第四章电重量分析和库仑分析

1、第四章电重量分析和库仑分析5. 用电解方法分离浓度均为8.00 10 2 mol L- 1Zn2+和Ni2+的混合试液，试 问:(1) 哪一离子先析出？阴极电位应维持在什么范围内，才能使这两个金属离子分离(vs.SHE)? 要达到定量分离，阴极电位应维持在什么范围(vs.SHE)?解：(1)在阴极上，析出电位越正的物质越容易还原。因此，可分别计算Zn2+ 和Ni2+的电极电位。其标准电极电位可从书中表 2-1查得。Zn = Zn 0.0592lgZ门窗= -0.763 0.0592lg(8 10)= -0.763-0.032-0.795(V)r O llgN 2+=-0.250 0.罗92lg

2、(8 10二)二-0.250.032= 0.282(V)由计算可知，皿2+先析出。阴极电位应维持在-0.795-0.282V之间(2)要达到定量分离Ni2+, Ni2+的浓度应降至10-6 mol L此时的电位Ni=0.0；92lgNi2+= -0.250 .92lg10J60.250 - 0.178=-0.428(V)定量分离时，阴极电位应维持在-0.795 0.428V6. 用电解法从0.100 mol Lr1Cu2+和0.100 mol L，Sn2+溶液中选择性沉积Cu2+，试问：(1) 阴极电位应控制在何值(vs.SCE)?(2) 分离的效果如何？e 0.05922+,Cu = Cul

3、gCU 解：(1) = 0.337 592lg 0.1= 0.337-0.0296二 0.307(V)sn - sne 010|92lgSn2+=-0.136 - 0眾92|g0.1 = -0.166(V)在阴极上，Cu2+先析出。要达到定量分离 Cu2+, Cu2+的浓度应降至10-6 mol L-1e 0.0592 |gCU 2+ cu = Cu 2 igCu 此时的电位：-0.337 lg102= 0.337-0.178= 0.159(V)选择性沉积Cu2+,阴极电位应维持在0.307 -0.166V (vs.SHE)。即0.065 -0.408V(vs.SCE)(2)由计算可知，只要将

4、电极电位控制在0.159-0.166V (vs.SHE)将Cu2+析出。之间，可完全7.在0.010Acm_2电流密度和0.100A电流下，用一对平滑Pt电极电解N82SO4稀溶液，电解池的内阻为2.00 Q,计算电解时需要的外加电压为多少?解：电解N&SO4稀溶液的电极反应和电池反应分别为:阳极：H2oL -O2 +2H+ 2e f = 1.23V2 2阴极：2H+ 2eU H2 诂=0.00V电池反应：H2OL -O2+H22电解时需要的外加电压为：V分解C；厂门.(.-)ir1=(O2 - HL厂 a0；92 lg pOzPd *(；;， ir1二(1.23-0)+ 0.0592 |g(

5、个 1) (0.85 -0.068)0.1 22=1.23 0.918 0.2 =2.35(V)8 .在pH4的醋酸盐缓冲溶液中，用铜电极电解 0.010 molLZnSO4溶液， 在实验使用的电流密度下，H2在铜电极上的超电位为0.75V; 02在Pt阳极上的 超电位为0.50V，电解池的ir降为0.50V，试问(1) 理论分解电压为多少？(2) 电解开始所需要的实际外加电压为多少？(3) 电解过程中电压变化吗？H2开始释放时，溶液中Zn2+的浓度为多少？解：(1)理论分解电压等于原电池的电动势。两个电极的电极反应为：Zn2+ 2eL Zn 辽0.763V 丄。2 2H+ 2eL H2OO2

6、 = 1.23V2 = 1.23. 0.0592 |g(10工)212 _( 一0.7630.0592 |g 0.01) 2-1.23 - 0.237)-(- 0.736 -0.0592)=1.82( V)-2)电解开始所需要的实际外加电压为：V分解=理论分解电压+超电压+电解池电压降=1.82+0.5+0.5=2.82 - V)-3)电解过程中的电压将发生改变，参见p52图4.3中曲线2-4)为了计算H2开始释放时，溶液中Zn2+的浓度，此时应先计算 H2释放时的 电极电位，其电极反应为：2H+，2eL H2理论分解电压为：E理。2 一 .1(0.05922 2) (: v0.05922 ,

7、)o2 lgH pO2)-C Zn lgZn )e 0.0592+ 2H2 = H22 lgH - H20.0592 j 2=0lg10 -0.75= 0.987(V)在此电位下,Zn2+的浓度0.05922+-0.987 - -0.763lgZn lgZn 2 =7.57Zn2 = 2.69 10出 molLL-19.从含 0.200 mol L-1Ni2+和 0.400 mol 1HCI04的 100mL 溶液中，将镍沉积 在Pt阴极上， Pt阳极上放出O2。若通过电解池的电流维持为 0.450A，电解池 内阻2.00 Q, Pt电极的面积为4.5cm2，试求：(1)理论分解电压；ir降；

8、(3) 开始电解所的外加电压； 当Ni2+浓度为0.010 mol LT时，需要电解时间多长？解：(1)两电极的电极反应为：阴极：Ni2+ 2eU Ni0.250V阳极：O2 2H+ 2eL H2O O -1.23V理论分解电压即原电池电动势：E理二 b - Ni1(,詈lgH 2pO2)-(叮詈lgNi2 )10.05922 .20.0592二1.23lg(0.4)12 -(- 0.25lg 0.2)2 2=(1.23-0.024)-( -0.25 -0.021)= 1.477( V)(2) 电解池的电压降ir=0.45X 2=0.9 (V)(3) 电流密度为：J=l/A=0.45/4.5=

9、0.1(A/cm 2)由p50表4.1知J=0.1A/cm2时，O2在Pt电极上的超电压为1.3V电解开始所需要的实际外加电压为：V分解=理论分解电压+超电压+电解池电压降 =1.477+1.3+0.9=3.677 (V)(4) Ni2+由0.200 mol 变为0.010 mol L_1时，析出镍的物质的量n=0.2X 0.1-0.01 X 0.1= 0.019(mol)由法拉第定律：t =nZF =0.019 2 96487 =8147.79(s) =135.8(min) i0.4510用库仑滴定法测定苯酚含量。将10.0mL含苯酚的试液放入烧杯中，再加入一定量的HCI和0.1 mol 1

10、NaBr溶液。由电解产生 Br2来滴定C6H5OH :2Br C6H5OH 3BgBr2 2eC6H2Br3OH 3HBr电流强度为6.43mA，到达终点所需时间112s计算试液中苯酚的浓度为多少？解：由法拉第定律得：1000二MVZF苯酚的浓度为：M 1000ZFV_3据题意知，Z=6,将已知数据代入 M =6.43 10112 1000 =1.24 10(molL-1)6 76487X1011.用库仑滴定法测定水中钙的含量，在 50.0mL氨性试液中加入过量的 HgNH3Y2-，使其电解产生的丫4-来滴定Ca2+若电流强度为0.0180A，贝倒达终点 需3.50min,计算每毫升水中CaC

11、Q的毫克数为多少？解：电解产生Y4-的电极反应为：2+IHgNH 3Y +NH4+2eLHg+2NH 3+HY根据法拉第定律 1000二MVZF水中钙的含量，以CaCO3表示，上式为-1000 =0.018 3.5 60 1000 = 3.92 10*(molLL-1)ZFV2 96487 50换算为每毫升水中CaCO3(相对分子质量为100.8)的毫克数CCaCOs (mg mL-1)二3.92 10，100.8 1000竹000二 0.0395mg_mL-1将As(V)还原为As(川)。在弱碱性介质中，由电解产生的12来滴定As(川):21 - =I2 2eHAsOgI2 2HCO= HA

12、sO： 21 一 2CO2 H2O电流强度为95.4mA，到达终点需14min 2s,计算样品中AS2O3的质量分数为多 少？解：As(川)的物质的量由法拉第定律计算得it 95.4 10“ (14 60 2)95.4 10” 8424、n4.16 10(mol)ZF2 964872 96487样品中AS2O3的质量分数为-414.16 10- (74.92 2 16 3)W=26.44 10-3W=4.166.3913.用库仑滴定法测定蛋白质中氮的含量。 蛋白质样品经硫酸消化，使氮转 化为硫酸铵，并稀释至100.0mL,取1.00mL调节pH至8.6,用电解产生的OBr 来滴定：Br 一 2OH 一 = OBr 一 H 2O 2e2NH3 3OBr 一一 N2 3BL 3H2O电流强度为10.0mA，到达终点需要159.2s。计算蛋白质中含氮多少 mg? 解：电解产生的OBr-的物质的量为：itZF10 10” 159.22 96487= 8.25 10“(mol)N 的物质的量：n=8.25 X 10-6 X 2/3=5.50 X 10-6(mol)蛋白质中含氮量 W=5.50 X 10-6 X 14.01 X 100=7.70 (m14.用控制电位库仑分析法测定 20.0mL试液