10-电解与极化

电解与极化
一、选择题
1. 电解混合电解液时，有一种电解质可以首先析出，它的分解电压等于下列差值中的哪一个？式中φ平，φ阴和φ阳分别代表电极的可逆电极电势和阴、阳极的实际析出电势。

( )
(A) φ平，阳－φ平，阴(B) φ阳+ φ阴
(C) φ阳（最小）－φ阴（最大）(D) φ阳（最大）－φ阴（最小）
2. 当发生极化现象时，两电极的电极电势将发生如下变化：( )
(A) φ平，阳＞φ阳；φ平，阴＞φ阴(B) φ平，阳＜φ阳；φ平，阴＞φ阴
(C) φ平，阳＜φ阳；ϕ平，阴＜φ阴(D) φ平，阳＞φ阳；φ平，阴＜φ阴
3. Tafel公式η=a+blg j 的适用范围是：( )
(A) 仅限于氢超电势(B) 仅限于j ≅ 0, 电极电势稍有偏差的情况
(C) 仅限于阴极超电势, 可以是析出氢, 也可以是其他
(D) 可以是阴极超电势, 也可以是阳极超电势
4. 下列示意图描述了原电池和电解池中电极的极化规律, 其中表示原电池阳极的是：( )
(A) 曲线1 (B) 曲线2 (C) 曲线3 (D) 曲线4
5. 以石墨为阳极，电解0.01 mol·kg-1 NaCl 溶液，在阳极上首先析出：( )
(A) Cl2(B) O2
(C) Cl2与O2混合气体(D) 无气体析出
已知：φ (Cl2/Cl-)= 1.36 V , η(Cl2)= 0 V ，φ (O2/OH-)= 0.401V , η(O2) = 0.8 V。

6. 电解金属盐的水溶液时, 在阴极上：( )
(A) 还原电势愈正的粒子愈容易析出
(B) 还原电势与其超电势之代数和愈正的粒子愈容易析出
(C) 还原电势愈负的粒子愈容易析出
(D) 还原电势与其超电势之和愈负的粒子愈容易析出
7. 用铜电极电解0.1mol·kg-1的CuCl2水溶液，阳极上的反应为( )
(A) 2Cl- ─→Cl2+ 2e-(B) Cu ─→Cu2++ 2e-
(C) Cu ─→Cu++ e-(D) 2OH-─→H2O + 1
2
O2+ 2e-
8. 25℃时, H2在锌上的超电势为0.7 V，φ (Zn2+/Zn) = -0.763 V，电解一含有Zn2+(a=0.01) 的溶液，为了不使H2析出，溶液的pH值至少应控制在( )
(A) pH > 2.06 (B) pH > 2.72 (C) pH > 7.10 (D) pH > 8.02
9. 电解时, 在阳极上首先发生氧化作用而放电的是：( )
(A) 标准还原电势最大者(B) 标准还原电势最小者
(C) 考虑极化后，实际上的不可逆还原电势最大者
(D) 考虑极化后，实际上的不可逆还原电势最小者
10. 通电于含有相同浓度的Fe2+, Ca2+, Zn2+, Cu2+的电解质溶液, 已知（）
φ (Fe2+/ Fe) = -0.440 V ，φ (Ca2+/ Ca) = -2.866 V
φ (Zn2+/ Zn) = -0.7628 V ，φ (Cu2+/ Cu) = 0.337 V
当不考虑超电势时, 在电极上金属析出的次序是：( )
(A) Cu →Fe →Zn →Ca (B) Ca →Zn →Fe →Cu
(C) Ca →Fe →Zn →Cu (D) Ca →Cu →Zn →Fe
11. 金属活性排在H2之前的金属离子, 如Na+ 能优先于H+在汞阴极上析出, 这是由于：( )
(A) φ (Na+/ Na) < φ (H+/ H2) (B) η(Na) < η(H2)
(C) φ(Na+/ Na) < φ(H+/ H2)
(D) H2在汞上析出有很大的超电势, 以至于φ(Na+/ Na) > φ(H+/ H2)
12. 一贮水铁箱上被腐蚀了一个洞，今用一金属片焊接在洞外面以堵漏，为了延长铁箱的寿命，选用哪种金属片为好？( )
(A) 铜片(B) 铁片(C) 镀锡铁片(D) 锌片
13. 在还原性酸性溶液中, Zn的腐蚀速度较Fe为小, 其原因是：( )
(A) φ(Zn2+/ Zn)(平) < φ(Fe2+/ Fe)(平) (B) φ(Zn2+/ Zn) < φ(Fe2+/ Fe)
(C) φ(H+/ H2)(平, Zn) < φ(H+/ H2)(平, Fe) (D) φ(H+/ H2)(Zn) < φ(H+/ H2)(Fe)
14. 下列对铁表面防腐方法中属于"电化保护"的是：( )
(A) 表面喷漆(B) 电镀(C) Fe表面上镶嵌Zn块(D) 加缓蚀剂
二、填空题
15. 电解HNO3, H2SO4, NaOH, NH3·H2O, 其理论分解电压均为 1.23 V。

其原因是_________________________________________________________。

16. 从理论上分析电解时的分解电压, E分解=__________________________, 而且随电流强度I的增加而_____________。

17. 电化学中电极反应的速度以______ 表示，极化是_________________________的现象，极化主要有_________, _________。

超电势是。

18. 电池放电时，随电流密度增加阳极电位变________，阴极电位变________，正极变________ ，负极变_____。

19. 电解过程中，极化作用使消耗的电能________；在金属的电化学腐蚀过程中，极化作用使腐蚀速度________ 。

20. 某含有Ag+，Ni2+ ，Cd2+ （活度均为1）离子的pH = 2 的溶液，电解时, H2与各金属在阴极析出的先后顺序为________、________、_________、__________。

(已知φ (Ag+/Ag)= 0.799 V，φ (Ni2+/Ni)= -0.23 V，φ (Cd2+/Cd)= -0.402 V。

H2在Ag 上超电势η=0.20 V，在Ni 上, η=0.24 V，在Cd 上, η=0.30 V)
21. 以Cu 为电极，电解1 mol·dm-3 CuSO4溶液(pH = 3), 则在阴极上的电极反应
_________________________，阳极上的电极反应_________________________ 。

已知：H2在Cu 电极上, η = 0.5 V, φ (Cu2+/Cu)= 0.337 V ，
O2在Cu 电极上, η = 0 V, φ (O2/H+,H2O)= 1.229 V 。

22. 在锌电极上，H2的超电势为0.75 V，电解一含Zn2+的浓度为1×10-5 mol·kg-1的溶液，为了不使H2(g) 析出，问溶液的pH 值应控制在__________ 。

已知25℃时，φ (Zn2+/Zn)= -0.763 V 。

23. 电解氢氧化钾溶液，制备氢气和氧气的阳极反应是_________________________ ；
阴极反应是_________________________ 。

24. 已知φ (Fe2+/Fe)= -0.440 V, φ (Cu2+/Cu) = 0.337 V，在25℃, p 时,以Pt 为阴极，石墨为阳极，电解含有FeCl2(0.01 mol·kg-1)和CuCl2 (0.02 mol·kg-1)的水溶液，若电解过程不断搅拌溶液，且超电势可忽略不计，则最先析出的金属是______。

25. 已知:φ (I2/I-)= 0.536 V, φ (Br2/Br-) = 1.065 V, φ (Cl2/Cl-)= 1.360 V。

溶液中各卤素离子浓度相等，在不考虑超电势的情况下，Cl2, Br2, I2析出的先后顺序是_____________ 。

三、计算题
26. 298 K时, p 压力下, 以Pt为阴极, 电解含FeCl2(0.01 mol·kg-1)和CuCl2(0.02 mol·kg-1) 的水溶液. 若电解过程中不断搅拌, 并设超电势可略去不计, 试问：
(1) 何种金属先析出? (2) 第二种金属析出时至少需施加多大电压? (3) 当第二种金属析出时, 第一种金属离子浓度为多少? （已知：φ (Fe2+/ Fe)=-0.44 V, φ (Cu2+/ Cu)=0.337 V, φ (Cl2/ Cl-)=1.36 V）
27. 在298 K时, 有一含有Zn2+和Cd2+的浓度均为0.1 mol·kg-1的溶液, 用电解沉积的方
法把它们分离, 试问:
(1) 哪种离子首先在阴极析出? 用光亮Pt作阴极，H2在Pt上的超电势为0.6 V 。

(2) 第二种金属开始析出时, 前一种金属剩下的浓度为多少? 设活度系数均为1,
已知：φ (Zn2+/ Zn) = -0.763 V, φ (Cd2+/ Cd) =-0.403 V
28. 在25℃时，用铜片作阴极, 石墨作阳极, 对中性0.1 mol·dm-3的CuCl2溶液进行电解,若电流密度为10 mA·cm-2, （1）问：在阴极上首先析出什么物质? 已知在电流密度为10 mA·cm-2时, 氢在铜电极上的超电势为0.584 V。

（2）问：在阳极上析出什么物质? 已知氧气在石墨电极上的超电势为0.896 V。

假定氯气在石墨电极上的超电势可忽略不计。

已知：φ (Cu2+/Cu)=0.337 V, φ (Cl2/Cl-)=1.36 V, φ (O2/H2O, OH-)=0.401 V。

29. 用Pt做电极电解SnCl2水溶液, 在阴极上因H2有超电势故只析出Sn(s), 在阳极上析出O2, 已知α
=0.10, α
Sn2+
=0.010, 氧在阳极上析出的超电势为0.500 V,
H+
已知：φ (Sn2+/Sn) = -0.140 V, φ (O2/H2O) =1.23 V。

(1) 写出电极反应, 计算实际分解电压
降至何值时, 才开始析出氢气?
(2) 若氢在阴极上析出时的超电势为0.500 V, 试问要使α
Sn2+
30. 在298 K时, 标准压力p 下，某混合溶液中，CuSO4浓度为0.50 mol·kg-1，H2SO4浓度为0.01mol·kg-1，用铂电极进行电解，首先铜沉积到Pt 上，若H2(g) 在Cu(s)上的超电势为0.23 V，问当外加电压增加到有H2(g) 在电极上析出时，溶液中所余Cu2+的浓度为多少？
（设活度系数均为1,H2SO4作一级电离处理）已知:φ (Cu2+/Cu) = 0.337 V 。

31. 用镍作电极，镀镍溶液中NiSO4·5H2O 含量为270 g·dm-3（溶液中还有Na2SO4, MgSO4,NaCl等物质），已知氢在镍上的超电势为0.42 V，氧在镍上的超电势为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? （已知298 K 时，φ (Ni2+/Ni) = -0.25 V，φ (Na+/Na)= -2.714 V，
φ (Mg2+/Mg)= -2.363 V，φ (O2/H2O,Pt)= 1.23 V ，M r (NiSO4·5H2O)=245 ）。

32. 某溶液中含有1.00 mol·kg-1 Zn(NO3)2和 1.00 mol·kg-1 Cu(NO3)2，pH = 4.0，该溶液在25℃用光滑的Pt 片作为电极。

试问当阴极电势达-0.30 V 时,阴极上发生什么反应?
这时溶液中残余Cu2+的浓度为多少？已知H2在光滑Pt 片和Cu 片上的超电势分别为0.1V 和0.2 V，φ (Zn2+/Zn)= -0.7628 V，φ (Cu2+/Cu)= 0.337 V。

假设不考虑其活度系数的影响。

33. 在298 K，p 压力下, 以惰性电极电解含有H2SO4(0.05 mol kg-1) 和CuSO4(0.05 mol kg-1)的水溶液，若电解过程不断搅拌，并且超电势可以忽略不计，离子活度可近似用浓度代替，已知φ (Cu2+/Cu)= 0.337 V，φ (H+,H2O/O2)= 1.229 V .
(1) 计算使铜析出时所需最小外加电压
(2) 当电解进行到Cu2+浓度降为原来浓度的1% 时，外加电压是多少？
34. 298 K，p 时，以Pt 为阴极，C（石墨）为阳极，电解含CdCl2(0.01 mol·kg-1) 和CuCl2(0.02 mol·kg-1)的水溶液，若电解过程中超电势可忽略不计，（设活度系数均为1，已知φ (Cd2+/Cd) = -0.402 V，φ (Cu2+/Cu) = 0.337 V，φ (Cl2/Cl-) = 1.36 V，φ (O2/H2O,H+) = 1.229 V ) (不考虑水解) 试问：
（甲）何种金属先在阴极析出？
（乙）第二种金属析出时，至少须加多少电压？
（丙）当第二种金属析出时，第一种金属离子在溶液中的浓度为若干？
（丁）事实上O2(g) 在石墨上是有超电势的，若设超电势为0.6 V，则阳极上
首先应发生什么反应？
35. 298 K ，压力为p 时，用电解沉积法分离Cd2+，Zn2+混合溶液，已知Cd2+和Zn2+的浓度均为0.10 mol·kg-1（设活度系数均为1），H2(g) 在Cd(s) 和Zn(s) 上的超电势分别为0.48 V 和0.7 V，设电解液的pH保持为7.0，试问：
（甲）阴极上首先析出何种金属？
（乙）第二种金属析出时第一种析出的离子的残留浓度为多少？
（丙）氢气是否有可能析出而影响分离效果？
已知：φ (Cd2+/Cd)= -0.403 V, φ (Zn2+/Zn)= -0.763 V .
36. 298 K ，压力为p 时，电解含有Ag+(a=0.05)，Fe2+(a=0.01)，Cd2+(a=0.001)，Ni2+(a=0.1) 和H+ (a=0.001，并设不随电解进行而变化) 的混合溶液，又已知H2(g) 在Ag，Ni，Fe 和Cd 上的超电势分别为0.20，0.24，0.18 和0.30V。

当外加电压从零开始逐渐增加时，试用计算说明在阴极上析出物质的顺序。

已知：φ (Ag+/Ag) = 0.7994 V，φ (Fe2+/Fe)= -0.4402 V，φ (Cd2+/Cd)=-0.403 V,
φ (Ni2+/Ni) = -0.25 V。