物理化学第十章模拟试卷B

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班级 姓名 分数

一、选择题 ( 共10题 20分 ) 1. 2 分

极谱分析中加入大量惰性电解质的目的是： ( C ) (A) 增加溶液电导 (B) 固定离子强度 (C) 消除迁移电流 (D) 上述几种都是

2. 2 分

电解时, 在阳极上首先发生氧化作用而放电的是： ( D ) (A) 标准还原电势最大者 (B) 标准还原电势最小者 (C) 考虑极化后，实际上的不可逆还原电势最大者 (D) 考虑极化后，实际上的不可逆还原电势最小者

3. 2 分

下列示意图描述了原电池和电解池中电极的极化规律, 其中表示原电池阳极的是： ( B )

(A) 曲线1 (B) 曲线2 (C) 曲线3 (D) 曲线4

4. 2 分

电池在恒温、 恒压及可逆情况下放电, 则其与环境的热交换为 ( B ) (A) ?rH (B) T?rS

(C) 一定为零 (D) 与?rH与T?rS均无关

5. 2 分

298 K、0.1 mol·dm-3的 HCl 溶液中，氢电极的热力学电势为 -0.06 V，电解此溶液 时，氢在铜电极上的析出电势 ?H为： ( C ) (A) 大于 -0.06 V (B) 等于 -0.06 V (C) 小于 -0.06 V (D) 不能判定

6. 2 分 (

用铜电极电解 0.1mol·kg-1的 CuCl2水溶液，阳极上的反应为 ( B ) (A) 2Cl- ─→ Cl2+ 2e-

2 1

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(B) Cu ─→ Cu2++ 2e- (C) Cu ─→ Cu++ e-

1 (D) 2OH ─→ H2O + 2O2+ 2e

7. 2 分

电解金属盐的水溶液时, 在阴极上 ： ( B ) (A) 还原电势愈正的粒子愈容易析出 (B) 还原电势与其超电势之代数和愈正的粒子愈容易析出 (C) 还原电势愈负的粒子愈容易析出 (D) 还原电势与其超电势之和愈负的粒子愈容易析出

8. 2 分

极谱分析仪所用的测量阴极属于下列哪一种？ ( A ) (A) 浓差极化电极 (B) 电化学极化电极 (C) 难极化电极 (D) 理想可逆电极

9. 2 分

2+2+2+2+

通电于含有相同浓度的Fe, Ca, Zn, Cu的电解质溶液, 已知

?2+ ?2+

? (Fe/ Fe) = -0.440 V ， ? (Ca/ Ca) = -2.866 V

?2+?2+

? (Zn/ Zn) = -0.7628 V ， ? (Cu/ Cu) = 0.337 V

当不考虑超电势时, 在电极上金属析出的次序是 ： ( A ) (A) Cu → Fe → Zn → Ca (B) Ca → Zn → Fe → Cu (C) Ca → Fe → Zn → Cu (D) Ca → Cu → Zn → Fe

10. 2 分

-1

以石墨为阳极，电解 0.01 mol·kgNaCl 溶液，在阳极上首先析出： ( A ) (A) Cl2 (B) O2 (C) Cl2与 O2混合气体 (D) 无气体析出 已知：? ? (Cl2/Cl-)= 1.36 V , ? (Cl2)= 0 V ，

?- ? (O2/OH)= 0.401V , ? (O2) = 0.8 V 。

二、填空题 ( 共 9题 18分 ) 11. 2 分

氢气在金属电极上析出时, 根据条件不同, 超电势随电流密度变化关系分别可用 ? =Rej 或 ? =a + b lgj 表示, 前者适用于 情况, 而后者适用于 ____________情况。

12. 2 分

若铜和低碳钢相接触(例如在一个设计低劣的生活用水系统中), 受到腐蚀的金属 是____低碳钢_____________。

13. 2 分

超电势测量采用的是三电极体系, 即研究电极、辅助电极和参比电极, 其中辅助 电极的作用是____________________, 参比电极的作用是____________________。

2

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14. 2 分

从理论上分析电解时的分解电压, E分解=__________________________, 而且随电流 强度I的增加而_____________。

15. 2 分

?2+?2+?

已知? (Fe/Fe)= -0.440 V, ? (Cu/Cu) = 0.337 V，在 25℃, p时,

-1

以 Pt 为阴极，石墨为阳极，电解含有 FeCl2(0.01 mol·kg)和 CuCl2

-1

(0.02 mol·kg)的水溶液，若电解过程不断搅拌溶液，且超电势可忽略不计，则最 先析出的金属是 ______。

16. 2 分

+3+2++

已知电极（1）Pt│H2, H, （2） Pt│Fe, Fe, 和（3）Pb│H2, H 的交换电流密度

-2-2-12 -2

je分别为： (1) 0.79 mA·cm; (2) 2.5 mA·cm; (3) 5.0×10A·cm。当它们在298 K

处于平衡态时, 每秒有多少电子或质子通过双电层被输送? (1) _____________cm-2·s-1 ；(2) _____________cm-2·s-1 ；(3) _____________cm-2·s-1 。

17. 2 分

电解工业中, 为了衡量一个产品的经济指标，需要计算电流效率, 它指的是 _____________________________________。

18. 2 分

酸性介质的氢-氧燃料电池, 其正极反应为________________________________, 负极反应为_____________________________________。

19. 2 分

在锌电极上 ，H2的超电势为 0.75 V，电解一含Zn2+的浓度为 1×10-5 mol·kg-1 的溶液，为了不使 H2(g) 析出，问溶液的 pH 值应控制在 __________ 。 已知 25℃时， ? ? (Zn2+/Zn)= -0.763 V 。

三、计算题 ( 共 5题 40分 ) 20. 10 分

25℃时, 以汞阴极电解稀硫酸溶液, 测得不同阴极超电势时的电流密度如下: ? /V 0.60 0.65 0.73 0.79 j×107/A·cm-2 2.9 6.3 28 100 求Tafel公式 ? =a+bln(j/A·cm-2) 中之a, b，传递系数? 及交换电流密度j0 。

21. 10 分

工业上，目前电解食盐水制造NaOH的反应为： 2NaCl +2H2O ──→ 2NaOH +H2(g) +Cl2(g) (1) 有人提出改进方案, 改造电解池的结构, 使电解食盐水的总反应为:

1 2NaCl +H2O +2O2(空气) ──→ 2NaOH +Cl2(g) (2) (1) 分别写出二种方案的阴极和阳极的反应 (2) 计算在298 K时, 两种反应的理论分解电压各为多少? 设活度系数均为1, 溶液pH=14 (3) 计算改进方案在理论上可节约多少电能? (用百分数表示) 以上计算可作合理的近似， 如：? (Cl2/ Cl-) ≈? ? (Cl2/ Cl-)

22. 10 分

用Pt做电极电解SnCl2水溶液, 在阴极上因H2有超电势故只析出Sn(s), 在阳极

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上析出O2, 已知?Sn=0.10, ? H=0.010, 氧在阳极上析出的超电势为0.500 V, 已知： ?? (Sn2+/Sn) =-0.140 V, ? ? (O2/H2O) =1.23 V。 (1) 写出电极反应, 计算实际分解电压

2++ (2) 若氢在阴极上析出时的超电势为0.500 V, 试问要使?Sn降至何值时, 才开始析 出氢气?

23. 5 分

298 K时, 测得下列电池的电动势为0.187 V,

-1?-1

Pt ? PbSO4 ? H2SO4(0.01mol·kg) ? H2(p), Pt, 若0.01 mol·kgH2SO4的电导 率为8.6×10-3 ?-1·cm-1, 电池的电极面积为1cm2, 极间距为2 cm, 求有200 mA电流通 过电池时的端电压。设右电极为理想的不极化电极, 左电极的超电势为+250 mV。

24. 5 分

用电解食盐法制备氯和碱时, 在140 dm3电解液中，以1250 A电流通电10 h, 测得每dm3 溶液中含氢氧化钠116.5 g.，试计算电解槽的电解效率。

四、问答题 ( 共 3题 20分 ) 25. 10 分

(1) 试导出同一电极反应在不同的超电势时, 反应速率(即电流密度j)之比的表达式 ；

-3

(2) 25℃时，1 mol·dm的KOH溶液用镀铂黑的铂电极电解，使它在阳极上产生O2, 当

-3 -2

超电势为0.4V时, 电流密度j=10A·cm, 若超电势为0.6 V, j为多少? (设对称 因子或传递系数? =0.5)

26. 5 分

298 K 时, 某钢铁容器内盛 pH = 4.0 的溶液，试通过计算说明此时钢铁容器是否 会被腐蚀？假定容器内 Fe2+浓度超过 10-6 mol·dm-3 时，则认为容器已被腐蚀。

2+已知：? ? (Fe2+/Fe) = -0.4402 V，H2在铁上析出时的超电势为 0.40 V。

27. 5 分

在铁管的裂缝处或螺纹联结处特别容易受到腐蚀而生锈, 这是什么原因?

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参考答案

一、选择题 ( 共10题 20分 )

1. 2 分 [答] (C) 2. 2 分 [答] (D) 3. 2 分 [答] (B) 4. 2 分 [答] (B) 5. 2 分 [答] (C) 6. 2 分 [答] (B) 7. 2 分 [答] (B) 8. 2 分 [答] (A) 9. 2 分 [答] (A) 10. 2 分 [答] (A)

二、填空题 ( 共 9题 18分 )

11. 2 分 [答] 低超压 高超压 12. 2 分 [答] 低碳钢

13. 2 分 [答] 提供电流, 使研究电极极化; 测量研究电极的超电势值。 14. 2 分 [答] E分解 =E可逆+?阴+?阳+IR 增加 15. 2 分 [答]

? (Fe2+/Fe) = ? ?+ RT/2F× ln 0.01 = -0.4992 V

? (Cu2+/Cu) = ? ?+ RT/2F× ln 0.02 = 0.2868 V 最先析出的是 Cu 16. 2 分 [答] 电子的电流密度是je/e, 因每个电子携带电量大小为e, 则：

（1）4.94×1015 cm-2·s-1 (2) 1.56×1016 cm-2·s-1 (3) 3.12×107 cm-2·s-1 17. 2 分 [答]

实际产量 电流效率?

理论产量18. 2 分 [答] 正: 1/2O2+2H++2e- ──→ H2O 负: H2-2e-──→ 2H+ 19. 2 分 [答]

2++

若 ? (Zn/Zn) > ? (H/H2) 时，则 Zn 析出，而 H2 不能析出，即

-5

-0.763 - 0.05917/2×lg (1/10) > (-0.0591pH - 0.75)

pH > 2.72

三、计算题 ( 共 5题 40分 ) 20. 10 分

[答] 据? = a+bln(j/A·cm2)直线方程, 分别求得a, b取平均值 得 a=1.43V (3分) b=0.055V (3分) ? = a + blnj 和 lnj = lnj0+ ?F?/RT 比较, 得 a = -(RT/? F)lnj0 => ? =0.47 (2分) b = RT/? F j0 = 4.28×10-12 A·cm-2 (2分)

21. 10 分

[答] (1) 阴极 2H2O +2e- ──→ H2(g) +2OH- (1分)

-+

阳极 2NaCl -2e ──→ 2Na+Cl2(g) 反应(1) (1分)

1 阴极 H2O +2O2+2e- ──→ 2OH- (1分) 阳极 2NaCl -2e ──→ 2Na+ +Cl2(g) 反应(2) (1分) (2) 反应(1) ?阳? ? ? (Cl2/Cl-) =1.36 V ?阴 =? ? (H+/H2) +(RT/F)ln? (H+) =-0.83 V

E(分解)=2.19 V (2分)

?- 反应(2) ?阳? ? (Cl2/Cl)=1.36 V ?-2-1/2

?阴=? (O2/OH)-(RT/2F)ln[(? (OH)/? (O2)]=0.39 V

E(分解)=0.97 V (2分) (3) 节约电能的百分数相当于降低电压的百分数 (2.19-0.97)/2.19 =56% (2分)

22. 10 分

5

物理化学第十章模拟试卷B

[答] (1) 阴极: Sn2++2e- ──→ Sn(s)

1 阳极: H2O -2e- ──→ 2O2(g) +2H+ (2分)

?2+2+

?阴=? (Sn/Sn) +(RT/2F)ln? (Sn) = -0.170 V

?阳=? ? (O2/H2O)+(RT/2F)ln? 2(H+)+? (O2) =1.612 V (2分) E(分解)=?阳-?阴 =1.78 V (2分) (2) 当H2析出时

+2+

? (H/H2)-? (H2)=? (Sn/Sn) ? (H+) =0.01+[0.1-? (Sn2+)]×2 ? (Sn2+)《? (H+)

=0.21 (2分) => ? (Sn2+) =2.9×10-14 (2分)

23. 5 分

[答] E(分解) = E(平衡)+IR +? (左) (2分)

1?31V +0.25 V =0.187 V +0.20×8.6?10 = 47 V (3分)

24. 5 分

125?10?360096500 [答]理论上，通电10 h，可得W(NaOH) =×40 =1.865×104 g (2分)

实际上，得 W '(NaOH) =140 ×116.5 =1.631×104 g (2分)

?2W' 故电流效率 ? =W×100% =87.5% (1分)

四、问答题 ( 共 3题 20分 ) 25. 10 分

[答] (1) 据Tafel公式 ? = a+blg j 可得： (?2-?1)=blg(r2/r1)

即 r2/r1=10exp[(?2-?1)/b] (2) b = 2.303RT/?F = 0.12 V 因为 r2/r1 =10exp(0.2/0.12) =46 所以 r2=46×10-3 A·cm2

26. 5 分

[答] ? (H+/H2) = (- 0.05916 pH - 0.40)V = -0.6366 V (1分)

2+

?(Fe/Fe) = -0.6177 V (1分) ? (Fe2+/Fe) > ? (H+/H2)， Fe2+ 易还原为 Fe，H2 被氧化为 H+ ，

故容器不被腐蚀。 (3分)

27. 5 分

[答] 这是由于局部处于氧浓度较低处而形成浓差电池。

2+- (负)阳: Fe ──→ Fe+2e

1 (正)阴: 2O2+H2O+2e- ──→ 2OH-

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