2025年大学《化学测量学与技术》专业题库- 化学测量学与技术的电化学原理

2025年大学《化学测量学与技术》专业题库——化学测量学与技术的电化学原理考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项的字母填在题干后的括号内）1.在电化学电池中，发生还原反应的电极是（）。A.正极B.负极C.阳极D.阴极2.根据能斯特方程，当电解质溶液的活度（a）增大时，电极电位（E）将（）。（假设其他条件不变）A.正向移动B.反向移动C.保持不变D.无法确定3.电化学电池中，通过电解质内部移动的载流子是（）。A.电子B.阳离子C.阴离子D.中性分子4.过电位是指（）。A.电极电位与标准电极电位之差B.可逆电极电位与实际电极电位之差C.电解池两极之间的电位差D.电极反应动力学过阻力的体现5.法拉第定律描述的是（）。A.电极电位与离子活度的关系B.通过电解池的电流与施加电压的关系C.电解过程中物质的量与通过的电荷量之间的关系D.电极表面反应速率与过电位的关系6.在电化学分析中，离子选择性电极属于（）。A.电极过程动力学研究范畴B.电化学热力学研究范畴C.电化学分析方法D.电解质溶液理论范畴7.线性扫描伏安法中，扫描电压以恒定速率增加，记录的是（）。A.电流随时间的变化B.电流随电极电位的变化C.电极电位随时间的变化D.电流随电解液pH的变化8.电化学传感器通常由（）组成。A.检测元件、信号转换器、数据处理单元B.试剂、烧杯、磁力搅拌器C.天平、容量瓶、移液管D.气体传感器、温度传感器、压力传感器9.能够发生可逆电极反应的电极是（）。A.动电位电极B.气体电极C.涂层电极D.可逆电极10.电化学分析方法通常具有（）的特点。A.选择性好、灵敏度低B.选择性差、灵敏度高C.操作简单、不易受干扰D.需要复杂仪器、成本高二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填写在横线上）1.电极电位是指______的电位差。2.影响电极电位的主要因素包括______、______和温度。3.电解质溶液中，离子的______和______是影响其活度系数的主要因素。4.电极反应通常分为______和______两个步骤。5.电化学分析方法主要基于测量______或______的变化。三、简答题（每题5分，共15分）1.简述法拉第定律的内容及其在电化学测量中的应用。2.解释什么是过电位，并简述其产生的主要原因。3.简要比较伏安分析法和电位分析法的基本原理和主要区别。四、计算题（每题7分，共14分）1.某电化学电池在标准条件下（25℃）的电动势E°=1.10V。已知电池反应中转移的电子数为2，计算当溶液中某离子活度为0.01时，该离子的平均活度系数γₓʰ为多少？（已知标准电极电位E°(RHE)与该离子活度系数γₓʰ的关系式为：E=E°-(0.0592/n)log(aₓ)，且在0.01活度下，该离子的实际电极电位E=1.05V）2.在某电解池中，通过0.02F的电荷量，电解某溶液，沉积了0.125g的金属M。计算金属M的摩尔质量。五、论述题（10分）结合电化学传感器的特点，讨论其在环境监测或生物医学领域的应用前景和面临的挑战。试卷答案一、选择题1.A2.A3.C4.B5.C6.C7.B8.A9.D10.B二、填空题1.氧化态物质转化为还原态物质（或反之）的电极2.离子活度（或浓度）、离子强度3.活度、电荷数（或价数）4.氧化、还原5.电流、电位（或电极电位）三、简答题1.内容：法拉第定律指出，在电极反应中，通过电极的电荷量与电极反应发生物质的量成正比，比例系数为法拉第常数（约96485C/mol）。应用：可用于计算电解过程中析出或溶解物质的质量；可依据电流和时间计算转移的电荷量；是电化学分析方法（如库仑分析）的理论基础。解析思路：理解法拉第定律的数学表达式Q=nF，明确其核心是电荷守恒与物质化学计量数的关联，并思考其在定量分析和定性判断中的应用。2.内容：过电位是指电极的实际电位与可逆电位（平衡电位）之间的电位差。其产生主要原因是电极表面发生的电化学反应（氧化或还原）并非理想的可逆过程，存在动力学阻力（如反应速率慢、需要克服活化能垒）和浓差极化（反应物或产物在电极表面的浓度与溶液主体浓度不同）。解析思路：区分可逆电极（实际电位等于可逆电位，过电位为零）和不可逆电极（实际电位偏离可逆电位，存在过电位）。理解过电位是克服电极过程动力学障碍的能量需求。3.内容：伏安分析法基于测量电极电位与通过电极的电流之间的关系。通过改变电位（如扫描电位）或控制电流，绘制电流-电位曲线（伏安曲线），根据曲线特征进行定量或定性分析。电位分析法基于测量电极电位的变化，通常使用能斯特型或能斯特-塞曼型电极，其电位与被测离子活度（或浓度）呈特定函数关系，通过测量电位值来确定被测离子浓度。主要区别：伏安分析法是“生成”信号（电流），电位分析法是“测量”信号（电位）；伏安分析法更注重动力学过程，电位分析法更注重热力学平衡。解析思路：抓住两种方法的核心测量对象（电流vs电位）和操作方式（电位控制/扫描vs电位测量），并联系其基本原理和仪器要求进行对比。四、计算题1.解析思路：首先将给定的实际电极电位E代入能斯特方程，得到包含活度系数γₓʰ的方程。然后通过变换该方程，解出γₓʰ。注意区分标准电极电位E°和实际电极电位E，以及活度a与活度系数γₓʰ的关系a=γₓʰc。计算过程：E=E°-(0.0592/n)log(aₓ/γₓʰ)=E°-(0.0592/n)log(aₓ)+(0.0592/n)log(γₓʰ)1.05=1.10-(0.0592/2)log(0.01)+(0.0592/2)log(γₓʰ)1.05=1.10-(0.0592/2)(-2)+(0.0296)log(γₓʸ)1.05=1.10+0.0592+(0.0296)log(γₓʰ)1.05=1.1592+(0.0296)log(γₓʰ)(0.0296)log(γₓʰ)=1.05-1.1592=-0.1092log(γₓʰ)=-0.1092/0.0296≈-3.689γₓʰ=10^(-3.689)≈0.0212.解析思路：根据法拉第定律Q=nF，其中Q是总电荷量，n是转移的摩尔数，F是法拉第常数。通过电解沉积的质量m与物质的摩尔质量M的关系为m=nM。联立这两个公式，可以解出M。计算过程：Q=It=nF,n=Q/Fm=nM=(Q/F)MM=(mF)/QM=(0.125g*96485C/mol)/(0.02F)M=12231.875g/mol五、论述题解析思路：从电化学传感器的定义（将待测物质浓度转换为可测量电信号）出发，阐述其优点（灵敏度高、响应快、易于微型化、可能实现原位实时监测等），并结合具体应用领域（如环境监测中