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。