物理化学第十章模拟试卷B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44. 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) ∆r H(B) T∆r S(C) 一定为零(D) 与∆r H与T∆r S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φH2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-(B) Cu ─→Cu2++ 2e-(C) Cu ─→Cu++ e-(D) 2OH-─→H2O + 12O2+ 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 分通电于含有相同浓度的Fe2+, Ca2+, Zn2+, Cu2+的电解质溶液, 已知φ∃ (Fe2+/ Fe) = -0.440 V ，φ∃ (Ca2+/ Ca) = -2.866 Vφ∃ (Zn2+/ Zn) = -0.7628 V ，φ∃ (Cu2+/ 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 →Fe10. 2 分以石墨为阳极，电解0.01 mol·kg-1 NaCl 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：φ∃ (Cl2/Cl-)= 1.36 V , η(Cl2)= 0 V ，φ∃ (O2/OH-)= 0.401V , η(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η=R e j或η=a + b lg j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____________________。
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 分已知φ∃ (Fe2+/Fe)= -0.440 V, φ∃ (Cu2+/Cu) = 0.337 V，在25℃, p∃时,以Pt 为阴极，石墨为阳极，电解含有FeCl2(0.01 mol·kg-1)和CuCl2(0.02 mol·kg-1)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 分已知电极（1）Pt│H2, H+, （2）Pt│Fe3+, Fe2+, 和（3）Pb│H2, H+的交换电流密度j e分别为：(1) 0.79 mA·cm-2; (2) 2.5 mA·cm-2; (3) 5.0×10-12 A·cm-2。
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，φ∃ (Zn2+/Zn)= -0.763 V 。
三、计算题( 共5题40分)20. 10 分:求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:2NaCl +H2O +12O2(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：φ(Cl2/ Cl-) ≈φ∃ (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), 在阳极上析出O2, 已知αSn2+=0.10, αH+=0.010, 氧在阳极上析出的超电势为0.500 V,已知：φ∃ (Sn2+/Sn) =-0.140 V, φ∃ (O2/H2O) =1.23 V。
(1) 写出电极反应, 计算实际分解电压(2) 若氢在阴极上析出时的超电势为0.500 V, 试问要使αSn2+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,Pt | PbSO4| H2SO4(0.01mol·kg-1) | H2(p∃), Pt, 若0.01 mol·kg-1 H2SO4的电导率为8.6×10-3 Ω-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；(2) 25℃时，1 mol·dm-3的KOH溶液用镀铂黑的铂电极电解，使它在阳极上产生O2, 当超电势为0.4V时, 电流密度j=10-3 A·cm-2, 若超电势为0.6 V, j为多少? (设对称因子或传递系数β=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。
已知：φ∃ (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?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+η阴+η阳+IR增加15. 2 分[答]φ(Fe2+/Fe) = φ∃+ RT/2F×ln 0.01 = -0.4992 Vφ(Cu2+/Cu) = φ∃+ RT/2F×ln 0.02 = 0.2868 V 最先析出的是Cu16. 2 分[答] 电子的电流密度是j e/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]若φ(Zn2+/Zn) > φ(H+/H2) 时，则Zn 析出，而H2不能析出，即-0.763 - 0.05917/2×lg (1/10-5) > (-0.0591pH - 0.75)pH > 2.72三、计算题( 共5题40分)20. 10 分[答] 据η= 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) η= a + bln j 和ln j = ln j0+ αFη/RT比较, 得a = -(RT/αF)ln j0=> α =0.47 (2分)b = RT/αF 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)阴极H2O +12O2+2e-──→2OH-(1分)阳极2NaCl -2e ──→2Na+ +Cl2(g) 反应(2) (1分)(2) 反应(1) φ阳≅φ∃ (Cl2/Cl-) =1.36 Vφ阴=φ∃ (H+/H2) +(RT/F)lnα (H+) =-0.83 VE(分解)=2.19 V(2分) 反应(2) φ阳≅φ∃ (Cl2/Cl-)=1.36 Vφ阴=φ∃ (O2/OH-)-(RT/2F)ln[(α2(OH-)/α1/2(O2)]=0.39 VE(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[答] (1) 阴极: Sn2++2e-──→Sn(s)阳极: H2O -2e-──→12O2(g) +2H+(2分)φ阴=φ∃ (Sn2+/Sn) +(RT/2F)lnα (Sn2+) = -0.170 Vφ阳=φ∃ (O2/H2O)+(RT/2F)lnα2(H+)+η(O2) =1.612 V (2分)E(分解)=φ阳-φ阴=1.78 V (2分)(2) 当H2析出时φ(H+/H2)-η(H2)=φ(Sn2+/Sn)α (H+) =0.01+[0.1-α (Sn2+)]×2 α (Sn2+)《α (H+)=0.21 (2分) => α (Sn2+) =2.9×10-14(2分) 23. 5 分[答] E(分解) = E(平衡)+IR +η(左) (2分)=0.187 V +0.20×18610213.⨯⨯-V +0.25 V= 47 V (3分) 24. 5 分[答]理论上，通电10 h，可得W(NaOH) =12510360096500⨯⨯×40 =1.865×104 g (2分)实际上，得W'(NaOH) =140 ×116.5 =1.631×104 g (2分)故电流效率η=WW'×100% =87.5% (1分)四、问答题( 共3题20分)25. 10 分[答] (1) 据Tafel公式η= a+blg j可得：(η2-η1)=blg(r2/r1)即r2/r1=10exp[(η2-η1)/b](2) b = 2.303RT/βF = 0.12 V因为r2/r1 =10exp(0.2/0.12) =46所以r2=46×10-3 A·cm226. 5 分[答]φ(H+/H2) = (- 0.05916 pH - 0.40)V = -0.6366 V(1分)φ(Fe2+/Fe) = -0.6177 V (1分)φ(Fe2+/Fe) > φ(H+/H2)，Fe2+易还原为Fe，H2被氧化为H+，故容器不被腐蚀。