第十章 電解與極化作用 - 下載本文

電解與極化作用

一、簡答題

1.什么叫極化作用?什么叫超電勢?極化作用主要有幾種?陰、陽極上由于超電勢的存在其不可逆電極電勢的變化有何規律?

2.在電解過程中,陰、陽離子分別在陰、陽極析出的先后次序有何規律? 3.電化腐蝕主要有哪些類型?在盛水的鐵鍋中,為什么在水周圍比在水下的部分先生銹?

4.以Pt為電極電解Na2SO4水溶液,在兩級的溶液中各加數滴石蕊試液,在電解的過程中兩極區溶液的顏色有何變化?

5.當電流通過下列電解池時,判斷有哪些物質生成或消失,并寫出反應式。 (1)碳為陽極,鐵為陰極,溶液為氯化鈉;

(2)銀為陽極,鍍有氯化銀的銀為陰極,溶液為氯化鈉; (3)兩鉑電極之間盛以硫酸鉀溶液。

6.電解ZnCl2水溶液,兩極均用鉑電極,電解反應如何?若均改用鋅電極,結果又如何?兩者的分解電壓有何差異?

二、計算題

1.用金作陽極,鎳作陰極,電解 1.0 mol·dm-3H2SO4溶液,求:分解電壓為多少伏?(O2在Ni上的超電勢η(H2)=0.4V,O2在金上的超電勢η(O2)=0.53V,在298K

時φ? [O2/H2O,H+]=1.229V)。 [答案:V(分解)=φ(陽)-φ(陰)=1.899 V ] 2.用Pt電極電解CuCl2溶液,通過的電流為20A,經過20min后,問: (1).在陰極上能析出多少質量的Cu?

(2).在陽極上能析出多少體積的298K,100kPa下的Cl2(g)? [答案:(1)m=0.2009kg;(2).V(Cl2)=0.0031m3]

?13.298K時電解含兩種金屬離子的鹽溶液FeCl2(b?0.01mol?kg,???1)和

CuCl2(b?0.02mol?kg?1,???1)。若電解過程中不斷攪拌溶液,超電勢忽略不計。試問:①何種金屬首先析出?

②當第二種金屬析出時,第一種金屬離子在溶液中的濃度為多少?

?29a2??4.214?10Cu[答案:① Cu先析出;②]

?1?14. 在1mol?kgCuSO4及0.02mol?kgH2SO4的混合液中,使銅鍍到Pt電極上。若

H2在Cu上的超電勢為0.23V,H2和Cu在Pt上的超電勢為零;設Cu2+和H+的平均活度系數為1。問當外加電壓增加到H2在電極上析出時,溶液中所剩余的Cu2+濃度為多少?

?22[答案:bCu2??1.05?10]

??15.AgNO3溶液的電解,溶液的pH?7,同時設Ag?,請問首先析出什么?

[答案:Ag的析出電勢 H+的析出電勢

+

?Ag?/Ag?S????Ag?/Ag?S??0.779V

?H?/H2?g????H?/H2?g???H2在銀電極析出的超電勢1?0.05916log?7??H2在銀電極析出的超電勢10?0.414??H2在銀電極析出的超電勢

由于Ag的析出電勢比H2高得多,所以首先析出的是銀。]

??16.以鎘電極為陰極,電解CdSO4,溶液的pH?7,同時設Ag?,請問首先析出

什么?

[答案:可能的陰極反應

Cd2???Cd2??1?2e?Cd?s??

?Cd2?/CD?S????Cd2?,Cd?S???0.403V如果沒有氫的超電勢,兩者的數值非常接近(?0.403V和?0.414V),從理論上講,都可以析出,,但由于H2的超電勢的存在,使氫氣的析出電勢比鎘要低得多,使氫氣的析出要比鎘難得多。]

7.用Pt做電極電解SnCl2水溶液, 在陰極上因H2有超電勢故只析出Sn(s), 在陽極上析出O2, 已知?Sn2+=0.10, ?H=0.010, 氧在陽極上析出的超電勢為0.500

+V,已知:?θ(Sn2+/Sn) =-0.140 V, ? θ(O2/H2O) =1.23 V。 (1) 寫出電極反應, 計算實際分解電壓。

(2) 若氫在陰極上析出時的超電勢為0.500 V, 試問要使αSn2+降至何值時, 才開始析出氫氣? [答案:(1)E分解=1.78 V (2) ?(Sn2+) =2.9×10-14 ] 8.298 K時,用Pb為電極來電解0.100 mol·dm-3 H2SO4(?? =0.265)。在電解過程

中,把Pb陰極與另一摩爾甘汞電極相聯接,當Pb陰極上氫開始析出時, 測得E分解=1.0685 V,試求H2在Pb電極上的超電勢(H2SO4只考慮一級電離),已知摩爾甘汞電極的氫標電勢?甘汞=0.2800 V 。 [答案:0.6952 V]

9. 298 K,pθ時,以 Pt為陰極,C(石墨)陽極,電解含CdCl2 (0.01 mol·kg-1) 和 CuCl2 (0.02 mol·kg-1) 的水溶液,若電解過程中超電勢可忽略不計,(設活度系數均為1,已知?θ(Cd2+/Cd) = -0.402 V,?θ(Cu2+/Cu) = 0.337 V,

?θ(Cl2/Cl-)=1.36 V,? θ(O2/H2O,H+) = 1.229 V )(不考慮水解)試問: (1)何種金屬先在陰極析出?

(2)第二種金屬析出時,至少須加多少電壓?

(3)當第二種金屬析出時,第一種金屬離子在溶液中的濃度為若干? (4)事實上 O2(g) 在石墨上是有超電勢的,若設超電勢為 0.6 V,則陽極首先應發生什么反應?

[答案:(1)陰極上首先是 Cu2+ 還原成 Cu 。 (2) E分解=1.6075 V (3) [Cu2+] = 0.103×10-26 mol·kg-1 (4) 陽極上先發生 H2O氧化反應 ]

10.298 K時, 用Pt陽極Cu陰極電解0.10 mol·dm-3 CuSO4溶液, 電極的面積為50 cm2, 電流保持在0.040A, 并采取措施,使濃差極化極小。若電解槽中含1dm3溶液, 試問至少電解多少時間后, H2才會析出?此時剩余Cu2+的濃度為多少? 設活度系數均為1。已知氫在銅上之? =a+blgj, a=0.80 V, b=0.115V, ?θ(Cu2+/Cu) =0.337 V。[答案:[Cu2+]=1.6×10-28 mol·dm-3 電解需時:t=134 h ]

11.Pt電極電解H2SO4(0.1 mol·dm-3,γ±=0.265)反應溫度為298K,壓力是101325Pa。若電解過程中,將Pb電極與另一甘汞電極相聯,測得E=1.0685V,求H2在Pb電極上的超電勢。已知φ? (甘汞)=0.2801V。[答案:η(陰極) =0.6954 V] 12.電解堿性的KCl溶液,可制備KClO3,其電極反應為6OH- + Cl-→ClO3- + 3H2O + 6e-,若電流效率為60%,試問用2安培的電流需通電多少時間才能獲得10克的KClO3?[答案:t=656.7 min]

13.298K,101325Pa時,以Pt為陰極,石墨為陽極,電解含有FeCl2(0.01mol·dm-3)和CuCl2(0.02 mol·dm-3)的水溶液,若電解過程中不斷攪拌,并設超電勢均可忽略不計,活度系數為1。問(1)何種金屬先析出?(2)第二種金屬析出時,至少需加多少電壓?(3)第二種金屬離子析出時,第一種金屬離子在溶液中

的濃度為若干?<φ? (Fe)=-0.44021V;φ? (O2/H+)=1.229V;φ? (Cu)=0.337V;φ? (Cl2)=1.360V>[答案:(1)銅先析出(2) E=1.645V (3) =5.4×10-29mol·dm-3 ] 14.某電導池盛以0.02mol·dm-3,在298K測得其電阻為82.4Ω,再換用0.0050mol·dm-3測得電阻為163Ω,求K2SO4溶液的電導率和摩爾電導?已知0.02mol·dm-3溶液在298K時κ為2.767×10-1S·m-1。[答案:(K2SO4)κ=0.140S·m-1;Λ=0.028S·m2·mol-1]

15.某溶液在298K下,經分析知a(H+)=1,a(Zn2+)=1,如以鋅做陰極進行電解,要使Zn2+全部析出(只允許Zn2+在溶液中的濃度約為10-7mol),需控制溶液的pH值為若干?已知H+在Zn電極上的η(H+)=0.7V,Zn2+在鋅電極上的η(Zn2+)=0。[答案:pH>4.41 ]

16.在Zn2+和Cd2+濃度各為1mol·dm-3,pH=3的溶液中進行電解,問哪種離子先析出?當第二種離子析出時,溶液中第一種離子的濃度為若干?在氫析出前,第二種離子的濃度為若干?假定氫在第二種金屬上的超電勢為0.72V。[答案:Cd2+先析出;c(Cd2?)?1.39?10?15mol?dm?3 ;c(Zn2?)?1.28?10?5mol?dm?3] 17.電流密度 i=0.01A·cm-2時,H2在Zn電極上的超電勢η(H2)=0.76 V,若電解液中Zn2+的活度為0.01,要使Zn2+在陰極上析出,而不使氫析出,求溶液的pH值應控制在什么范圍(298K時φ? =-0.763V)。[答案:pH>1.05 ]





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