题目
在pH为8.00的缓冲溶液中含有 .00times (10)^-2molcdot (L)^-1(Zn)^2+ 和 .00times -|||-.^-3molcdot (L)^-1(Cd)^2+ ,在铂阳极上有O2放出,氧气的分压为100kPa,过电位为0.80V,电池的电阻-|||-为2.40Ω,用电解法分离这两种离子,已知 (varphi )_({Zn)^2+},(Z)_(n)=-0.763V ,varphi (e)^theta +(I)_(2)=-0.403 V ,varphi (O)_(2),(H)_(2)O=!=!= -|||-1.229V。-|||-(a)哪一种阳离子先析出?-|||-(b)若电池中流过的电流为0.50A,计算起始要加多大的外加电压。-|||-(c)若认为被沉积物在溶液中只剩 https:/img.cdnjtzy.com/zyb_3f2c2fb6f7c417255b06493bca9bc944.jpg.00times (10)^-6molcdot (L)^-1 时,已被定量除去,那么计算适合-|||-的阴极电位范围(相对于饱和甘汞电极)。
题目解答
答案
解析
步骤 1：计算 ${Zn}^{2+}$ 和 ${Cd}^{2+}$ 的电极电位
根据能斯特方程，计算 ${Zn}^{2+}$ 和 ${Cd}^{2+}$ 的电极电位。能斯特方程为：
$$
\varphi = \varphi^\theta + \frac{0.059}{n} \log \left(\frac{[M^{n+}]}{[M]}\right)
$$
其中，$\varphi^\theta$ 是标准电极电位，$n$ 是离子的价态，$[M^{n+}]$ 是离子的浓度，$[M]$ 是金属的浓度（通常为1）。
步骤 2：确定先析出的离子
比较 ${Zn}^{2+}$ 和 ${Cd}^{2+}$ 的电极电位，电位较高的离子先析出。
步骤 3：计算起始外加电压
根据电池的电阻和电流，计算起始外加电压。外加电压为：
$$
E_{外} = E_{理} + \eta + iR
$$
其中，$E_{理}$ 是理论电压，$\eta$ 是过电位，$i$ 是电流，$R$ 是电阻。
步骤 4：计算适合的阴极电位范围
根据 ${Cd}^{2+}$ 和 ${Zn}^{2+}$ 的浓度，计算适合的阴极电位范围。
根据能斯特方程，计算 ${Zn}^{2+}$ 和 ${Cd}^{2+}$ 的电极电位。能斯特方程为：
$$
\varphi = \varphi^\theta + \frac{0.059}{n} \log \left(\frac{[M^{n+}]}{[M]}\right)
$$
其中，$\varphi^\theta$ 是标准电极电位，$n$ 是离子的价态，$[M^{n+}]$ 是离子的浓度，$[M]$ 是金属的浓度（通常为1）。
步骤 2：确定先析出的离子
比较 ${Zn}^{2+}$ 和 ${Cd}^{2+}$ 的电极电位，电位较高的离子先析出。
步骤 3：计算起始外加电压
根据电池的电阻和电流，计算起始外加电压。外加电压为：
$$
E_{外} = E_{理} + \eta + iR
$$
其中，$E_{理}$ 是理论电压，$\eta$ 是过电位，$i$ 是电流，$R$ 是电阻。
步骤 4：计算适合的阴极电位范围
根据 ${Cd}^{2+}$ 和 ${Zn}^{2+}$ 的浓度，计算适合的阴极电位范围。