题目
在 298 K 和标准压力下，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，试问(设活度因子均为 1)。何种金属先在阴极析出？第二种金属析出时，至少须加多少电压？当第二种金属析出时，第一种金属离子在溶液中的浓度？事实上 ({{O)}_2}( (g) ) 在石墨上是有超电势的，若设超电势为 0.85 V，则阳极上首先应发生什么反应？
在 和标准压力下，以 $\text{Pt}$ 为阴极，$\text{C}$(石墨)为阳极，电解含 和 的水溶液。若电解过程中超电势可忽略不计，试问(设活度因子均为 $1$)。
何种金属先在阴极析出？
第二种金属析出时，至少须加多少电压？
当第二种金属析出时，第一种金属离子在溶液中的浓度？
事实上 ${{\text{O}}_2}\left( \text{g} \right)$ 在石墨上是有超电势的，若设超电势为 ，则阳极上首先应发生什么反应？
题目解答
答案
- (1)
$\text{C}{{\text{u}}^{2+}}$
- (2)
- (3)
$9.32\times {{10}^{-28}}\text{mol}\cdot \text{k}{{\text{g}}^{-1}}$
- (4)
$\text{C}{{\text{l}}_2}\left( \text{g} \right)$
解析
步骤 1：确定金属析出顺序
根据标准电极电势，Cd²⁺/Cd 的标准电极电势为 -0.403 V，而 Cu²⁺/Cu 的标准电极电势为 0.34 V。因此，Cu²⁺ 先于 Cd²⁺ 在阴极析出。
步骤 2：计算第二种金属析出时所需的电压
当 Cu²⁺ 完全析出后，Cd²⁺ 开始析出。此时，阴极电势为 -0.403 V。由于电解过程中超电势可忽略不计，因此，至少需要加 1.608 V 的电压（0.34 V + 1.268 V）才能使 Cd²⁺ 开始析出。
步骤 3：计算当第二种金属析出时，第一种金属离子在溶液中的浓度
当 Cu²⁺ 完全析出后，Cd²⁺ 开始析出。此时，Cd²⁺ 的浓度为 $9.32\times {{10}^{-28}}\text{mol}\cdot \text{k}{{\text{g}}^{-1}}$。
步骤 4：确定阳极上首先发生的反应
由于 O₂(g) 在石墨上的超电势为 0.85 V，因此，阳极上首先发生的反应为 Cl₂(g) 的析出。
根据标准电极电势，Cd²⁺/Cd 的标准电极电势为 -0.403 V，而 Cu²⁺/Cu 的标准电极电势为 0.34 V。因此，Cu²⁺ 先于 Cd²⁺ 在阴极析出。
步骤 2：计算第二种金属析出时所需的电压
当 Cu²⁺ 完全析出后，Cd²⁺ 开始析出。此时，阴极电势为 -0.403 V。由于电解过程中超电势可忽略不计，因此，至少需要加 1.608 V 的电压（0.34 V + 1.268 V）才能使 Cd²⁺ 开始析出。
步骤 3：计算当第二种金属析出时，第一种金属离子在溶液中的浓度
当 Cu²⁺ 完全析出后，Cd²⁺ 开始析出。此时，Cd²⁺ 的浓度为 $9.32\times {{10}^{-28}}\text{mol}\cdot \text{k}{{\text{g}}^{-1}}$。
步骤 4：确定阳极上首先发生的反应
由于 O₂(g) 在石墨上的超电势为 0.85 V，因此，阳极上首先发生的反应为 Cl₂(g) 的析出。