 g jodku srebrowego. Oblicz liczbę przenoszenia jonów kadmowych i jodkowych 

oraz skomentuj otrzymany wynik. Przyjmij M(AgI) = 234,80 g

.

mol

-1

, M(CdI

2

) = 366,25 g

.

mol

-1

 
6. Przed elektrolizą przestrzeń anodowa aparatu Hittorfa zawierała 0,1473 mval CuSO4 w 1 g H

2

O. 

Przez aparat przepuszczono ładunek 1,372

.

10

-3

 F. Liczba przenoszenia jonu Cu

2+

 wynosi 0,366. 

Oblicz końcowe stężenie Cu w przestrzeni anodowej zawierającej 28 g H

2

O dla przypadku: 

(a) anody platynowej, (b) anody miedzianej.