最新中南大学物化课后习题答案10章电极过程.docx

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最新中南大学物化课后习题答案10章电极过程

中南大学物化课后习题答案-10章-电极过程

第10章电极过程

1．用间接方法求得298.15K时，反响

H2＋?

O2====H2O〔l〕　

＝－236.65kJ·mol-1

试问298.15K时，非常稀的硫酸溶液的分解电压是多少?

设用的是可逆电极，并且溶液搅拌得很好。

〔答案：

1.226V〕

解：

∵

=-zFEΘ

∴U分=E理=EΘ=

2．298.15K时低电流密度电解稀硫酸水溶液，用银作两极的电极材料，和用光滑铂作两极材料，试分别确定其分解电压（在银电极上ηH2＝0.87，ηO2＝0.96V，在光滑铂电极上ηH2＝0.09，ηO2＝0.45V。

并设稀硫酸水溶液中aH2O＝1）。

〔答案：

3.059V；1.769V〕

解：

电解稀硫酸水溶液，就是电解水，其理论〔可逆〕分解电压为1.229，考虑极化作用，那么其实际分解电压=理论〔可逆〕分解电压+∑超电压，故，

用Ag作电极：

U分=1.229＋0.87＋0.96=3.059V

用Pt作电极：

U分=1.229＋0.09＋0.45=1.769V

3．某溶液中含10-2mol·dm-3CdSO4，10-2mol·dm-3ZnSO4和0.5mol·dm-3H2SO4，把该溶液放在两个铂电极之间，用低电流密度进行电解，同时均匀搅拌，试问

①哪一种金属将首先沉积在阴极上?

②当另一种金属开始沉积时，溶液中先析出的哪一种金属所剩余的浓度为多少?

〔答案：

6.65×10-15mol·dm-3〕

解：

〔1〕

在此溶液中，

，

，而查表知：

，

∴一定有：

，故金属Cd先析出。

〔2〕在金属锌析出时Cd2+的浓度应满足关系：

（-0.4026）+0.02958lgcCd2+=（-0.7628）+0.0296lg〔0.01〕

解得：

cCd2+=6.65×10-15mol·dm-3

4．电解某溶液在阴极上有Zn沉积，H2在Zn上的超电压为0.72V，欲使溶液中Zn2+的浓度降到10-4mol·dm-3，阴极仍不析出H2气，溶液的pH值最小应控制为多少?

〔答案：

2.7〕

解：

当cZn2+=1.0×10-4mol·dm-3时，有

氢气析出时，有：

≤

∴

≤2.4175×10-13mol·dm-3

7．将含0.05mol·dm-3硫酸的0.1mol·dm-3硫酸铜溶液于298.15K进行电解，当两价铜离子的浓度减少到1×10-7mol·dm-3时，阴极电势为何值?

在不让氢析出的条件下，阴极电势可能的值为多少（设电解液的pH＝0.15，氢在铜上的超电压为0.33V）?

〔答案：

0.133；－0.3389V〕

解：

铜的阴极电势为：

不析出H2的最低阴极电势为：

8．用电解沉积Cd2+的方法别离某中性水溶液中的Cd2+和Zn2+。

该溶液中Cd2+和Zn2+的浓度均为0.1mol·kg-1，H2在Cd和Zn上的超电压分别为0.48V和0.70V。

试问在298.15K时别离效果怎样?

有没有氢析出干扰（设Cd2+和Zn2＋的活度近似等于浓度）?

〔答案：

3×10-21mol·dm-3；无〕

解：

在Cd电极上：

在Zn电极上：

而Cd和Zn的析出电势为：

Cd和Zn的析出电势都大于H2的析出电势，所以没有H2析出干扰，且Cd优先析出

当Zn析出时，Cd2+浓度应该降为：

≤

，解得

≤6.64×10-14mol·dm-3

9．某溶液中含Zn2+和Fe2+，活度均为1。

氢在铁上的超电压为0.4V，如欲使离子析出次序为Fe、H2、Zn，那么298.15K时溶液的pH值最大不得超过多少?

在此pH溶液中，H2开始析出时Fe2+的活度降为假设干?

〔答案：

6.14；1.22×10-11〕

解：

EFe2+/Fe=-0.4402+0.0296lgcFe2+

=-0.4402+0.0296lg1=-0.4402V

EZn2+/Zn=-0.7628+0.0296lgcZn2+

=-0.7628+0.0296lg1=-0.7628V

要使H2先与Zn析出，那么：

E〔H2，析〕≥EZn2+/Zn

E〔H2，析〕=-0.05916×pH-0.4≥-0.7628

pH≤6.13

H2析出时，Fe2+活度应满足关系：

-0.4402+0.02958lgαFe2+≤-0.7628

αFe2+=cFe2+≤1.24×10-11

10．在0.50mol·kg-1CuSO4及0.01mol·kg-1H2SO4的溶液中，使Cu镀到铂极上，假设H2在Cu上的超电压为0.23V，当外电压增加到有H2在电极上析出时，试问溶液中所余Cu2+的浓度为多少?

〔答案：

5.504×10-20mol·kg-1〕

解：

Cu与H2同时析出时，有：

∴

mol·kg-1

11．外加电压使下面电解池发生电解作用：

Pt｜CdCl2·〔1mol·kg-1〕，NiSO4〔1mol·kg-1〕Pt

当外加电压逐渐增加时，电极上首先发生什么反响?

此时外加电压至少为多少（设不考虑超电压，电解质活度系数均为1，T＝298K）?

〔答案：

析Ni；析Cl2；1.590V〕

解：

电解时，阳极析出Cl2，阴极析出Ni〔∵

<

〕

∴U分=E理=

=

=

12．298K，101.325kPa下，以铂为阴极，石墨为阳极，电解含铜、镍、镉的某电解液，其中aCu2+＝0.02；aNi2+＝0.005，aCd2+＝0.01。

假设尽量消除浓差极化，并不考虑电化学极化，试确定：

①各种离子在阴极上析出的先后顺序；②第二种离子开始析出时，首先析出的那种离子在溶液中的浓度尚余多少?

〔答案：

7.13×10-23〕

解：

〔1〕

∴顺序为Cu、Ni、Cd

〔2〕

0.337－0.0296lg〔1/CCu2+〕=-0.318

∴

mol·kg-1

13．镀镍溶液中NiSO4·5H2O含量为270g·dm-3（溶液中还有Na2SO4，NaCl等物质），氢在镍上的超电压为0.42V，氧在镍上的超电压为0.1V，问在阴极和阳极上首先析出（或溶解）的可能是哪种物质?

〔答案：

阴极析Ni；阳极溶Ni〕

解：

≤

V

在阴极上是电极电势越正的离子越优先复原，∴阴极上先析出Ni。

而

在阳极上是电极电势越负的物质越优先氧化，∴阳极上是Ni溶解。

14．在Zn电极上析出氢气的塔费尔公式为η＝0.72＋0.17lgi（A·cm-2），试判断在298.15K以Zn作阴极以隋性电极作阳极电解pH＝7的0.01mol·kg-1ZnSO4水溶液时，在什么阴极电势和电流密度下，氢气与Zn将同时析出?

〔答案：

－0.8222V；0.0146A·cm-2〕

解：

当氢气与Zn将同时析出时，

∴

故i=1.458×10-2A·cm-2

15．25%NaCl的中性水溶液（

），298.15K时用超电压可忽略不计的电极材料作电极进行电解，两极何物先析出?

工业上用铁作阴极，石墨作阳极，在电流密度2000A·m-2下电解，此情况下Cl2和O2在石墨阳极上超电压分别为0.25和1.09V，H2在铁阴极上的超电压为0.82V，此时两电极上什么物质先析出?

〔答案：

H2；O2〔O20.815V，Cl20.826V〕；H2；Cl2〔O21.905V，Cl21.076V〕〕

解：

25%的NaCl水溶液换算成质量摩尔浓度：

此条件下，阴极应该析出H2，阳极应该析出氧气，当有超电压存在时，有：

阴极：

>

∴此时阴极实际析出的仍是H2

阳极：

>

∴此时阳极实际析出的是Cl2。