物理化学第九章模拟试卷B.doc

物理化学第九章模拟试卷B一、选择题 ( 共10题 20分 )1. 极谱分析中加入大量惰性电解质的目的是： ( ) (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. 电解时, 在阳极上首先发生氧化作用而放电的是： ( ) (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. 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： ( ) (A) 曲线1 (B) 曲线2 (C) 曲线3 (D) 曲线4 4. 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 ( ) (A) DrH (B) TDrS (C) 一定为零 (D) 与DrH与TDrS均无关 5. 298 K、0.1 moldm-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 f为： ( ) (A) 大于 -0.06 V (B) 等于 -0.06 V (C) 小于 -0.06 V (D) 不能判定 6. 用铜电极电解 0.1molkg-1的 CuCl2水溶液，阳极上的反应为 ( ) (A) 2Cl- Cl2+ 2e- (B) Cu Cu2+ 2e- (C) Cu Cu+ e- (D) 2OH- H2O + O2+ 2e- 7. 电解金属盐的水溶液时, 在阴极上 ： ( ) (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. 极谱分析仪所用的测量阴极属于下列哪一种？ ( ) (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. 通电于含有相同浓度的Fe2+, Ca2+, Zn2+, Cu2+的电解质溶液, 已知 f $ (Fe2+/ Fe) = -0.440 V ， f $ (Ca2+/ Ca) = -2.866 V f $ (Zn2+/ Zn) = -0.7628 V ， f$ (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) Cu Fe Zn Ca (B) Ca Zn Fe Cu (C) Ca Fe Zn Cu (D) Ca Cu Zn Fe *. 以石墨为阳极，电解 0.01 molkg-1 NaCl 溶液，在阳极上首先析出： ( ) (A) Cl2 (B) O2 (C) Cl2与 O2混合气体 (D) 无气体析出 已知：f $ (Cl2/Cl-)= 1.36 V , h (Cl2)= 0 V ， f $ (O2/OH-)= 0.401V , h (O2) = 0.8 V 。 二、填空题 ( 共 9题 18分 )11. 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 h =Rej 或 h =a + b lgj 表示, 前者适用于 情况, 而后者适用于 _情况。 12. 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_。 13. 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. 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. 已知f $ (Fe2+/Fe)= -0.440 V, f$ (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 molkg-1)和 CuCl2 (0.02 molkg-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. 已知电极（1）PtH2, H+, （2） PtFe3+, Fe2+, 和（3）PbH2, H+ 的交换电流密度je分别为： (1) 0.79 mAcm-2; (2) 2.5 mAcm-2; (3) 5.010-12 Acm-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-2s-1 ；(2) _cm-2s-1 ；(3) _cm-2s-1 。 17. 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. 酸性介质的氢-氧燃料电池, 其正极反应为_, 负极反应为_。 19. 在锌电极上 ，H2的超电势为 0.75 V，电解一含Zn2+的浓度为 110-5 molkg-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， f $ (Zn2+/Zn)= -0.763 V 。 三、计算题 ( 共 5题 40分 )20. 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: h /V 0.60 0.65 0.73 0.79j107/Acm-2 2.9 6.3 28 100求Tafel公式 h =a+bln(j/Acm-2) 中之a, b，传递系数a 及交换电流密度j0 。 21. 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 +O2(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：f (Cl2/ Cl-) f $ (Cl2/ Cl-) 22. 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a=0.10, a =0.010, 氧在阳极上析出的超电势为0.500 V,已知： f$ (Sn2+/Sn) =-0.140 V, f $ (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a降至何值时, 才开始析 出氢气? 23. 298 K时, 测得下列电池的电动势为0.187 V, Pt | PbSO4 | H2SO4(0.01molkg-1) | H2(p$), Pt, 若0.01 molkg-1 H2SO4的电导 率为8.610-3 W-1cm-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. 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. (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 moldm-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 Acm-2, 若超电势为0.6 V, j为多少? (设对称 因子或传递系数b =0.5) 26. 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 moldm-3 时，则认为容器已被腐蚀。 已知：f $ (Fe2+/Fe) = -0.4402 V，H2在铁上析出时的超电势为 0.40 V。 27. 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. (C) 2. (D) 3. (B) 4. (B) 5. (C) 6. (B) 7. (B) 8. (A) 9. (A) *. (A) 二、填空题 ( 共 9题 18分 )11.低超压 高超压 12.低碳钢 13.提供电流, 使研究电极极化; 测量研究电极的超电势值。 14. E分解 =E可逆+h阴+h阳+IR 增加 15. f (Fe2+/Fe) = f $+ RT/2F ln 0.01 = -0.4992 V f (Cu2+/Cu) = f $+ RT/2F ln 0.02 = 0.2868 V 最先析出的是 Cu 16. 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）4.941015 cm-2s-1 (2) 1.561016 cm-2s-1 (3) 3.12107 cm-2s-1 17. 电流效率 = 18. 正: O2+2H+2e- H2O 负: H2-2e- 2H+ 19.若 f (Zn2+/Zn) f (H+/H2) 时，则 Zn 析出，而 H2 不能析出，即 -0.763 - 0.05917/2lg (1/10-5) (-0.0591pH - 0.75) pH 2.72 三、计算题 ( 共 5题 40分 )20.据h = a+bln(j/Acm2)直线方程, 分别求得a, b取平均值 得 a=1.43V b=0.055V h = a + blnj 和 lnj = lnj0+ aFh/RT 比较, 得 a = -(RT/a F)lnj0 = a =0.47 b = RT/a F j0 = 4.2810-12 Acm-2 21. (1) 阴极 2H2O +2e- H2(g) +2OH- 阳极 2NaCl -2e- 2Na+Cl2(g) 反应(1) 阴极 H2O +O2+2e- 2OH- 阳极 2NaCl -2e 2Na+ +Cl2(g) 反应(2) (2) 反应(1) f阳 f $ (Cl2/Cl-) =1.36 V f阴 =f $ (H+/H2) +(RT/F)lna (H+) =-0.83 V E(分解)=2.19 V 反应(2) f阳 f $ (Cl2/Cl-)=1.36 V f阴=f $ (O2/OH-)-(RT/2F)ln(a 2(OH-)/a 1/2(O2)=0.39 V E(分解)=0.97 V (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% 22. 10 分 答 (1) 阴极: Sn2+2e- Sn(s) 阳极: H2O -2e- O2(g) +2H+ f阴=f $ (Sn2+/Sn) +(RT/2F)lna (Sn2+) = -0.170 V f阳=f $ (O2/H2O)+(RT/2F)lna 2(H+)+h (O2) =1.612 V E(分解)=f阳-f阴 =1.78 V (2) 当H2析出时 f (H+/H2)-h (H2)=f (Sn2+/Sn) a (H+) =0.01+0.1-a (Sn2+)2 a (Sn2+)a (H+) =0.21 = a (Sn2+) =2.910-14 23. E(分解) = E(平衡)+IR +h (左) =0.187 V +0.20V +0.25 V = 47 V 24.理论上，通电10 h，可得W(NaOH) =40 =1.865104 g 实际上，得 W (NaOH) =140 116.5 =1.631104 g 故电流效率 h =100% =87.5% 四、问答题 ( 共 3题 20分 )25. (1) 据Tafel公式 h = a+blg j 可得： (h2-h1)=blg(r2/r1) 即 r2/r1=10exp(h2-h1)/b (2) b = 2.303RT/bF =