题目
已知氢气在阴极的超电势为0.46(v),电解稀盐酸水溶液时,阴极的实际析出电势为( )(v),已知[(H)^+]=0.10(mol/L),生成氢气的分压P=100(KPa)A. -0.46B. -0.52C. 0D. -0.40
已知氢气在阴极的超电势为$0.46\text{v}$,电解稀盐酸水溶液时,阴极的实际析出电势为( )$\text{v}$,已知$[\text{H}^+]=0.10\text{mol/L}$,生成氢气的分压$P=100\text{KPa}$
A. -0.46
B. -0.52
C. 0
D. -0.40
题目解答
答案
B. -0.52
解析
本题考查电解池中电极电势的计算,解题思路是先根据能斯特方程(Nernst equation)计算出氢电极的理论电极电势,再结合超电势的概念计算出阴极的实际析出电势。
- 计算氢电极的理论电极电势:
- 对于氢电极反应$2H^+(aq)+2e^-\rightleftharpoons H_2(g)$,其能斯特方程表达式为$E = E^{\ominus}+\frac{0.0592}{n}\log\frac{[H^+]^2}{P_{H_2}/P^{\ominus}}$,其中$E^{\ominus}$是标准电极电势,对于氢电极$E^{\ominus}=0V$;$n$是电极反应中转移的电子数,此反应$n = 2$;$[H^+]$是氢离子浓度,已知$[H^+]=0.10mol/L$;$P_{H_2}$是氢气的分压,已知$P_{H_2}=100kPa$,标准压力$P^{\ominus}=100kPa$。
- 将数值代入能斯特方程可得:
$\begin{align*} E&=0+\frac{0.0592}{2}\log\frac{(0.10)^2}{100/100}\\ &=\frac{0.0592}{2}\log(0.10)^2\\ &=\frac{0.0592}{2}\times(-2)\\ &=- 0.0592V \end{align*}$
- 计算阴极的实际析出电势:
- 在电解池中,阴极发生还原反应,实际析出电势$E_{实际}$与理论电极电势$E$和超电势$\eta$的关系为$E_{实际}=E - \eta$。
- 已知氢气在阴极的超电势$\eta = 0.46V$,将$E=-0.0592V$和$\eta = 0.46V$代入上式可得:
$\begin{align*} E_{实际}&=-0.0592 - 0.46\\ &=-0.5192V\\ &\approx - 0.52V \end{align*}$