華中科大金繼紅物化習(xí)題解答-194-208 第十章 電解與極化作用-考研試題資料系列

1、華中科大金繼紅物化習(xí)題解答-194-208 第十章 電解與極化作用-考研試題資料系列華中科大金繼紅物化習(xí)題解答-194-208 第十章 電解與極化作用-考研試題資料系列華中科大金繼紅物化習(xí)題解答-194-208 第十章 電解與極化作用-考研試題資料系列華中科大金繼紅物化習(xí)題解答-194-208 第十章 電解與極化作用-考研試題資料系列電解與極化作用基 本公 式1。 分解電壓2。 陰極超電勢(shì)3. 陽(yáng)極超電勢(shì)4。陰極析出電勢(shì)5. 陽(yáng)極析出電勢(shì)6 實(shí)際分解電壓7。 Tal公式習(xí) 題 詳 解 要在一面積為0 cm2的薄鐵片兩面都鍍上厚度為005 mm的均勻鎳層，計(jì)算所需的時(shí)間.已知所用電流為.0 ,電

2、流效率為96， (Ni,s) = 8。9gcm3，M (Ni） = 5.7gmol1。解 根據(jù)Fraay定律，有而 故 2。 在298 K和標(biāo)準(zhǔn)壓力下,計(jì)算以下電解池在298 K時(shí)的可逆分解電壓：（1） t（s)aOH(.0ol kg1,=0.68）P（s）() Pt（s)HB(0。05 ol kg，. 0）Pt（s）（3） A（s）AgN（50m kg，=0。5） ANO3(0.01 ml g1,=0.902)Ag(s)解 (1)查表得，則(2）查表得,則 （) 。在298 和標(biāo)準(zhǔn)壓力下,用鍍鉑黑的鉑電極電解的水溶液,當(dāng)所用的電流密度j 503 A cm時(shí),計(jì)算使電解能順利進(jìn)行的最小分解電壓

3、。已知，,忽略電阻引起的電位降，H2(l）的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成ibbs自由能 2.129 J o1.解 根據(jù)題意,有因電解反應(yīng)為 故 則 。 在98 K時(shí)使下述電解池發(fā)生電解作用:Pt（s）C2 (0 mo kg) ,iSO(1.0 mol kg1)Pt(）問(wèn)當(dāng)外加電壓逐漸增加時(shí)，兩電極上首先分別發(fā)生什么反應(yīng)?這時(shí)外加電壓至少為多少？(設(shè)活度因子均為,超電勢(shì)可忽略。）解 查表得。因活度因子均為，且不考慮超電勢(shì),故在陰極上，還原電勢(shì)越正者，其氧化態(tài)越先被還原而析出。故在陰極上i首先被還原而析出i（s)。查表得，則在陽(yáng)極上，還原電勢(shì)越負(fù)者,其還原態(tài)越先被氧化而析出。故在陽(yáng)極上OH首先被氧化而析出O（g)

4、。29 K時(shí)，用Pb()為電極來(lái)電解H2O4溶液,已知其濃度為010ml k， = 0. 65，若在電解過(guò)程中，把b陰極與另一甘汞電極相連組成原電池,測(cè)得其電動(dòng)勢(shì)E 1.065 V。試求(g）在Pb陰極上的超電勢(shì)（只考慮2S4的一級(jí)解離）。已知所用甘汞電極的電極電勢(shì)甘汞=02806 V。解 考慮超電勢(shì)的存在,則電池的電動(dòng)勢(shì)為而 則 故 6在鋅電極上析出氫氣的Tafe公式為在298時(shí)，用Zn(s)作陰極,惰性物質(zhì)作陽(yáng)極，電解濃度為.1 mol g1的ZS4溶液,設(shè)溶液pH值為7。0,若要使H(）不和鋅同時(shí)析出,應(yīng)控制什么條件？解查表得，設(shè)活度因子均為1,則若要使H2不和鋅同時(shí)析出,應(yīng)有，即故 控

5、制電流密度大于1.1313A cm2時(shí),（g)才不和鋅同時(shí)析出。7 在298時(shí)和標(biāo)準(zhǔn)壓力下，當(dāng)電流密度為0.1 m2時(shí)，H2（g)和O2（g)在Ag(s）電極上的超電勢(shì)分別為。7V和。9。今用A（）電極電解濃度為0.0 ol g1的aOH溶液,問(wèn)這時(shí)在兩個(gè)銀電極上首先發(fā)生什么反應(yīng)?此時(shí)外加電壓為多少（設(shè)活度因子為1）解 查表得 在陰極，可能發(fā)生的反應(yīng)及相應(yīng)的電勢(shì)為H+2e(g）Na+eNa故陰極上首先是H+被還原成H2(g）。在陽(yáng)極，可能發(fā)生的反應(yīng)及相應(yīng)的電勢(shì)為2OH-H2O2（g）2e-2Ag（)+2OH-g2O（s）H2O+e故陽(yáng)極上首先是Ag（s)被氧化成Ag2(s)。此時(shí)外加電壓為8

6、在 K和標(biāo)準(zhǔn)壓力下，若要在某一金屬上鍍PbSn合金,試計(jì)算鍍液中兩種離子的活度比至少應(yīng)為多少？忽略超電勢(shì)的影響，已知。解 要鍍bn合金,兩者的電極電勢(shì)必須相等，即忽略超電勢(shì)的影響,則故 在28 K和標(biāo)準(zhǔn)壓力下,某混合溶液中，uSO4濃度為050ol g1,H2O4濃度為0.01 mol g1,用鉑電極進(jìn)行電解，首先Cu（s）沉積到t電極上。若H2(g)在Cu(s）上的超電勢(shì)為.23 V，問(wèn)當(dāng)外加電壓增加到有H2（g）在電極上析出時(shí)，溶液中所余C2的濃度為多少？（設(shè)活度因子均為1,H2SO4作一級(jí)解離處理。） 解 陰極上首先C2e-C(s)，陽(yáng)極上H被氧化成，當(dāng)有0.5 ol kg1的C析出就有

7、（20。5) mol k1O被氧化，溶液中(20。5) ml g1+留下,若，H+的濃度為（05+0.01) ml k1。 當(dāng)H2析出時(shí),應(yīng)有查表得，故 10。在298 K和標(biāo)準(zhǔn)壓力下，以Pt為陰極，C(石墨）為陽(yáng)極，電解含CCl2(001 ml kg1)和C2（002 mol kg1）的水溶液。若電解過(guò)程中超電勢(shì)可忽略不計(jì)，試問(wèn)(設(shè)活度因子均為1):（1）何種金屬先在陰極析出？（）第二種金屬析出時(shí)，至少須加多少電壓？(3）當(dāng)?shù)诙N金屬析出時(shí)，第一種金屬離子在溶液中的濃度？（4)事實(shí)上O2（g）在石墨上是有超電勢(shì)的，若設(shè)超電勢(shì)為0.85 V，則陽(yáng)極上首先應(yīng)發(fā)生什么反應(yīng)？解 (1)查表得,則在陰

8、極因 故在陰極上首先Cu2是被還原成Cu（s)。 （2）查表得,則在陽(yáng)極因，故陽(yáng)極反應(yīng)為2HO4 H+O2(g）+4e.當(dāng)Cu析出02 ol kg1后，溶液中H+的濃度為（2002) mo kg1，則此時(shí)在陽(yáng)極所以 （3)當(dāng)?shù)诙N金屬析出時(shí),有 （）考慮O2（g)在石墨上的超電勢(shì)，則,故陽(yáng)極上l2(g）先析出。 1。 在298和標(biāo)準(zhǔn)壓力下，用鐵Fe（s)為陰極,C（石墨)為陽(yáng)極,電解6.0 mol kg的Nal水溶液.若H2(g）在鐵陰極上的超電勢(shì)為0。2 ，O2（g）在石墨陽(yáng)極上的超電勢(shì)為60 ,Cl2(）的超電勢(shì)可忽略不計(jì)，試說(shuō)明兩極上首先發(fā)生的反應(yīng)及計(jì)算至少需加多少外加電壓，電解才能進(jìn)行

9、（設(shè)活度因子均為1）。解 查表得，則在陰極故在陰極上先析出H2(g)。在陽(yáng)極 故在陰極上先析出Cl2（g）。為了使電解能進(jìn)行，至少需外加的電壓為12。 在298K和標(biāo)準(zhǔn)壓力時(shí)，電解一含Z溶液，希望當(dāng)Zn濃度降至104 molkg1時(shí)，仍不會(huì)有H2（g）析出，試問(wèn)溶液的p值應(yīng)控制在多少為好?已知2（）在Zn（s)上的超電勢(shì)為02 V，并設(shè)此值與溶液濃度無(wú)關(guān)。解 設(shè)活度因子均為，查表得,當(dāng)Zn2濃度降至114mol g1時(shí) 若要使此時(shí)沒(méi)有2（g）析出，則應(yīng)有，即故 pH值應(yīng)控制在大于2。72為好。 13.在29 K和標(biāo)準(zhǔn)壓力下，用電解沉積法分離Cd2、Zn2混合溶液。已知C2和Zn2的濃度均為0.

10、10 ml kg(設(shè)活度因子均為),H（g）在C（)和Zn(s)上的超電勢(shì)分別為0.8 V和0。70 V，設(shè)電解液的pH值保持為。0.試問(wèn)：（)陰極上首先析出何種金屬?（）第二種金屬析出時(shí)第一種析出的離子的殘留濃度為多少?()氫氣是否有可能析出而影響分離效果？ 解 (1) 當(dāng)Cd2和Zn2濃度相同時(shí),只需比較兩者的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)，查表得，即故陰極上首先析出Cd。 （2) 2開(kāi)始析出時(shí)的電勢(shì)為n2析出時(shí)應(yīng)有 （) H2(g)在Cd上的析出電勢(shì)為H2(g）在Zn上的析出電勢(shì)為而Cd2開(kāi)始析出的電勢(shì)為兩個(gè)的值均小于和，所以H2（g）不會(huì)析出。 在298 K和標(biāo)準(zhǔn)壓力時(shí),電解含有Ag+(）、Fe2（）、

11、Cd （）、Ni2 （）和H（）的混合溶液,并設(shè)不隨電解的進(jìn)行而變化，又已知2()在Ag、Ni、Fe和Cd上的超電勢(shì)分別為。2 、.4 V、0.8 V和0.30 。當(dāng)外加電壓從零開(kāi)始逐漸增加時(shí),試用計(jì)算說(shuō)明在陰極上析出物質(zhì)的順序。解 查表得 ,則故在陰極上析出物質(zhì)的順序：Ag、N、C、Fe。 1。 在298 K時(shí),溶液中含A+和N的原始濃度分別為，當(dāng)形成了配離子Ag(CN）2后，其解離常數(shù)。試計(jì)算在該溶液中Ag的剩余濃度和Ag（s）的析出電勢(shì)設(shè)活度因子均為。解 A()2g2 N平衡時(shí)aB 0。1 002x則 因平衡常數(shù)很小，故x很小,上式可簡(jiǎn)化為,查表得,則 6。欲從鍍銀廢液中回收金屬銀,廢液

12、中N3的濃度為16 molkg1，還含有少量Cu2,今以銀為陰極，石墨為陽(yáng)極,用電解法回收銀，要求銀的回收率達(dá)9%.試問(wèn)陰極電位應(yīng)控制在什么范圍之內(nèi)？Cu2+的濃度應(yīng)低于多少才不致使(s)和g（s)同時(shí)析出設(shè)所有活度因子均為1?解 查表得，當(dāng)回收了99%的銀時(shí)g+的濃度為1108 okg,則故陰極電視應(yīng)低于3262 。為不致使C（s）和Ag（s)同時(shí)析出，應(yīng)有查表得,則故 Cu2+的濃度要低于0。11 molkg1.17。工業(yè)上目前點(diǎn)解食鹽水制造NaOH的反應(yīng)為2NCl+2H2O2NaOH+(g）Cl(g）有人提出改進(jìn)方案,改造電解池的結(jié)構(gòu)，使電解食鹽水的總反應(yīng)為Na+H2O+O2aO+Cl2

13、(）從兩種電池總反應(yīng)分別寫(xiě)出陰極和陽(yáng)極反應(yīng)計(jì)算在98 K時(shí),兩種反應(yīng)的理論分解電壓各為多少.設(shè)活度均為,溶液PH14；計(jì)算改進(jìn)方案理論上可節(jié)約多少電能用百分?jǐn)?shù)表示。解反應(yīng)陰極 22O+2eH2（g）H陽(yáng)極 2aCl2Na+Cl(g)2e反應(yīng)陰極 2OO+2e1=2OH陽(yáng)極 2Nal=N+Cl2（g）+2e2查表得，則反應(yīng)查表得，設(shè)空氣中O的活度為0。21，則反應(yīng)3節(jié)約電能的百分?jǐn)?shù)相當(dāng)于降低電壓的百分?jǐn)?shù)，即 1.某一溶液中含KCl、KBr和K的濃度均為0.1 molkg1。今有該溶液放入帶有Pt電極的素?zé)杀瓋?nèi),再將瓷杯放在一帶有Zn電極和大量0. molkg1的nCl2溶液的較大器皿中,若略去

14、液接電勢(shì)和極化影響,試求29 K時(shí)以下情況所需施加的外電壓最少為多少.設(shè)活度因子均為1。1析出99的碘2析出Br2，至Br濃度為1104 olg;3析出Cl2，至C濃度為104 mkg1。解查表得,在陰極上各物質(zhì)的析出電勢(shì)為故在陰極先析出H2（s)。查表得,當(dāng)已析出的碘時(shí) 查表得,當(dāng)析出r2至Br濃度為104molk1時(shí)3查表得,當(dāng)析出Cl2至Cl濃度為1104 okg1時(shí)19氯堿工業(yè)用鐵網(wǎng)為陰極，石墨棒為陽(yáng)極，電解含NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液來(lái)獲得Cl2（)和NOH溶液。NaC溶液不斷地加到陽(yáng)極區(qū)，然后經(jīng)過(guò)隔膜進(jìn)入陰極區(qū).若某電解槽內(nèi)阻為04，外加電壓為4.5 V,電流強(qiáng)度為2000A。每小時(shí)

15、從陰極區(qū)流出溶液為2。46 kg,其中。已知下述電池的電動(dòng)勢(shì)為23 V：試求:該生產(chǎn)過(guò)程的電流效率；2該生產(chǎn)過(guò)程的能量效率即生產(chǎn)一定量產(chǎn)品時(shí),理論上所需的電能與實(shí)際消耗電能之比; 3該電解池中用于克服內(nèi)阻及用于克服極化的電勢(shì)降各位多少.解 陰極反應(yīng)為H2O+e=2（p）+每小時(shí)由陰極區(qū)得到的電解產(chǎn)物的物質(zhì)的量為故 23克服內(nèi)阻的電勢(shì)降為因，則用于克服極化的電勢(shì)降為0 以i（）為電極、O水溶液為電解質(zhì)的可逆氫、氧燃料電池，在298K和標(biāo)準(zhǔn)壓力下穩(wěn)定地連續(xù)工作,試回答下述問(wèn)題問(wèn)題.1寫(xiě)出該電池的表達(dá)式、電極反應(yīng)和電池反應(yīng)。2求一個(gè)10W1 =3。6 kJ的電池，每分鐘需要供給29K、0 kPa壓力

16、的2（g）的體積。已知該電池反應(yīng)每消耗1ol H2(g）時(shí)的.3該電池的電動(dòng)勢(shì)為多少？解 H2(g)+2OH2H2O（)+2e OH2O+2e=2OH電池反應(yīng)H2()O(l)2，即每分鐘電池所做的可逆電功為6j.可逆操作時(shí)，,則每分鐘需要供給每分鐘需要供給98 K、100 kPa壓力的H（g）的量為1金屬的電化學(xué)腐蝕是金屬作原電池的陽(yáng)極而被氧化，在不同的P值條件下,原電池中的還原作用可能有以下幾種:酸性條件 2H3O+e2 H2O H2(p) O2(p)4H+22(l)堿性條件 (p）2HO(l）+ 4e4所謂金屬腐蝕是指金屬表面附近能形成例子的活度至少為10?，F(xiàn)有如下6種金屬:Au、Ag、C

17、u、b和Al.試問(wèn)那些金屬在以下pH值條件下回被腐蝕？1強(qiáng)酸性溶液pH； 2強(qiáng)堿性溶液pH=4；3微酸性溶液p6; 4微堿性溶液pH=。所需的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)值自己查閱,設(shè)所有活度因子均為1。解 若金屬氧化與析氫或吸氧反應(yīng)組成的原電池的，即，則金屬發(fā)生腐蝕。查表得, ，。金屬陽(yáng)極的氧化反應(yīng),可寫(xiě)成如下通式:Mz+ze則其電極電勢(shì)為 將題給條件帶入上式，得則 陰極上的還原反應(yīng)及相應(yīng)的電極電勢(shì)如下:酸性條件 H3Oe HH2（)查表得,則堿性條件 O2（）H2OeH查表得,則=1,若析氫腐蝕,則A、e、Pb被腐蝕,若吸氧腐蝕,則除u外均被腐蝕.H14，除u、Ag外均被腐蝕。pH=6，若析氫腐蝕,則Al

18、、e被腐蝕；若吸氧腐蝕則則除Au外均被腐蝕.p，除u外均被腐蝕.22. 在29 K和標(biāo)準(zhǔn)壓力時(shí)，將反應(yīng)CO(）+O(p）=C2（p）安排成燃料電池，計(jì)算該電池的熱效率.已知該反應(yīng)，.若反應(yīng)放出的熱量利用rot機(jī)做功，設(shè)高溫?zé)嵩礊?00 K，低溫?zé)嵩礊?00K，計(jì)算所做的功，并計(jì)算該功占燃料電池所做功的分?jǐn)?shù)。解 燃料電池?zé)嵝蕿槎诟邷責(zé)嵩礊?00 ，低溫?zé)嵩礊?0 K之間工作的Caot機(jī)效率為故將反應(yīng)放出的熱量利用Cart機(jī)所做的功該功占燃料電池所做功的分?jǐn)?shù)為自 測(cè) 題. 電解混合電解液時(shí)，有一種電解質(zhì)可以首先析出,若用及分別代表電解質(zhì)電極反應(yīng)的平衡電極電勢(shì)和析出電勢(shì),它的分解電壓等于以下差值

19、中的哪一個(gè)? A. B. 。 .2。 8 K、01olm1的HCl溶液中氫電極的熱力學(xué)電勢(shì)為0。06 V，電解此溶液時(shí),氫在銅電極上的析出電勢(shì) .大于.06 V 。06V C。小于0.6 V D。不能判定3。 29 K時(shí)，以石墨為陽(yáng)極,電解0.1molkgNaCl溶液，已知，,，,則在陽(yáng)極上首先析出 A l2 。 O C。 C2與O2混合氣體 D 4 用銅電極電解uCl的水溶液，在陽(yáng)極上會(huì)發(fā)生 A。 析出氫氣 B. 析出氯氣 C。 析出銅 。銅電極溶解5.原電池放電時(shí)，隨電流密度增加，則有 A 正極電勢(shì)變高，負(fù)極電勢(shì)變高 B。 正極電勢(shì)變高,負(fù)極電勢(shì)變低C。 正極電勢(shì)變低,負(fù)極電勢(shì)變高 正極電

20、勢(shì)變低,負(fù)極電勢(shì)變低6.塔菲爾Tafel公式的適用范圍是 A. 僅限于氫超電勢(shì)B。 僅限于C.僅限于陰極超電勢(shì)，可以析出氫,也可以是其他. 可以是陰極超電勢(shì),也可以是陽(yáng)極超電勢(shì)7. 代表電池的電流密度，0代表電極的交換電流密度，以下關(guān)系式中哪個(gè)反映了常用參比電極的工作特性？ . D。8。 鉛蓄電池負(fù)極反應(yīng)的交換電流密度比正極反應(yīng)的交換電流密度約小兩個(gè)數(shù)量級(jí),這表明 A。 正極反應(yīng)的可逆性大,易出現(xiàn)極化. 正極反應(yīng)的可逆性小,易出現(xiàn)極化C 負(fù)極反應(yīng)的可逆性大，易出現(xiàn)極化。 負(fù)極反應(yīng)的可逆性小,易出現(xiàn)極化9. 一蓄水鐵箱上被腐蝕了一個(gè)洞，今用一金屬片焊接在洞外面以堵漏,為了延長(zhǎng)鐵箱壽命，選用哪種金

21、屬片為好？ A 銅片 B.貼片 C。鍍錫鐵片 D。鋅片10 在還原性酸性溶液中,Zn的腐蝕速度較Fe的小,其原因是 A B. C. D。 11。298 K時(shí),以Pt為陽(yáng)極，F(xiàn)e為陰極，電解濃度為molkg1的NaC水溶液活度因子為0.66。設(shè)電極表面有H2（g）不斷逸出時(shí)的電流密度為。1 c2，Pt逸出Cl2（）的超電勢(shì)可近似視為零。若Tafel公式為，且Tafl常數(shù),，請(qǐng)計(jì)算實(shí)際的分解電壓。2。298 K、下,以Pt為陰極,電解含F(xiàn)C（0.1 molkg1）和CCl（001mlk1）的水溶液.若電解過(guò)程中不斷攪拌，超電勢(shì)可略去不計(jì)，并設(shè)活度因子均為1,試問(wèn):何種金屬先析出?2第二種金屬析出時(shí)

22、至少需施加多大電壓？3當(dāng)?shù)诙N金屬析出時(shí)，第一種金屬離子的濃度為多少？已知，。1 某溶液含有1.0 olkg1的Zn（N3)2和100 molg的Cu（O）,p=4。,該溶液在25 時(shí),用光滑的P作為電極.試問(wèn)當(dāng)陰極電視打0.30 V時(shí)，陰極上發(fā)生什么反應(yīng)？這時(shí)溶液中殘余C2的濃度為多少?已知H2在光滑t片和Cu片上的超電勢(shì)分別為0。 和2 V,。假設(shè)不考慮其活度因子的影響。4.在28 K時(shí)，Cr和e同時(shí)沉積就能進(jìn)行不銹鋼電鍍。若C+的濃度 mkg1,則為進(jìn)行不銹鋼電鍍，F(xiàn)e2+的濃度值應(yīng)為多少?假定兩個(gè)電極都不考慮超電勢(shì).2若電解Cr2+的濃度為25 olg1、 Fe2+的濃度為0. mog1的混合溶液,假定Cr沒(méi)有超電勢(shì)，計(jì)算F