中南大學物化課后習題答案-10章-電極過程

1、第10章電極過程1. 用間接方法求得298. 15K時，反應H2+?02 = H20 （1） 亠聲=-236. 65 kJ mo試問29&15K時，非常稀的硫酸溶液的分解電壓是多少？設用的是可逆電極，并 且溶液攪拌得很好。（答案：1.226V）解：-沁一空空竺亠2泗U 二 E：二 F二 zF 2x964852. 29& 15K時低電流密度電解稀硫酸水溶液，用銀作兩極的電極材料，和用光 滑鎧作兩極材料，試分別確定其分解電壓（已知在銀電極上“2=0.87 , 。2=0. 96V,在光滑鉗電極上腔=0.09, “02=0. 45V。并設稀硫酸水溶液中她=1）。 （答案：3. 059V

2、； 1.769V）解：電解稀硫酸水溶液，就是電解水，其理論（可逆）分解電壓為1.229, 考慮極化作用，則其實際分解電壓=理論（可逆）分解電壓+ S 超電壓，故，用Ag作電極：2 1.229 + 0.87 + 0. 96 = 3. 059 V用Pt作電極：2 1.229 + 0. 09 + 0. 45 = 1.769 V3.某溶液中含 10 mol dm3CdSO, 10'mol Mm-3 ZnS04 和 0. 5mol dm USO,把該溶液放在兩個鈾電極之間，用低電流密度進行電解，同時均勻攪拌, 試問 哪一種金屬將首先沉積在陰極上？ 當另一種金屬開始沉積時，溶液中先析出的哪一種金屬

3、所剩余的濃度為多少？0.0591612 cdcd2-(答案：6. 65X10" mol dm3)Cd.2"/Cd. 一 Cd.2r/Cd解：(1)0.05916 怎 12 咕“汕在此溶液中，并護劉尸*,叫踏対。加“，而查表知：疇認廠°如26 V 醞 f 0.762酣.一定有：cd-/cd,故金屬Cd先析出。(2)在金屬鋅析出時CcT的濃度應滿足關系：(-0. 4026) + 0. 02958 lg =(-0. 7628) + 0. 02961g (0.01)解得:Cct = 6. 65X 10 1 mol dm 34.電解某溶液在陰極上有Zn沉積，也在Zn上的超電

4、壓為0. 72V,欲使溶液中Zf的濃度降到lObol血二陰極仍不析出也氣，溶液的pH值最小應控制為多少？(答案：2.7)解：當 c7m2+= 1.0X10 mo 1 dm '時，有食訶価二 $二畑i _ ""“覽-= -0.7628+0.029581g(1.0x0-4)=-0.8811V析出也時，有 E+誑二(-0. 05916) XpH-0. 72不讓出析出時,需要：£l+/H2 W爲n2+/Zn即：（-0. 05916） X pH - 0.72 （-0. 8811）解得：pH 2 2.15. 298. 15K 電解精煉銅的酸性溶液含銅 sthchmet

5、cnv TCSC="0w NumberType=wlwNegative二"False" HasSpace二"False" SourceValue二"30"UnitName=ttgff>30g -dm'3,離子活度系數(shù)= ° 0576，若電解液中含有雜質(zhì)銀, 試問要得到精銅，電解液中銀含量最大不能超過何值（設電積時銅的超電壓可以 忽略，最大銀含量時的 =01）? （答案：2.54X10“ moldm'）0 0591S, 30x0.0576弘?yún)榷Ｑ?+ -邁一-=01644V%粧=0.7996

6、+ 0.059161gx0.1£ 機 E *0 7996+0 05916Igc, +M.1銅宇不含Ag,則期血W，即：電恕 W0.2644解得：8. 98X10 ' mol dm '6.電解pH = 5的CdC12溶液時，Cd"的濃度為多少時也開始析出？已知也 的超電壓為0.48V。（答案：2. 316X10 ' moldm J0Q5916E葉廣-0 05916pH - 0.48 兔產(chǎn)心二-0 4026 + lg 兔嚴-0 4026 +氫氣析出時，有:S-D05916PH-0.48頁腳.: %科£2 4175X10” mol dm7. 將含

7、0. 05mol dm3硫酸的0. lmol dm3硫酸銅溶液于298. 15K進行電解，當 兩價銅離子的濃度減少到lXIOlol "十時，陰極電勢為何值？在不讓氫析出的 條件下，陰極電勢可能的值為多少（設電解液的pH = 0.15,氫在銅上的超電壓為 0. 33V） ?（答案：0.133; -0. 3389V）解：銅的陰極電勢為：Egg = 0J402 + °-5-16lg lxio-7 = o.miv2a不析出也的最低陰極電勢為：S = -O05916pH-?HC11 = -0 05916x0 15-0 33 = -0 3389V8. 用電解沉積CcT的方法分離某中性水

8、溶液中的CcT和Zn2已知該溶液中Cf 和Zf的濃度均為0. lmol g l,H2在Cd和Zn上的超電壓分別為0. 48 V和0. 70V。 試問在29& 15K時分離效果怎樣？有沒有氫析出干擾（設C屮和Zn*的活度近似等 于濃度）？（答案：3X10 21 mol dm 3；無）解：在Cd電極上：%+眄妙）=-OOS916pH -刁珀仇=-0 05916 x7-048= -0 894IV在Zn電極上：%+叫阿=-a O5916pH -九如=-005916x7-07 = -1114V而Cd和Zn的析出電勢為：0Q591G丘“片血二一0 4D26 + lg 0 1= -0 4316V%忸

9、0-7$28 + °°591Slg0.1-0.7924 VCd和Zn的析出電勢都大于也的析岀電勢，所以沒有也析出干擾，且Cd優(yōu) 先析出當Zn析出時，Ccf濃度應該降為：74倔+蘭汕”<-0.724解得64X10" mol dm9.某溶液中含Zl和Fe=活度均為1。已知氫在鐵上的超電壓為0.4V,如欲使 離子析出次序為Fe、比、Zn,則29&15K時溶液的pH值最大不得超過多少？在此 pH溶液中，乩開始析出時Fe的活度降為若干？（答案：6. 14； 1.22X10 n）解：忌2+爪二 -0.4402 + 0.029610*2+ =-0 4402 + 0

10、. 02961gl = -0. 4402 V龍-0. 7628 + 0. 02961g%2+=-0 7628 + 0. 02961gl = -0 7628 V要使比先與Zn析出，則：E(V2. fr) MEn2+/Zc£<H2.= -0. 05916XpH-0. 4>-0. 7628pHW6.13比析出時，F(xiàn)/活度應滿足關系：-0.4402 + 0.029581g S.2+W-0. 7628W 金2+24X10 1110.在0. 50mo 1 kgtuSO,及0. OlmolkgMSO】的溶液中，使Cu鍍到鉗極上，若出在Cu上的超電壓為0. 23V,當外電壓增加到有出在電

11、極上析出時，試問溶液中所余C屮的濃度為多少？（答案：5. 504X 10_2mol -kg1）解:=0.0591filg(0.5x2+ 0.01x2)-0.23 = -0 2295V= 0.3402 +0 0591620 3402 + 卩別 c ” 二-0 2295Cu與也同時析出時，有：25= 5 50xlQ-2®mol kg11.外加電壓使下面電解池發(fā)生電解作用:Pt I CdCl2 （lmol kg1） , NiSO, （lmol kg1） Pt當外加電壓逐漸增加時，電極上首先發(fā)生什么反應？此時外加電壓至少為多少（設不考慮超電壓，電解質(zhì)活度系數(shù)均為1, 7-298K ）?（答案

12、：析 Ni；析 C“ 1.590V）解：電解時，陽極析出Ch,陰極析出Mi （27® 護CiM7td<CNi*7K& )0 05916 4、一一3Q05916113(1.3583-0.05916lg 2)-(-0.230 - °-°5-16 lg 1) = 1.5705V 212298K, 101.325 kPa下，以鎧為陰極，石墨為陽極，電解含銅.鐮.鎘的某 電解液，其中直；=0.02；込=0.005,直/ = 0.01。若盡量消除濃差極化，并 不考慮電化學極化，試確定： 各種離子在陰極上析出的先后順序； 第 二種離子開始析出時，首先析出的那種離子

13、在溶液中的濃度尚余多少？（答案： 7. 13X103解:(1)丘血血二 0 340,2 +0.02 = 0.2899V0 05916%嚴儷=-0 230 + -lgO 005 = -0 298IV2005916%計心二-04026+ -lgD 001= -0 4913V2順序為 Cu、Ni、Cd= 0.3402 +(2)0 059161一；一2=-0 29810. 337-0. 02961g (1/G)=-0.318=2.638 x IQ"22mol kg13鍍銀溶液中NiS04 5H20含量為270g dm'3 （溶液中還有Na2S0 NaCl等物 質(zhì)），已知氫在鎮(zhèn)上的超電

14、壓為0.42V,氧在棵上的超電壓為0. IV,問在陰極和 陽極上首先析出（或溶解）的可能是哪種物質(zhì)？（答案：陰極析Ni；陽極溶門）4齷=-0.23Q + 0 05916 lg 丄四-=-0.228 7V 皿浄2244 7%十 二-0 05$16pH =-0 05915x7= -0 4141V給# 二-0 a5916pH 77Ha =-0 4141-0 42 =-0 8341V/Na = -2-7109+0 0591612.7109 V在陰極上是電極電勢越正的離子越優(yōu)先還原，.陰極上先析出Nio民"” =1229-D 0591fipH = 1229-0.05915x 7= 0 8148

15、8V%,折二-0 81488 十 70j/k 二 0 81488 +0.1 = 0 91488V駕。紳廣200V醞捧=-0 23QV在陽極上是電極電勢越負的物質(zhì)越優(yōu)先氧化，.陽極上是Ni溶解。14.在Zn電極上析出氫氣的塔費爾公式為77=0. 72+0. 171g/ (Acnf?),試判 斷在298. 15K以Zn作陰極以隋性電極作陽極電解pH = 7的0. Olmolkg 'ZnSO, 水溶液時，在什么陰極電勢和電流密度下，氫氣與Zn將同時析出？(答案：-0. 8222V； 0. 0146A cm'2)0 0S91SE心仏=-0.7628 + -lg0ai = -O8220V

16、解：2%折=-O.Q5916pH - %加=-0 4141-陸低當氫氣與Zn將同時析出時，堆潭加=折 g血=0 8220 -0 4141 = 0 40786 =0.72 + 0 171g i故 j = 1.458X10 2 A cm 215. 25%NaCl的中性水溶液(- =0'6), 29& I5K時用超電壓可忽略不計的電極 材料作電極進行電解，兩極何物先析出？工業(yè)上用鐵作陰極，石墨作陽極，在電 流密度2000A*下電解，此情況下Ch和在石墨陽極上超電壓分別為0. 25 和1.09V,出在鐵陰極上的超電壓為0. 82V,此時兩電極上什么物質(zhì)先析出？(答案：也；O2 (Q0.815V, Cl2 0. 826V)；也；Cl2 (02 1. 905V, Cl2 1.076V)Sh+/H5 = -0 05916pH =-0 05916x7= -04141V25%的XaCl水溶液換算成質(zhì)雖摩爾濃度:%B =二 5.7D4mol kg1% _ %B 、 1 _0化1|/% | 山1 A |%叫 1-%B0 75 58.44 x1a-3%血=醞+皿 + 啦盹+ « -2 7109+0 Q59161g(5 704 x 0 6