NaOH溶液中碱浓度、氧气压力以及温度对Pt电极上氧气还原反应的影响
: 67-74&&&&DOI: 10.3866/PKU.WHXB
电化学和新能源
NaOH溶液中碱浓度、氧气压力以及温度对Pt电极上氧气还原反应的影响
彭中1,2,3, 阎文艺2, 王少娜2, 郑诗礼2, 2, 张懿2
1 天津大学化工学院, 天津 300072;
2 中国科学院过程工程研究所, 湿法冶金清洁生产技术国家工程实验室, 北京 100190;
3 精馏技术国家工程研究中心, 天津 300072
Effect of Alkali Concentration, Oxygen Partial Pressure and Temperature on Oxygen Reduction Reaction on Pt Electrode in NaOH Solution
PENG Zhong1,2,3, YAN Wen-Yi2, WANG Shao-Na2, ZHENG Shi-Li2, 2, ZHANG Yi2
1 School of Chemical Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, P. R. C
2 National Engineering Laboratory for Hydrometallurgical Cleaner Production Technology, Key Laboratory of Green Process and Engineering, Institute of Process Engineering, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, P. R. C
3 National Engineering Research Center of Distillation Technology, Tianjin 300072, P. R. China
(886 KB) &
摘要： 设计制作一种新型耐压电化学池并采用循环伏安(CV)和线性扫描伏安(LSV)技术系统研究了碱浓度、氧气压力以及温度对NaOH溶液中氧气还原反应(ORR)的影响. 研究结果表明，碱浓度、氧气压力和温度对ORR动力学和热力学都有很大的影响. 随着碱浓度增大，ORR过程逐渐由2 电子(生成HO2-)转为1 电子(生成O2-)反应，并且由于氧气溶解度减小和体系粘度增大ORR过程受到很大抑制. 增大压力可以明显增加氧气溶解度，从而从动力学上促进ORR过程；同时计算得到了氧气在不同浓度NaOH溶液中的亨利系数. 随着介质温度升高，由于氧气反应活性增强、扩散系数增大和溶解度减小的共同作用，表现出在给定浓度下存在一最佳温度使得ORR峰电流达到最大.
Abstract: In this study, the influences of alkali concentration, oxygen partial pressure, and temperature on the oxygen reduction reaction (ORR) were examined in detail, using a specially designed electrochemical cell, by cyclic voltammetry (CV) and linear sweep voltammetry (LSV) in NaOH solutions. It was found that the ORR pathway is dependent on the solution alkalinity, and is transformed from a two-electron reduction by forming HO2- in dilute solutions to a one-electron reduction by forming stable O2- in concentrated solutions. The process was significantly suppressed by decreases in the oxygen solubility and increases in the media viscosity. The oxygen pressure had a significant influence on the ORR, substantially promoting the ORR in alkaline solutions as a result of the greatly increased solubility of oxygen in the solutions. We obtained the Henry's constants of oxygen in NaOH solutions with different concentrations. The temperature had a clear dual effect on the ORR, as shown by the existence of an optimal temperature for the ORR in a given alkaline solution. These observations are discussed in terms of the oxygen reaction activity, oxygen solubility, and diffusion coefficient.
Key words:
中图分类号:&
基金资助: 国家重点基础研究发展规划项目(973) ()及国家自然科学基金(090382)资助
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PENG Zhong, YAN Wen-Yi, WANG Shao-Na, ZHENG Shi-Li, DU Hao, ZHANG Yi. Effect of Alkali Concentration, Oxygen Partial Pressure and Temperature on Oxygen Reduction Reaction on Pt Electrode in NaOH Solution. Acta Phys. -Chim. Sin., ): 67-74, 10.3866/PKU.WHXB.
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硼与铝的性质相似，能与氧气、氢氧化钠溶液等物质反应。硼与氯气反应生成三氯化硼(BCl3)，生成的三氯化硼遇水水解产生白雾（已知：BCl3的熔点为-107.3℃，沸点为12.5℃），且三氯化硼用于制取乙硼烷（B2H6）。某兴趣小组设计如图所示装置制备三氯化硼。
回答下列问题：
（1）盛浓盐酸的装置名称为______________________。
（2）装置B的作用是______________________，装置E的作用是__________。
（3）装置D中发生反应的化学方程式为____________________________。
（4）装置F的作用是__________，可以用一个盛装____________（填试剂名称）的干燥管代替装置F和G，使实验更简便。
（5）为了顺利完成实验，点燃酒精灯的正确操作是______(填字母)，其理由是__________。
A．先点燃A处酒精灯，后点燃D处酒精灯
B． 先点燃D处酒精灯，后点燃A处酒精灯
C．同时点燃A、D两处酒精灯
【答案】（1）分液漏斗（1分）；
（2）除去Cl2中的HCl（1分）；冷却和收集三氯化硼（2分）；
（3）2B+3Cl22BCl3（2分）；
（4）防止水蒸气进入装置E（1分）；碱石灰（1分）；
（5）a（1分）；先用Cl2排尽装置中的空气，避免氧气和硼粉反应生成B2O3（2分）；
试题分析：（1）根据图示可知盛浓盐酸的装置名称为分液漏斗；（2）用浓盐酸与MnO2混合加热制取Cl2，由于浓盐酸具有挥发性，因此在制取的氯气中含有一定量的HCl杂质气体，装置B的作用是除去Cl2中的HCl；装置E的作用是冷却和收集氯气与硼发生反应产生的三氯化硼；（3）在装置D中Cl2与B发生反应产生PCl3，发生反应的化学方程式为2B+3Cl22BCl3；（4）由于三氯化硼遇水水解产生白雾，所以装置F的作用是防止水蒸气进入装置E；可以用一个盛装碱石灰的干燥管代替装置F和G，吸收水和CO2，使实验更简便。（5）为防止装置中的空气与B反应，应该先先点燃A处酒精灯，待装置充满氯气后再点燃D处酒精灯，故选项是a，其理由是先用Cl2排尽装置中的空气，避免氧气和硼粉反应生成B2O3。
考点：考查化学实验基本操作的知识。
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以下哪种物质可以用于对氧气进行干燥A 浓硫酸 B 氢氧化钠溶液 C 生石灰 D 氯化钠固体
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a 和c b 也可以 但是效果不明显 碱石灰就是naoh 和生石灰的混合物 回答完毕 给分哦~
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NaOH 溶液中碱浓度、氧气压力以及温度对Pt电极上氧气还原反应的影响
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题目列表(包括答案和解析)
（一） C、O、Ca是初中常见的三种元素，请选用期中的元素写出符合下列要求的物质的化学式：（1）黑色的固体________；　　 （2）能支持燃烧的气体________；（3）能燃烧的气体________；　　（4）不支持燃烧的气体________；（5）能作干燥剂的物质________；（6）属于盐的物质________；（二．）化学与我们的生活有着密切的联系．现有氦气、氧气、食盐、活性炭、甲烷、二氧化碳、硝酸铵，请按下列要求填空：（1）可供给人类呼吸的气体是________；（2）烹饪时用作调味品的是________；（3）可用作氮肥的是________；（4）天然气的主要成分是________；（5）可用作冰箱除味剂的是________；（6）可充入霓虹灯内且通电时会发出有色光的气体是________；（7）绿色植物进行光合作用吸收的是________．
随着科学的进步，化学与人类健康的关系越来越密切．食品保鲜可以防止食品腐败，保持食品的营养和味道．食品保鲜的措施有添加防腐剂、充填气体、放干燥剂和脱氧剂等．（1）包装熟食品时，常加防腐剂苯甲酸钠（C7H5O2Na），它是由______种元素组成的，碳元素与氧元素的质量比为______（填最简整数比）．（2）小包装糕点类食品常采用充气包装．氮气是常用的充填气体，请你根据氮气的性质说明选用氮气的主要原因______．（3）某脱氧剂的主要成分为活性铁粉，利用铁与氧气、水反应生成氢氧化铁，来吸收包装袋中氧气和水蒸气．写出氢氧化铁的化学式______．（4）下列有关说法中，对人体无害的是______．（填序号）A．为使蒸出的馒头更白，可多加增白剂　　　　　 B．熬骨头汤时加点食醋C．将过期馒头中加入柠檬黄着色剂，再加工成“玉米馒头”后可放心食用 D．加工者用工业双氧水将发霉的筷子煮白了再卖．
1774年，瑞典化学家舍勒在研究软锰矿（主要成分是MnO2）的过程中，将它与浓盐酸混合加热，产生了一种黄绿色的气体，有强烈的刺鼻气味．1810年，英国化学家戴维确定这种气体为氯气（Cl2）．氯气有剧毒，密度比空气大，约为空气密度的2.5倍，能溶于水，氯气的化学性质活泼，能与水、金属、碱等发生化学反应，氯气与氢氧化钠溶液反应生成氯化钠和次氯酸钠（NaClO）．（1）舍勒发现氯气的方法至今还是实验室制取氯气的主要方法之一．请补充完善其反应的化学方程式：MnO2+4HCl（浓）2H2O+________+Cl2↑．（2）如果需要获得干燥的氯气，可选用的干燥剂是________（填写序号）．A．碱石灰　　　 B．浓硫酸　　　　C．氢氧化钠（3）氯气与氢氧化钠溶液反应的方程式________．（4）如图所示，将干燥的氯气依次通过盛有干燥红纸条的集气瓶A和盛有湿润红纸条的集气瓶B．发现瓶A中的红纸没有变化，而瓶B中的红纸退色了．查阅资料：红纸条放入稀盐酸中没有变化．据此，你能获得什么结论？你能推断使红纸退色的物质可能是________；理由是________．
根据下列装置图回答问题（装置图用符号表示）
（1）写出编号①②的仪器名称：①　　　　　　②　　　　　　
　　（2）双氧水（H2O2）是无色液体，可发生如下化学反应：2H2O2 MnO2
↑，在实验室利用此反应制取氧气时，应选用的气体发生装置是：　　　　　　
　　　　　　 。
　　（3）实验室用大理石和盐酸反应制取二氧化碳，在生成的气体中混有少量氯化氢和水蒸气。C装置可用于除掉水蒸气，可选用　　　　　　
　　　　　　 作干燥剂（填名称）。根据下列各备选试剂的性质，利用D装置除掉氯化氢时，应选择的最佳试剂是：　　　　　　
　　　　　　 （填序号）①饱和石灰水
②氢氧化钠溶液
③碳酸钠溶液
④饱和碳酸氢钠溶液
　　备选试剂的相关性质补充如下：
　　2NaOH + CO2
Na2CO3 + H2O　　　　　　Na2CO3 + H2O + CO2
　　Na2CO3 + 2HCl
2NaCl + H2O + CO2↑　NaHCO3 + HCl
NaCl + H2O + CO2↑
　（4）将制取二氧化碳的装置按发生、净化和收集的顺序进行连接，装置依次为　　　　　　 （填装置序号），生成的气体通过净化装置导管口的先后顺序是:　　　　　　（填导管口序号）。
19、（1）以下语句节选自某同学的一篇周记--《热爱化学》，请就加点文字将化学用语填写在相应的括号内：“通过学习化学，我在家里看到洗衣粉，会想到用无磷（　　）的好，食盐（　　）是含碘的佳；通过学习化学，我知道了食醋中的氢离子（　　）能消除皮蛋的涩味，饼干中的干燥剂能吸收空气中的水分子（　　）；…”（2）生活离不开化学物质．请选用下列物质填空（填序号）：a．盐酸&&&&&&&b．氯化钠&&&&&&&&c．天然气&&&&&&&d．钛合金①可作燃料的是；&&&&&&&&&&②家庭生活中常用的一种调味品是；③可用来制造人造骨是；&&&&④可用于清除金属制品表面锈斑的是．
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