中南大学物化课后习题答案 10章 电极过程
更新时间:2023-10-10 15:50:01 阅读量: 综合文库 文档下载
第10章电极过程
1.用间接方法求得298.15K
H2+?O2 ==== H2O(l) =-236.65 kJ·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
(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(已知在银电极上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,则其实际分解电压 = 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 = 3.059 V 用Pt作电极:
U分 = 1.229 + 0.09 + 0.45 = 1.769 V
3.某溶液中含10-2mol·dm-3 CdSO4,10-2mol·dm-3 ZnSO4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,
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:6.65×10-15 mol·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) + 0.02958 lg cCd2+ = (-0.7628) + 0.0296lg(0.01) 解得:cCd2+ = 6.65×10-15 mol·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
析出H2时,有EH+/H2 = (-0.05916)×pH-0.72
不让H2析出时,需要:EH+/H2 ≤ EZn2+/Zn
即:(-0.05916)×pH - 0.72≤ (-0.8811) 解得: pH ≥ 2.7
5.298.15K电解精炼铜的酸性溶液内含铜st1:chmetcnv TCSC=\NumberType=\UnitName=\·dm-3,离子活度系数
,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Ag+的
)?
(答案:2.54×10-8 mol·dm-3)
解:
铜中不含Ag,则≤,即:≤0.2644
解得:≤ 8.98×10 -9 mol·dm-3
6. 电解pH=5的CdCl2溶液时,Cd2+的浓度为多少时H2开始析出? 已知H2
的超电压为0.48V。(答案:2.316×10-3 mol·dm-3)
解:,
氢气析出时,有:≤
∴ ≤2.4175×10-13 mol·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+ 的方法分离某中性水溶液中的Cd2+和Zn2+。已知该溶液中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0.48 V和0.70V。试问在298.15K时分离效果怎样?有没有氢析出干扰(设Cd和Zn的活度近似等于浓度)?
(答案:3×10-21 mol·dm-3;无)
解: 在Cd电极上:
2+
2+
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≤6.64×10-14 mol·dm-3
9.某溶液中含Zn2+和Fe2+,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、H2、Zn,则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+的活度降为若干?
(答案:6.14;1.22×10-11)
解:EFe2+/Fe= -0.4402 + 0.0296lgcFe2+ = -0.4402 + 0.0296lg1 = -0.4402 V
EZn2+/Zn= -0.7628 + 0.0296lgcZn2+ = -0.7628 + 0.0296lg1 = -0.7628 V 要使H2先与Zn析出,则:
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
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