第10章应用电化学习题及答案

第10章应用电化学习题及答案

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第十章 应用电化学

习题及答案

10-1 水的标准生成自由能是-237.191kJ mol -1,求在25℃时电解纯水的理论分解电压。

解：H 2O=H 2 +1/2O 2, 电子转移数为2，则有

ΔG = - n F E mf = -237.191kJ mol -1(n =2)， -237191=-2×96485×E mf , E mf =1.229V

10-2 298.15K 时测得电池: Pt(s)| H 2( O p ) | HCl(b ) | Hg 2Cl 2(s) | Hg(l) 的电动势与HCl 溶液的质量摩尔浓度的关系如下

求（O E 甘汞±解：负极反应：H 2-2e -→2H +

正极反应： Hg 2Cl 2 +2e -→2Hg +2Cl - 电池反应：H 2+ Hg 2Cl 2 →2H ++2Hg +2Cl -

所以 有：E mf = E Θ

-RT/2Fln ⎪

⎪⎭⎫ ⎝

⎛)()()()(22222Cl Hg a H a HCl a Hg a = E Θ-RT/2Fln ())(2

HCl a a(HCl)=a (H +) a(Cl -)=(±γb/b Θ)2 E mf =O E 甘汞 - (2RT/F ) ln(b/O b )

对于稀溶液，ln ±γ=-A ’(I/b Θ)1/2, 1-1价电解质I=b

(1) E mf + (2RT/F ) ln(b/O b )=O E 甘汞 + (2RT/F ) A’ (b/O b )0.5 , 以E mf +(2RT/F )ln(b/O b )对(b/O b )0.5作图，直线的截距O E 甘汞＝0.2685 V

(2) E mf =O E 甘汞 - (2RT/F ) ln(b/O b ) - (2RT/F ) ln ±γ , ±γ=0.815

10-3 298.2K 时，在有玻璃电极的电池中，加入pH＝4.00的缓冲溶液，测得电动势为0.1122V；则当电动势为0.2305V时，溶液的pH为多少？

解：pH x= pH s +F(E x-E s)/(2.303RT)= 6.00

10-4 求298.15K时下列电池中待测液pH值（所需电极电势数值自查）。

(O p )| pH(x)|甘汞电极（c KCl=0.1mol dm-3）E mf=0.7940V

（1）Pt |H

2

（2）甘汞电极（饱和）|pH(x) ,Q H2Q | Pt E mf=0.2310V

解：（1）pH(x)=[ E mf -O E(0.1甘汞)]/ (2.303RT/F)= 7.78

（2）pH(x) =[O E( Q H2Q)-O E(饱和甘汞)- E m]/ (2.303RT/F)= 3.84

O

E(0.1甘汞)=0.3338V; O E(饱和甘汞)=0.2415V

10-5 在298.15K时将摩尔甘汞电极与醌氢醌（Q•H2Q）电极组成电池测量溶液的pH 值（1）若E mf=0.0V, 则溶液的pH值为多少？（2）当被测溶液的pH值大于何值时，醌氢醌电极为负极？（3）当被测溶液的pH值小于何值时，醌氢醌电极为正极？解：pH(x) =[O E( Q H2Q)-O E(摩尔甘汞)- E m]/ (2.303RT/F)

（1）若E mf=0.0V, pH=7.1（2）当pH>7.1时，E m<0,醌氢醌电极为负极.

10-6 现拟将大小为100cm2的金属薄片两面都镀上一层0.05mm厚的镍,如所用的电流为 2.0A,而电流效率为96.0%,假定镀层均匀,金属镍的密度为8.9g cm-3,则获得这一镀层需要通电多长时间?[M r(Ni)=58.70]

解：ρV/ M r=ηI t / (nF) t =4.23 h

10-7 298.2K、O p时,用铂做两电极电解浓度为1mol dm-3的NaOH溶液：

（1）两极产物是什么?写出电极反应方程式。

（2）.电解时理论分解电压是多少?

已知O

E(O2+2H2O+4e- →4OH-)=0.401V，O E(Na++e- →Na)= -2.714V

3

4

解：（1）阳极: O 2+2H 2O+4e - →4OH - 阴极: 2H 2O+2e - →2OH - +H 2 （2）E =O E (O 2+2H 2O+4e - →4OH -)- (RT/F ) ln[H +] =1.229V

10-8 298.2K, 以铜为电极电解0.05 mol dm -3CuSO 4和0.001mol dm -3H 2SO 4的混合溶液，

H 2在铜上的超电势为-0.23Ｖ，若H 2气体压力为100kPa ，求H 2在铜上的析出电势。

解：E j =O E ( H + +e - →0.5H 2)+(RT/F ) ln[H +]+η = -0.39V

10-9 溶液中Ni 2+ ,Cu 2+ 的活度均为1.00mol kg -1,298.15K 电解时 （1）在阴极上何种离子先析出来？

（2）第二种离子析出时，先析出离子的浓度为多少？

解：（1）O E ( Cu 2+ +2e - →Cu)=0.337V , O E ( Ni 2+ +2e - →Ni)= -0.25V , Cu 2+先析出 （2）O E ( Cu 2+ +2e - →Cu) + (RT/2F ) ln[Cu 2+]=O E ( Ni 2+ +2e - →Ni), [Cu 2+]=1.4×10-20mol kg -1

10-10 在锌电极上η(H 2)= -0.75V ，电解一含Zn 2+的浓度为1.00×10-5 mol kg -1 的溶液，为了不使H 2 析出，溶液的pH 值应控制在多少为好(在298.15K 、O p 下)？ 解：-(2.303RT/ F ) pH+η(H 2)< O E ( Zn 2+ +2e - →Zn) + (RT/2F ) ln[Zn 2+], pH>2.72

10-12 用铂电极电解水：已知O m f G (H 2O, l , 298.15K) = -237.191kJ mol -1,求 电

流密度为50.0A m -2时[η(H 2)=0.0V ，η(O 2)=0.487V.]电解酸性水溶液[a (H +)=1.0]的分解电压（忽略η电阻，η浓差）。

解：ΔG = - n F E mf , E mf =1.229V , 分解电压E= E mf +η(O 2)- η(H 2)= 1.72V

10-13 估算在298.15K 、O p 下用金作阳极，镍为阴极电解1.00mol kg -1 硫酸溶液的分解电压是多少？已知氢在镍上的超电势是-0.14V ，氧在金上的超电势是 0.53V 。