第3章-复习思考题2

一、名词解释（5′×5）
1. 摩尔电导
答：当距离为单位长度（1m）的平行电极间含有1mol电解质的溶液时，该溶液具有的电导
称为溶液摩尔电导（Λm）。
2. 离子淌度和迁移数
答：在单位电场强度，即单位电位梯度下，离子移动的速度叫离子淌度（U）；当有电流通
过电解质溶液时，移向阴极的阳离子和移向阳极的阴离子所分担的输送电量比例叫各离子的
迁移数。
3. 界面荷电层
答：由于两相界面之间的各种作用，导致在界面两侧出现电量相等而符号相反的电荷，这个
电荷层即为界面荷电层。
4. 超电位
答：实际开始分解的电压往往要比理论分解电压大一些，两者之差称之为超电压。
5. 阳极效应
答：在某些熔盐电解过程中，端电压急剧升高，电流则强烈下降，同时，电解质与电极之间
呈现润湿不良现象，电解质好像被一层气体膜隔开似的，电极周围还出现细微火花放电的光
圈，这种现象即为阳极效应。
二、填空题（2′×19）
1. 通常所说的电解液按其组成及结构可分为 电解质溶液 和 熔融电解质 两大
类。电解质溶液按溶剂不同又分为 电解质水溶液 和 非水电解质溶液 。
2. 电极过程大致可分为以下三类： 金属电极过程 、 气体电极过程 和 电解氧
化还原 。
3. 电解槽中的离子导体除常见的电解质溶液外，尚有 熔盐 、 固体电解质
或 超临界流体 等。
4. 工业电解槽按结构可分为 箱式电解槽 、 压滤机式或板框式电解槽
和 特殊结构的电解槽 ；按工作方式可分为 间歇式电解槽 、 柱塞流电解
槽 和 连续搅拌箱式电解槽 。
5. 无机电化学合成工艺流程通常包括 电解合成前处理 、 电解合成
和 电解合成后处理 各步。
三、简答题（5′×5）
1. 叙述电解合成的基本原理。
答：电解质中的离子常处于无秩序的运动中，通直流电后,离子作定向运动。阳离子向阴极
移动，在阴极得到电子，被还原；阴离子向阳极移动，在阳极失去电子，被氧化。例如：
在水电解过程中，OH-在阳极失去电子,被氧化成氧气放出；H+在阴极得到电子，被还
原成氢气放出。所得到的氧气和氢气，即为水电解过程的产品。
2. 电极材料的分类以及工业电解对电极材料的要求。
答：电极是电化学反应器的核心构件，不通用途的电化学反应对电极材料有不同的要求。
（1） 活性电极材料 在金属电解精炼、金属电镀和某些电合成过程中使用活性金属
阳极，此时金属电极材料称为参与电极反应的反应剂。
（2） “惰性”电极材料
在电解器中，电极只作为反应物种进行电子传递反应和表面化学反应的场所，理论上电
极材料本身不会消耗掉。“电极材料”一词不只是指金属或碳素等块体导电材料，尚包
括导电基体上的涂层。常见的电极材料大致分为四大类。
①金属与合金：是目前工业上最广泛使用的电极材料，其中以Ni、Fe、Pb、Pt、Hg、
Ti等金属以及Ni-Al、Ag-Pb、Pt-Ru等合金用得最多。
②碳素材料：石墨是碳元素的稳定形式，用作铝、氟、氯的电解制备和有机电合成中的
电极。除石墨外，用作电极的碳素材料尚有玻璃碳、炭黑、碳纤维等。
③金属氧化物：RuO2、MnO2、PbO2、NiO等氧化物已被广泛应用。
④陶瓷材料：包括碳化物（如TiC、ZrC、TaC、WC）、硼化物（如TiB2、ZrB2、TaB2）
和氮化物（如TiN、ZrN、HfN）等，它们都是硬度大、耐磨性强、导电性好的高熔点
材料。
在中间实验或工业化生产中电极材料的选择必须考虑下列因素：材料的可得性（成本）、
长时间稳定性、反应的选择性、能耗以及对电解器设计要求的相容性。
3. 常见熔盐的主要物化性质？
答：（1）熔点 熔点是电解质由固态转变为液态的温度，也称结晶温度。由于熔盐电解必
须在高于其熔点的温度进行，因此熔点决定了熔盐电解的温度。
（2）熔盐的密度 熔盐电解时其产物往往也是熔态（如液态金属），因此熔盐电解质
的密度关系电解质与产物的分离，希望二者的密度不同，自然分层。
（3）熔盐的粘度 熔盐粘度的大小，对于工业熔盐电解及其它的金属火法冶炼的操作
都有很大的影响。流动性低、粘度大的熔盐，金属液滴不易从其中分离出来，就不能应
用于金属的电解和熔炼工业。
（4）熔盐的电导率 熔盐的电导率关系到电解槽中的欧姆压降、槽压、以及能耗的高
低。通常力求增加其电导率，降低槽压及能耗。
（5）熔盐的表面张力 熔盐表面层分子的受力情况与分子内部的受力情况不同，表面
层具有较多的自由能，即所谓的表面自由能。
（6）熔盐的蒸汽压 熔盐的蒸汽压的大小对于实际工业生产也有一定的意义。蒸汽压
高，熔盐愈易挥发，电解损失大，还造成车间环境污染，不利于生产。
4. 若海水中含有Na+,K+,Mg2+,Cl-,Br-,和HCO3-，用碳电极电解这种成分的海水时可能得
到什么产品？
答：阴极的主要反应为2H2O+2e=H2+2OH-。因为Na+，K+，Mg2+还原为相应金属的电位
都负于H+还原为氢的电位。
阳极的主要反应为H2O=(1/2)O2+2H++2e。因其电位负于Cl-氧化的电位；虽然稍正于
Br-氧化的标准电位，，但由于H2O的量远远大于Br-的含量，所以释氧的实际电位负于
Br-氧化的电位。
因此，得到的产品为氢气、氧气和二氧化碳（释出的氧与碳电极作用而来）。
5. 把下列每个反应分开为阳极氧化反应和阴极还原反应。
(1)2KI(aq)+Cl2(g)→2KCl(aq)+I2(aq);
(2)3KI(aq)+Cl2(g)→2KCl(aq)+KI3(aq);
(3)K2Cr2O7(aq)+7H2SO4(aq)+3Zn(s)→K2SO4(aq)+Cr2(SO4)3(aq)+3ZnSO4(aq)+7H2O(l)
答：(1) Cl2+2e→2Cl-；2I-→I2+2e；
(2) Cl2+2e→2Cl-；3I-→I3-+2e；
(3) Cr2O72-+14H++6e→2Cr3++7H2O；3Zn→3Zn2++6e
四、计算题（12′）
在含有CuSO4水溶液的烧杯(A)放入铜阴极和铜阳极，在另一个含有NaCl水溶液的烧
杯(B)放入铁阴极和石墨阳极，把这两个电解池串联起来，通250mA电流半小时，问，（1）
分别写出A和B的电极反应；（2）A的阴极增重若干克？B的阴极释放气体多少立方厘米
（标准状态下）？
答：(A)电解池的电极反应：正极Cu2++2e→Cu,负极Cu→Cu2++2e；
(B) 电解池的电极反应：正极 2Cl-→Cl2+2e，负极2H2O+2e→H2+2OH-
通半小时所耗的电量为Q=0.250×30×60=450C
A的阴极增重w=(Q/F)×(M/n)=(450/96500)×(63.5/2)=0.148g
B的阴极释放气体体积V=(450/96500)×(22.4×103/2) =52.3cm3