中南大学物化课后习题答案-10章-电极过程

1、第10章电极过程1. 用间接方法求得298. 15K时，反应H2+?02 = H20 （1） 亠聲=-236. 65 kJ mo试问29&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：-沁一空空竺亠2泗U 二 E：二 F二 zF 2x964852. 29& 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 滑铠作两极材料，试分别确定其分解电压（已知在银电极上“2=0.87 , 。2=0. 96V,在光滑钳电极上腔=0.09, “02=0. 45V。并设稀硫酸水溶液中她=1）。 （答案：3. 059V

2、； 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，则其实际分解电压=理论（可逆）分解电压+ S 超电压，故，用Ag作电极：2 1.229 + 0.87 + 0. 96 = 3. 059 V用Pt作电极：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,把该溶液放在两个铀电极之间，用低电流密度进行电解，同时均匀搅拌, 试问 哪一种金属将首先沉积在阴极上？ 当另一种金属开始沉积时，溶液中先析出的哪一种金属

3、所剩余的浓度为多少？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，并护刘尸*,叫踏対。加“，而查表知：畴认厂°如26 V 醞 f 0.762酣.一定有：cd-/cd,故金属Cd先析出。(2)在金属锌析出时CcT的浓度应满足关系：(-0. 4026) + 0. 02958 lg =(-0. 7628) + 0. 02961g (0.01)解得:Cct = 6. 65X 10 1 mol dm 34.电解某溶液在阴极上有Zn沉积，也在Zn上的超电

4、压为0. 72V,欲使溶液中Zf的浓度降到lObol血二阴极仍不析出也气，溶液的pH值最小应控制为多少？(答案：2.7)解：当 c7m2+= 1.0X10 mo 1 dm '时，有食诃価二 $二畑i _ ""“览-= -0.7628+0.029581g(1.0x0-4)=-0.8811V析出也时，有 E+诳二(-0. 05916) XpH-0. 72不让出析出时,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 电解精炼铜的酸性溶液含铜 sthchmet

5、cnv TCSC="0w NumberType=wlwNegative二"False" HasSpace二"False" SourceValue二"30"UnitName=ttgff>30g -dm'3,离子活度系数= ° 0576，若电解液中含有杂质银, 试问要得到精铜，电解液中银含量最大不能超过何值（设电积时铜的超电压可以 忽略，最大银含量时的 =01）? （答案：2.54X10“ moldm'）0 0591S, 30x0.0576弘吶二叮血 + -迈一-=01644V%粧=0.7996

6、+ 0.059161gx0.1£ 机 E *0 7996+0 05916Igc, +M.1铜宇不含Ag,则期血W，即：电恕 W0.2644解得：8. 98X10 ' mol dm '6.电解pH = 5的CdC12溶液时，Cd"的浓度为多少时也开始析出？已知也 的超电压为0.48V。（答案：2. 316X10 ' moldm J0Q5916E叶广-0 05916pH - 0.48 兔产心二-0 4026 + lg 兔严-0 4026 +氢气析出时，有:S-D05916PH-0.48页脚.: %科£2 4175X10” mol dm7. 将含

7、0. 05mol dm3硫酸的0. lmol dm3硫酸铜溶液于298. 15K进行电解，当 两价铜离子的浓度减少到lXIOlol "十时，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：Egg = 0J402 + °-5-16lg lxio-7 = o.miv2a不析出也的最低阴极电势为：S = -O05916pH-?HC11 = -0 05916x0 15-0 33 = -0 3389V8. 用电解沉积CcT的方法分离某中性水

8、溶液中的CcT和Zn2已知该溶液中Cf 和Zf的浓度均为0. lmol g l,H2在Cd和Zn上的超电压分别为0. 48 V和0. 70V。 试问在29& 15K时分离效果怎样？有没有氢析出干扰（设C屮和Zn*的活度近似等 于浓度）？（答案：3X10 21 mol dm 3；无）解：在Cd电极上：%+眄妙）=-OOS916pH -刁珀仇=-0 05916 x7-048= -0 894IV在Zn电极上：%+叫阿=-a O5916pH -九如=-005916x7-07 = -1114V而Cd和Zn的析出电势为：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的析出电势都大于也的析岀电势，所以没有也析出干扰，且Cd优 先析出当Zn析出时，Ccf浓度应该降为：74倔+兰汕”<-0.724解得64X10" mol dm9.某溶液中含Zl和Fe=活度均为1。已知氢在铁上的超电压为0.4V,如欲使 离子析出次序为Fe、比、Zn,则29&15K时溶液的pH值最大不得超过多少？在此 pH溶液中，乩开始析出时Fe的活度降为若干？（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龙-0. 7628 + 0. 02961g%2+=-0 7628 + 0. 02961gl = -0 7628 V要使比先与Zn析出，则：E(V2. fr) MEn2+/Zc£<H2.= -0. 05916XpH-0. 4>-0. 7628pHW6.13比析出时，F/活度应满足关系：-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镀到钳极上，若出在Cu上的超电压为0. 23V,当外电压增加到有出在电

11、极上析出时，试问溶液中所余C屮的浓度为多少？（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与也同时析出时，有：25= 5 50xlQ-2®mol kg11.外加电压使下面电解池发生电解作用:Pt I CdCl2 （lmol kg1） , NiSO, （lmol kg1） Pt当外加电压逐渐增加时，电极上首先发生什么反应？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, 7-298K ）?（答案

12、：析 Ni；析 C“ 1.590V）解：电解时，阳极析出Ch,阴极析出Mi （27® 护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，以铠为阴极，石墨为阳极，电解含铜.镰.镉的某 电解液，其中直；=0.02；込=0.005,直/ = 0.01。若尽量消除浓差极化，并 不考虑电化学极化，试确定： 各种离子在阴极上析出的先后顺序； 第 二种离子开始析出时，首先析出的那种离子

13、在溶液中的浓度尚余多少？（答案： 7. 13X103解:(1)丘血血二 0 340,2 +0.02 = 0.2899V0 05916%严俪=-0 230 + -lgO 005 = -0 298IV2005916%计心二-04026+ -lgD 001= -0 4913V2顺序为 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镀银溶液中NiS04 5H20含量为270g dm'3 （溶液中还有Na2S0 NaCl等物 质），已知氢在镇上的超电

14、压为0.42V,氧在棵上的超电压为0. IV,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；阳极溶门）4龌=-0.23Q + 0 05916 lg 丄四-=-0.228 7V 皿浄2244 7%十 二-0 05$16pH =-0 05915x7= -0 4141V给# 二-0 a5916pH 77Ha =-0 4141-0 42 =-0 8341V/Na = -2-7109+0 0591612.7109 V在阴极上是电极电势越正的离子越优先还原，.阴极上先析出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驾。紳广200V醞捧=-0 23QV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77=0. 72+0. 171g/ (Acnf?),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. Olmolkg 'ZnSO, 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)0 0S91SE心仏=-0.7628 + -lg0ai = -O8220V

16、解：2%折=-O.Q5916pH - %加=-0 4141-陆低当氢气与Zn将同时析出时，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*下电解，此情况下Ch和在石墨阳极上超电压分别为0. 25 和1.09V,出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：也；O2 (Q0.815V, Cl2 0. 826V)；也；Cl2 (02 1. 905V, Cl2 1.076V)Sh+/H5 = -0 05916pH =-0 05916x7= -04141V25%的XaCl水溶液换算成质虽摩尔浓度:%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