应用电化学技术 习题参考答案 周言凤

参考答案

走进应用电化学

一、填空题

1.铜；铁

2.伏打电堆；铜、锌

二、单选题

1.C2.D

三、多选题

1.ABCD2.ACD3.ACD

模块一原电池的应用

任务1水果电池的制作

子任务1■知识点1-1化学电池简介

一、填空题

1.正；负2.铜；试触

二、选择题

1.C2.C3.B4.D5.B6.A

三、简答题

1.化学电池的基本组成及其作用:

基本部分，'乍用说明

电极①电子导体，负责电子在外部回路中的传递；②为氧化还原反应提供反应界面

（两支，材质不同）（正极/负极）

电解质①离子导体，完成离子在电解质内部的定向迁移：②在电极/电解质界面上实

（溶液、熔融或固体）现电子-离子耦合，维持电荷平衡

导线（外部回路）连接正、负两极，构成闭合电路，使电子能够在外部流动，完成电能的输出

（可选）盐桥或多孔隔膜在双液电池中提供离子通道，防止两种电解质直接混合，同时保持电荷中和

001

2.伽伐尼在青蛙腿部用金属刀片接触时出现强烈痉挛，现代电化学解释如下：

①金属对电位差的产生：青蛙体内组织液含有可离解的盐类，形成电解质溶液。金属

刀片（如铁、铜）插入该电解质溶液中后，因金属的标准电极电位不同，在金属•电解质界

面形成电位差。

②闭合电路的形成：两块不同金属（Fe与Cu）通过刀片相互接触，构成了一个微型化

学电池，电流在金属之间流动。

③电流刺激神经-肌肉：流经青蛙神经的微弱电流改变了神经膜的跨膜电位，触发动作

电位的产生，进而导致肌肉纤维同步收缩，表现为痉挛.

因此，实验现象并非“动物体内储存电”，而是金属-电解质-金属体系产生的电位差驱

动的电流对神经■肌肉的直接刺激。

3.组装Zn-Cu原电池的实验材料与连接方法

（1）所需材料

项目具体要求

锌电极纯锌金属片或锌棒，表面清洁

铜电极纯铜金属片或铜棒，表面清洁

电解质溶液O.lOmol/LZnSO」溶液、O.lOmol/LCuSO」溶液（分别配制）

盐桥饱和KC1溶液或Na2s0,溶液浸渍的纤维素纸（或多孔玻璃膜）

导线低电阻导线，配有夹子或螺旋接头

支架/夹具用于固定电极，使两电极不直接接触

pH计（可选）检查溶液pH,确保不受酸碱F扰

（2）组装步骤

①配制电解质溶液：分别称取ZnSO「7Hg与CUSO4・5H2。，溶于去离子水至O.lOmol/L,

标记为“ZnSO,溶液”与“CuSO4溶液二

②装填电极：将锌片浸入ZnSO4溶液中，铜片浸入CuSO/容液中。两电极分别放置在

两只玻璃容器内，保持相距约2cm,避免直接接触。

③放置盐桥：将浸渍有饱和KC1（或Na2s0口溶液的纤维素纸两端分别插入两容器的

开口，使其一端接触ZnSO4溶液，另一端接触C11SO4溶液，形成离子通道。

④外部回路连接：使用导线将锌电极（左侧）与铜电极（右侧）相连，形成闭合回路。

可在导线上接入电压表或电流表，以观察电动势和电流大小。

⑤确认极性:按照电池符号（-）Zn|ZnSO"lCuSOJCu（+）,左侧为负极（锌），右侧为正

极（铜），确保导线连接方向与符号一致。

⑥观察与记录：闭合回路后，电池将自发产生电流（E>0）,表现为原电池放电。记

录电压、放电时间等数据，以供后续分析。

通过上述材料准备与连接步骤，即可将

（-）Zn|ZnS04（0.10mol/L）IICuSO4（0lOmol/L）|Cu（+）

组装成一只工作止常的原电池。

002

子任务2■知识点1・2水果电池的工作原理

一、填空题

1.阳极；阴极2.锌；铜

二、单选题

1.B2.C

三、多选题

1.ACD2.AB

子任务3■知识点1・3原电池电流电压的影响因素

一、填空题

1.开路电压2.副反应3.间距：小

二、单选题

1.C2.C3.C

三、多选题

1.ABCDE2.ABDE

任务2铜锌原电池的制作

子任务1•知识点27电解质溶液的导电能力

一、填空题

1.倒数2.西门子每米（S/m）3.浓度4.长度；截面积

二、单选题

1.B2.B3.C4.C5.B

三、多选题

1.ABDE2.ACDE

四、计算题

解：已知条件O.Olmol/LKCl溶液的标准电导率

4

^KCi=0.1413mS/cm=1.413X10S/cm

同一电导池中测得电阻RKC尸150。；/?I1CI=51.4Q

003

0.0Imol/LHCl溶液的浓度c=0.01mol/L=1.0X107moi/cn?

(1)电导池常数K

电导池常数的定义为K=/cH

对KC1溶液：K=々cix隈1=（1.413X10-4S/cm）x150Q=2.12x10-2cm-1

换算为国际单位制：K=2.12X10-W=2.12m-'

（2）O.Olmol/LHCl溶液的电导率仙口与摩尔电导率4

212X10

①电导率：ACHC1---'-4.13xlO^S/cm

HL，

7?HC151.4Q

换算为常用的单位mS/cm：zcHC1=0.413mS/cm

②摩尔电导率：4=2="'IO」S/cm-413s.em2/mo]

c1.0xl0-5mol/cm3

32

（若需以S・m2/mol表示，J,n=4.13X10S-m/mol）

答：电导池常数K=2.12X10-2酒7（或2.12mT）；0.01mol/LHC1溶液的电导率

xrHC1=0.413mS/cm（即4.13XlO^s/cm）；其摩尔电导率4=41.3S・cm2/mol（或4.13X

10?STn2/mol）o

子任务1■知识点2・2电解质溶液导电能力的影响因素

一、填空题

1.电解质的种类；溶液浓度；溶剂性质；温度；离子迁移率；离子间相互作用

2.近似线性上升；极大值

3.S/m；mol/m3

4.离子独立运动；和

二、选择题

1.B2.B3.A4.B

三、简答题

I.在低浓度下，电导率与浓度呈正相关，浓度越高，电导率越大。但在高浓度下，电导

率的增速会逐渐减缓。这是因为在高浓度下，离子之间的相互作用（如离子对的形成和静电

屏蔽效应）变得显著，这会限制离子自由迁移，导致电导率增长变慢。最终，在非常高的浓

度下，电导率趋于饱和。

2.在低浓度时•，摩尔电导率与浓度成正比，因为此时大部分电解质几乎完全电离，离子

的迁移率基本不受影响，电导率随着浓度的增加而增加，但在高浓度时，由于离子之间的相

互作用（如离子对的形成和排斥力的增加），摩尔电导率的增加逐渐减缓，最终趋于饱和。

这是因为随着浓度的增加，离子间的相互作用增强，导致迁移率降低，从而使摩尔电导率的

增加逐渐减缓。

004

子任务1•知识点2・3电解质溶液中离子的电迁移

一、填空题

1.离子的电迁移2.阴极；阳极3.m/s；m2/(V-s)4.黏度；温度

5.小：减小；越小

二、单选题

1.C2,D3.B

三、多选题

1.ABCE2.ABDE

四、简答题

1.离子的电迁移是指在电场作用下，离子在电解质溶液中沿一定方向定向移动的现象;

在电场作用下，正离子会向负极移动，因为正离子受到负极的吸引力；负离子会向正极移

匆，因为负离子受到正极的吸引力。

2.离子的电迁移速率主要受以下因素影响：

离子的电荷数：电荷数越多，离子受到的电场力越大，电迁移速率越快。

离子的半径：离子半径越小，离子在溶液中的移动越容易，电迁移速率越快。

溶液的浓度：溶液浓度越高，离子间的相互作用越强，可能会阻碍离子的移动，从而降

低电迁移速率。但这一影响在稀溶液中较为显著，浓溶液中情况可能更复杂。

溶液的温度：温度越高：离子的热运动越剧烈，电迁移速率越快。

电场强度：电场强度越大，离子受到的电场力越大，电迁移速率也越快。

子任务1■知识点2・4离子迁移数及其测定

一、填空题

1.迁移数；t+或L2.1

二、单选题

1.B2.B3.B4.A5.A

三、多选题

1.ABDE2.BC

四、计算题

1.0.4

解析：根据正、负离子迁移数之和为1：t++L=\,已知A+的迁移数乙=0.6,代入式中

得：L=1不解得f_=0.4。

2.银离子迁移数%g+)=0.47,硝酸根迁移数外5)=0.53。

005

子任务2-知识点2・5原电池工作原理

一、填空题

1.Cu2++25-Cu2.电子3.氯化钾：电荷平衡4.Zn2+(aq)+Cu(s)

二、选择题

1.B2.B3.C4.D5.D

三、简答题

1.铜锌原电池的电化学现象：电池由锌和铜两个电极组成，电解质通常是硫酸铜和硫

酸锌溶液。在锌电极上，锌金属氧化为锌离子（Zn-Zn2++2e）,释放电子；这些电子

通过外部电路流向铜电极。在铜电极上，铜离子（C/+）接受电子被还原为铜金属（c「++

28-Cu）o电池产生电动势，电流通过外部电路流动。

2.盐桥的作用：盐桥的作用是通过提供一个离子导电通道，维持电池内的电荷平衡。它

允许离子在电池的两个半池之间流动，防止电池因电荷积累而停止工作。

3.电极反应式和总反应：

锌电极（阳极）：Zn—*Zn2'+2e-

铜电极（阴极）：Cu2*+2e-Cu

总反应：Zn+Cu2—Zn~'+Cu

子任务2■知识点2・6电极/溶液界面双电层

一、填空题

1.紧密层；扩散层2.离子；扩散3.离子双层；偶极双层；吸附双层

4.0.1〜0.3nm；10-,o-108

二、选择题

1.C2.B3.B

三、简答题

1.双电层是指电极与电解质溶液接触时，在界面上形成的一层带有相反电荷的离子层。

它由电极表面的电荷和溶液中靠近电极的离子层组成。

双电层形成的原因是电极表面的电荷吸引溶液中的反离子，形成电荷分布不均的界

面层。

2.双电层的典型结构包括紧密层和扩散层。紧密层是紧贴在电极表面的一层离子，与电

极表面的电荷紧密结合；扩散层则是远离电极表面，离子浓度逐渐减小的区域。

在紧密层中，离子与电极表面的电荷相反，形成强烈的静电作用。在扩散层中，离子浓

度随距离电极表面的距离增加而逐渐减小，电荷分布较为松散。

3.金属表面电荷的正负取决于水化能与晶格能的相刻大小。

006

若水化能〉晶格能，金属更易失去电子进入溶液，表面留下过剩自由电子，带负电；相

应的溶液中出现过量金属离子，带正电（如Zn在ZnS04溶液中）。

若水化能〈晶格能，金属离子倾向于沉积在金属表面，金属表面失去电子而带正电，溶

液中相应出现负电（如Cu在CuSC）4溶液中）。

这两种情况分别导致不同方向的电荷分离，从而形成相应的双电层结构。

子任务2■知识点2-7内电位及相间电位的产生

一、填空题

1.物体表面附近；外电位也表面电位,2.扩散速率3.消除4.电极电位

5.电子逸出功6.液体接界电势；接触电位；金属/溶液相间电位

二、单选题

1.C2.B3.C4.B5.B6.B7.A8.B9.B10.B

三、多选题

l.ABC2.AB3.AB

四、简答题

1.液体接界电势的形成矶制及影响因素

形成机制：当两种不同的液相（如浓度不同或组成不同的电解质溶液）相接触时，界面

两侧的离子会沿浓度梯度向对侧扩散。正负离子的扩散系数通常不相同，导致在界面一侧出

现正电荷富集、另一侧出现负电荷富集，从而在两相之间产生电势差，这一电势差即为液体

接界电势（liquid-junctionpotential）o

影响因素：

①离子种类及其迁移率：正负离子扩散系数的差异越大，接界电势越显著。

②两侧离子浓度：浓度差越大，浓度梯度越强，电势差随之增大。

③温度：温度升高会提升离子迁移率，改变电势大小。

④溶剂的介电常数：介电常数影响离子间的库仑相互作用，进而影响电势。

2.金属/溶液相间电位的绝对数值不可测量的原因

金属/溶液相间电位（电极电位）本质上是金属相的内电位与溶液相的内电位之差。

内电位=外电位“（可测）+表面电位/（不可直接测量）。表面电位是克服金属表面偶

极层所需的功，缺乏直接的实验手段和可靠的理论计算方法。

因此，两相的内电位均包含不可测的表面电位，导致它们的差值（即绝对电极电位）也

不可直接测得。只能通过参比电极测得相对电位（如标准电极电位），而不是绝对数值。

3.盐桥消除液体接界电势的原理

盐桥结构：盐桥内填充高浓度、离子迁移率相近的电解质（常用饱和氯化钾溶液）。

工作原理：当盐桥两端分别接触两种不同的电解质溶液时，《与C「同时向外扩散，且

两种离子的迁移率非常接近，几乎等量迁移；由于正负离子迁移速率相等，盐桥两侧产生的

电势差大小相同、方向相反,形成互相抵消的电势：这样，原本在两种原始溶液直接接触面

007

上产生的液体接界电势被盐桥提供的“等效电荷迁移”所中和，整体电路中只剩下极小的残

余电势，基本实现了液体接界电势的消除。

子任务3-知识点2-8电极电势及其测量

一、填空题

1.02.银-氯化银3.2Hg（l）4.Ag（s）5.标准氢电极（SHE）

二、单选题

1.B2.D3.B4.B5.D

三、多选题

1.ABC2.BC3.ABCD4.ABC5.ABC

四、简答题

1.简述相对电极电位的定义及其测量原理

（1）相对电极电位（。）是指待测电极相对于已知电位的参比电极的电位差。它是一

个相对量，只有在选定参比电极并规定测量条件（温度、压力、溶液活度）后才具有唯一

数值。

（2）测量原理

选取参比电极：在规定的温度、压力下，电位已知且不随待测溶液组成变化的电极（如

SHE、SCE、Ag/AgCl电极）。

构建化学电池：将待测电极（工作电极）与参比电极通过盐桥或离子桥连接，形成完整

的原电池回路。

测定电动势：使用高阻抗电位计或万用表测得电池的电动势△九此△/即为两电极之间

的电位差。

换算：若参比电极不是SHE,则依据其相对TSHE的已知标准电位进行换算，得到待

测电极相对于SHE的相对电极电位四

。待测=参比（相对「SHE〉

2.为什么标准氢电极（SHE）是电极电位的基准？实际实验中为什么常用其他参比电极

替代SHE?

（1）SHE作为基准的原因

定义唯一：在标准状态（为+=1、外2=1就血、7=298.15K）下，SHE的电位被约定为

0V,为所有电极电位提供统一的参考点。

可逆性强：氢电极的半反应21+2c-H4g）具有极高的可逆性，电位随外界条件变

化可用Nernst方程精确描述。

理论意义：在热力学计算（如Gibbs自由能、平衡常数）中，所有电极电位均以SHE为

基准，便于统一处理。

008

（2）实验中常用其他参比电极的原因

缺点替代电极主要优势

操作复杂：需要通入氢气、维持饱和甘汞电极（SCE）、Ag/AgCI

制备简便、使用安全、不需氢气

latm,使用高纯度酸溶液电极

安全风险：汞、强酸的处理要求高Ag/AgCI电极（不含汞）无汞、材料易得、对温度敏感性低

维护成本高：氢气供应、的电极清洁非水参比电极（Ag/Ag+）适用于有机/非水体系，操作更灵活

因此，在日常实验和工业测量中，SCE、Ag/AgCI电极等参比电极以其制备简易、稳定

性好、使用安全的特点取代SHE,测得的相对电位再通过已知的换算系数转化为相对于SHE

的数值。

3.简述甘汞电极的组成及其电极反应

（1）组成

金属汞（Hg）：作为电极基体。

甘汞（Hg202）：覆盖在汞表面，提供可逆的电极反应。

饱和氯化钾（KQ）溶液：作为电解质，保持内部氯离子活度恒定。

多孔物质/盐桥：与待测溶液相连，防止电解质直接混合。

（2）电极反应（在25℃）

Hg2Cl2（s）+2e-^2Hg（l）+2C「（aq）

该反应的标准电位（相对于SHE）随内部KC1浓度而固定，例如在饱和KC1溶液中为

十0.243V（25℃）o电位的稳定性来源于内部氯离子活度的恒定，甘汞电极在使用过程中保持

兀乎不变的电位。

4.电极电势测量的基本原理是什么？如何通过测量原电池的电动势得到待测电极的相对

电极电位？

（1）基本原理

电极电势是电极/溶液界面上的电位差。测量时将待测电极与已知电位的参比电极组成原

电池，依据原电池电动势（EMF）=两电极电位之差的原理，直接得到两电极之间的电位差。

（2）测量步骤

组装原电池：待测电极（工作电极）放入待测溶液。选取已知电位的参比电极（如

SCE、Ag/AgCI电极），通过盐桥或离子桥与待测电极相连。

测定电动势：使用高阻抗电位计测得原电池的电动势以日。

计算相对电极电位：。待测=弘川+。参比（相对于SHE）

子任务3•知识点2・9电池电动势及其测量

一、填空题

1.零电流2.补偿3.镉汞齐

二、单选题

1.B2.B3.B4.B

009

三、多选题

1.ABC2.BC3.ABCD

四、简答题（略）

子任务3•知识点270能斯特方程及其应用

一、填空题

1.<2.-nFEQ3.（HT/）lnK㊀4.正向5.E06.0.0592M

二、单选题

1.C2.C3.C4.C5.A

三、多选题

1.AC2.AB3.ABD

四、计算题（略）

拓展知识点原电池的设计与应用

一、填空题

1.化学能

2.导线（外电路）；电解质溶液（或盐桥）

二、单选题

1.B2.C3.B4.A

三、多选题

1.ABD2.ABC3,AC

四、简答题（略）

模块二电解池的应用

任务3电解精炼铜

子任务1■知识点37电解池简介

一、填空题

1.电能；化学能；非自发；AG>0

010

2.阳极；氧化；阴极；还原

3.对电极；参比电极；双电极

二、判断题

1.X2.X3.44.45.X

三、单选题

1.C2.D3.C4.C

四、多选题

1.AC2.ABD

五、简答题

电解池的基本装置组成及各部分作用如下：

（1）外接直流电源：提供持续电能，是驱动非自发反应的“动力源”，电源正极连接电

解池的阳极，负极连接阴极，输出电压需高于反应的“分解电压”。

（2）电极系统：是电子传递与反应发生的场所，分为阳极和阴极。阳极与电源正极相

连，发生氧化反应；阴极与电源负极相连，发生还原反应。

（3）电解质溶液（或熔融电解质）：提供可自由移动的离子，既是电荷传导的载体（离

子迁移），也是反应物质的来源。

（4）盐桥（或隔膜）：平衡两极电荷，避免溶液带电阻碍反应持续。

（5）电解槽：作为反应容器，需耐电解质腐蚀，尺寸根据规模设计，确保电极完全浸没

于电解质中。

子任务1■知识点3・2电解精炼铜的基本原理

一、填空题

1.Cu2++2c^Cu（高纯）：Cu=Cu2++2e

2.导电性；Cu2+

3.200-300A/m2；50〜60℃

二、单选题

1.B2.C

三、多选题

1.ABC2.AB

四、判断题

1.N2.7

011

五、简答题

电解液循环可使C#-浓度分布均匀，避免局部浓度异常：过滤能除去阳极泥颗粒，防止

其堵塞电极或附着于阴极上影响纯度，从而保证电解过程稳定和阴极铜质量。

子任务2■知识点3・3电解工作原理

一、填空题

1.电能；化学能；非自发

2.Cu2+；还原电势

3.2H,0-4e-02t+4H+

4.残余电流；双电层充电电流

5.过电位（电极极化）

二、判断题

1.X2.43.7

三、单选题

1.C2.B3.A4.B

四、多选题

1.ACD2.ABC

五、简答题

理论分解电压：使被电解物质发生连续电极反应所需的最小外加电压，数值等于电解产

物构成的原电池的反电动势绝对值。

实际分解电压：实验中观察到的电解反应持续进行时的最小外加电压，其值高于理论分

解电压。

实际值更高的原因：

（1）过电位：电极极化［浓差极化、电化学极化）导致实际电极电势偏离理论值，需额

外电压克服。

（2）回路电压降；电流通过电解质溶液、导线等产生的用损耗，需外加电压补偿。

子任务2-知识点3・4电极的极化

一、填空题

1.Cu2*+2c；能斯特（Nernst）

2.极化；浓差极化；电化学极化

3.离子扩散；电极反应；搅拌溶液；升高温度

4.平衡电位；正

012

5.阴极超电势；阳极超电势

二、判断题

172.X3.44.X

三、单选题

1.C2.C3.A4.B5.C

四、多选题

1.AC2.AB3.ACD

五、简答题

1.浓差极化本质是离子扩散速率与电极反应速率不匹配，如电解CuSOj溶液时搅拌不充

分，阴极附近C/浓度降低导致的极化；电化学极化木质是电子传输速率与电化学反应速率

不匹配，如电解水时H+在阴极还原为H?因活化能高形成的极化。两者的区别在于：浓差极

化可通过搅拌减弱，电化学极化与反应动力学相关，无法通过搅拌消除。

2.对电解池：极化使实际外加电压升高（U=E可逆+〃阴+〈阳+/火），导致能耗增加，如

工业电解铝需更高电压。对原电池：极化使输出电压降低（U=£*可逆-〃阴一〃闲一/火），输出

功率下降，如干电池放电后期电压骤降。差异表现为：电解池因极化额外消耗电能，原电池

因极化减少电能输出，且两者极化曲线特征相反（电解池阳极曲线上倾、阴极下倾；原电池

正极下倾、负极上倾）。

子任务2■知识点3・5电解产物

一、填空题

1.最低电位2.能斯特3.阴极减去，阳极加上4.电解池；平衡电位

二、判断题

1.V2.X3.74.X

三、单选题

1.C2,B

四、多选题

ABC

五、简答题

影响析出电势的主要因素包括：

（1）离子及其相应电对的标准电极电势：在阴极，标准电极电势代数值较大的氧化态物

质优先还原；在阳极，标准电极电势代数值较小的还原态物质优先氧化。

013

（2）离子浓度：可以通过能斯特方程计算离子浓度对析出电位的影响，FT和OFF的浓

度（pH值）影响尤为显著。

（3）超电势：由电极材料、电流密度等引起，使实际析出电位偏离理论值（阳极升高,

阴极降低）。

（4）温度：影响能斯特方程中的R77/项，同时可能改变超电势（如升高温度可降低某

些气体反应的超电势）。

（5）电流密度：电流密度越大，极化越显著，超电势越大，对实际析出电位影响越明

显。（任答3点即可）

子任务2■知识点3・6电极过程的基本历程

一、填空题

1.扩散；液相传质

2.Helmholtz；10-9-10-6s

3.控制步骤；整体速率

4.浓差极化；电化学极化

二、单选题

1.C2,B3.A4.B

三、多选题

1.AC2.ABD

四、简答题

电极过程各步骤的先后顺序为：反应粒子通过液相传质步骤向电极表面传递，经前置表

面转化步骤后在电极表面发生电化学步骤，产物再经后置表面转化步骤和产物迁移步骤。

以铜电沉积为例：①液相传质步骤，硫酸铜溶液中的Cj通过迁移、扩散、对流向阴极

移动；②前置表面转化步骤，部分CP可能先与溶液中的配体结合形成中间配合物，再吸附

到电极表面；③电化学步骤，吸附在电极表面的C/-得到电子被还原为Cu原子；④后置表

面转化步骤，可能存在生成的不稳定中间产物进一步分解等情况；⑤产物迁移步骤，Cu原

子逐渐堆积形成铜镀层。

子任务2■知识点3-7电极过程的分类

一、填空题

1.金属电极过程；气体电极过程2.扩散；对流

二、判断题

1.X2.4

014

三、单选题

1.C2.B

四、多选题

AC

五、简答题

1.脱除部分水分了的C产在电极表面获得电了，被还原为吸附态铜原了（吸附），是铜

析出过程中核心的电子转移步骤。

2.扩散极限电流是指当电极反应速率远快于离子传质速率时，电极表面反应离子被快速

消耗至浓度趋近于0,此时单位时间内到达电极表面的离子量达到最大值，对应的电流不再

随电压升高而增大，即为扩散极限电流。

产生原因：离子补充（传质）速率赶不上电极反应的消耗速率，导致电流被“传质速

率”限制。

3.碱性溶液中氧气四电子历程还原反应式：O3+2H2O+4e=4OHo

典型电极材料：清洁的箱电极（或过渡金属催化剂如铁吓咻）。

子任务3■知识点3・8法拉第电解定律及其应用

一、填空题

1.称量；确定的化学组成

2.96485；每摩尔电子所带的电量

3.98.7

二、判断题

1.X（电量法不需产物沉积）

2.4

3.X（还包括漏电、电吸钝化等因素）

三、单选题

1.B2.C3.C

四、多选题

1.AC2.AB3.ABD

五、问答题

1.相同点：均基于法拉第定律，用于定量测定电解产物。

不同点：称量法需产物沉积且组成稳定（如电镀铜层质量测定），电量法通过电量计算

产物量（如溶液中FC?’浓度分析）。

015

(2.16x1x96485)

2.0==1931C

M107.9

Q1931——.

t=—=------=3862sx64.4min

I0.5

3.原因：粗铜中的贵金属（如Au、Ag）化学性质稳定，不溶于硫酸电解液，以单质或

化合物形式沉淀。

高价值成分：金、银（或硒、硅）。

子任务3-拓展知识点常见电解的应用

一、填空题

1.离子交换膜法；99.7%2.槽电压V2.8V；电流效率＞96%

二、单选题

1.D2.C3.B

三、多选题

1.ABCD2.ABCD

四、判断题

172.X3.4

模块三实用化学电源及其应用

任务4化学电源的制备与性能检测

子任务1■知识点47化学电源的发展

一、填空题

1.1800

2.约翰-古德伊纳夫；斯坦利-惠廷汉姆：吉野彰

二、选择题

1.C2.A3.D

三、简答题

1.锂离子电池的发展进程

1970年：惠廷汉姆开发TiSz/锂金属电池（安全性不足）;

1980年：古德伊纳夫发明钻酸锂正极材料；

016

1985年：吉野彰用碳材料替代金属锂负极；

1991年：索尼推出首款商用锂离子电池；

1996年：古德伊纳夫团队发现磷酸铁锂正极；

2000年至今：三元材料、硅基负极、固态电池等技术不断发展。

2.2019年诺贝尔化学奖三位科学家的贡献

惠廷汉姆：首创可充电器电池（TiSJ锂金属体系）：

古德伊纳夫：发现年酸锂、磷酸铁锂、锌酸锂正极材料；

吉野彰：设计首款无金属锂电池（钻酸锂正极多碳负极）。

子任务1•知识点4-2可逆电池和可逆电极

一、填空题

1.液体接界2.平衡电位3.嵌入

二、选择题

1.C2.A3.D

三、简答题

1.可逆电池的定义及常见例子

定义：可逆电池需满足两个条件：

（1）化学反应可逆：充放电时正、负极反应互为逆过程；

（2）能量转化可逆：电池内无不可逆过程（如浓差极化、液接电势）。

常见例子：

（1）铅酸蓄电池（放电：Pb+PbOz-PbSO4；充电：逆向）；

（2）锂离子电池（放电：从负极脱嵌f正极嵌入；充电：逆向）。

2.可逆电极的类型及特点

（1）金属■金属离子电极（如Zn/Zn）

金属直接接触含自身离子的溶液，反应为M"+—Mo

（2）氧化还原电极（如Fe37Fe2+）

惰性电极（粕）插入含同元素不同价态离子溶液，反应为Ox+〃e=Red。

（3）难溶盐电极（如AgCl/Ag）

金属表面覆盖难溶盐，浸入含阴离子溶液（如AgQ+eK^Ag+Cl）0

（4）膜电极（如玻璃电极）

特定膜对离子选择性响应，电极电位由膜两侧离子浓度差决定。

子任务2■知识点4・3化学电源的组成和分类

一、填空题

1.电解质2.石墨3.燃料

017

二、选择题

1.D2.C3.C4.C

三、简答题

1.化学电源中的电解质的主要作用是什么？列举常见的电解质类型。

主要作用：电解质在化学电源中负责离子传导（实现正负极间离子迁移），同时隔离电子

流动，确保电化学反应顺利进行；它不参与电子传导，但可能参与电极反应或维持电荷平衡。

常见类型：①液态电解质（如水溶液电解质、有机溶剂电解质，如锂离子电池中的

LiPFe/EC-DEC）；②固态电解质（如氧化物、硫化物固态电解质，用于固态电池）；③聚合

物电解质（如PEO基电解质，用于柔性电池）。

2.按照工作性质的不同，化学电源可分为哪些类型？简述其主要特点。

（1）原电池（一次电池）：不可充电，放电后废弃；能量密度较低，但成本低、使用方

便（如锌锦干电池）。

（2）二次电池（可充电旦池）：可反复充放电，循环寿命长，但存在自放电和容量衰减

问题（如锂离子电池、铅酸电池）。

（3）燃料电池：连续供给燃料（如氢气）和氧化剂发电：能量转换效率高，但需外部燃

料源（如氢燃料电池）。

（4）储备电池：存储时电极与电解质分离，激活后使用；长期存储稳定，但激活后不可

逆（如镁-氯化银电池）。

子任务2-知识点4-4锂离子电池的工作原理

一、填空题

1.三元材料（或银钻铺酸锂/锲钻铝酸锂）

2.磷酸铁（FePO4）

二、选择题

1.C2.D3.C

三、简答题

锂离子电池的工作原理［以磷酸铁锂电池为例）

核心机制：锂离子在正负极间往复脱嵌/嵌入，电子通过外电路定向移动，实现化学能

与电能的可逆转换。磷酸铁锂（LiFePO4）与磷酸铁（FePO4）在充放电中相互转化，晶体结

构保持稳定；锂圈子始终在电极材料品格内迁移（嵌入反应），无金属锂沉积，安全性高。

（1）放电过程：

放电过程（化学能一电能）：

+

负极：锂从石墨层间脱嵌（氧化）：Li£6-C6+xLi+xe'

+

正极：锂离子嵌入磷酸铁晶格（还原）：FePO4+xLi+xc-LivFePO4

离子路径：Li+经电解液从负极一正极

018

电子路径：电子经外电路从负极f正极（驱动负载）

（2）充电过程（电能一化学能，与放电逆向）：

+

正极：锂从磷酸铁锂脱嵌（氧化）：LirFePO4-FePO4+xLi+xe-

负极：锂离子嵌入石墨（还原）：Q+xLf+xe'-LixC6

离子路径：L『经电解液从正极一负极

电子路径：电子经外电路从正极一负极（由电源驱动）

子任务3■知识点4・5电池的主要性能参数

一、填空题

1.开路电压2.法拉第3.实际容量

二、选择题

1.A2.C3.B4.C

三、简答题

电池的理论容量定义及磷酸铁锂理论比容量计算

定义：理论容量指活性物质按法拉第定律完全反应所能提供的电量。

计算公式：。理论="7M（单位：mA*h/g）

式中n——反应中转移的电子数（LiFcPO』中—1）：

F——法拉第常数（26.8A-h/mol）；

M——活性物质摩尔质量（LiFePC>4为157.76g/mol）。

磷酸铁锂理论比容量计算：

C理论=1X26.8X1000/157.76%170mA-h/g

注：实际容量受材料利用率限制（磷酸铁锂实际比容量约为140〜160mA・h/g）。

拓展子任务■知识点4-6化学电源的应用

一、填空题

1.二氧化镒2.燃料3.固态电解质

二、选择题

1.A2,C3.B4.C

三、简答题

1.锂离子电池的优势及应用领域

核心优

（1）高能量密度（200-300W-h/kg）；

（2）长循环寿命（>1000次）:

019

（3）低自放电率（月自放电〈5%）；

（4）无记忆效应，可随时充放电；

（5）环境友好（不含重金属镉、汞）。

主要应用领域：

（1）消费电子（手机、笔记本电脑）；

（2）电动汽车（动力电池）；

（3）储能系统（电网调峰、家庭储能）；

（4）航空航天（卫星电源）。

2.固态电池在电动汽车领域具有广阔的应用前景

根本原因：解决传统锂电安全与能量瓶颈

（1）安全性突破：固态电解质不可燃，杜绝热失控风险；

（2）能量密度跃升：可兼容金属锂负极（理论容量达3860mA・h/g）：

（3）快充能力增强：锂离子迁移数高（接近1）,倍率性能提升；

（4）寿命延长：抑制枝晶生长和界面副反应；

（5）温度适应性：工作温区拓宽（-30〜100C）。

模块四电化学腐蚀与防护的应用

任务5电化学腐蚀与防腐电池的设计

子任务1■知识点5-1金属的腐蚀

一、填空题

2t-

微电池；Fe-Fe+2e；O2+2H2O+4e^-4OH-

二、判断题

1.X2”

三、单选题

1.B2.B

四、多选题

ABD

子任务1■知识点5・2金属腐蚀的类型

一、填空题

1.化学腐蚀；电化学腐蚀；电化学腐蚀

2.点蚀；晶间腐蚀

020

-

3.02+2H2O+4e40H

4.飞溅区；干湿交替

二、单选题

1.C2.C3.A4.B

三、多选题

1.AC2.ABD

四、简答题

1.化学腐蚀无电流产生，电化学腐蚀有电流；

化学腐蚀介质为非电解质，电化学腐蚀需电解质；

化学腐蚀产物直接覆盖表面，电化学腐蚀存在阳极/阴极分离。

实例：高温氧化（化学）；海水中的电偶腐蚀（电化学）。

2.局部腐蚀隐蔽性强，难以检测和预测；易导致突发性结构失效（如点蚀穿孔、应力腐

蚀断裂）；无法通过简单预留腐蚀裕量防护，需针对性措施（如选材、涂层）。

子任务2•知识点5・3金属腐蚀的机理

一、填空题

1.短路原电池；电子：离子

2+-

2.Fe-2eFe；02+2H2O+4OH

3.阳;阴

二、判断题

1.X2.X3.X

三、单选题

1.C2.B3.C

四、多选题

1.ABC2.AC3.ACD

五、简答题

1.基本过程：阳极金属氧化（如Fe-Fe2++2e）,阴极氧化性物质还原（如0?得电

子），通过电子和离子迁移形成闭合回路。

总反应：2FC+O2+2H2O-2FC（OH）2

2.析氢腐蚀：强酸性介质（pH<4）,阴极反应2H++25-HJ。

吸氧腐蚀：中性/弱酸性介质，阴极反应。2+2凡0+45-40H,

3.原因：同一金属接触不同浓度电解质，低浓度区电位较负（阳极），高浓度区电位较

021

正（阴极）。

影响：阳极区金属溶解加速，如管道底部因氧气浓度低成为阳极而腐蚀。

子任务3-知识点5・4金属腐蚀的防护

一、填空题

1.铭（Cr）2.金属3.吸附；成膜4.锌（Zn）、铝（A1）、镁（Mg）

5.可钝化

二、判断题

1.X2,X3.X4.Y5.X

三、单选题

1.B2.B3.B4.B5.B

四、多选题

1.ACD2.BC3.BC4.ABC5.AB

五、简答题

1.牺牲阳极法：通过活泼金属（如Zn、Al）与被保护金属连接形成原电池，牺牲阳极

被消耗。优点：不需电源、安装简单；缺点：电流小、保护范围有限。适用于小型结构（如

船舶、管道）。

外加电流法：通过外部耳源强制被保护金属成为阴极。优点：电流可调、保护范围大;

缺点：需电源、成本高。适用于大型设施（如长输管道、储罐）。

2.酸性介质：以吸附型缓蚀剂（如有机胺类）为主，通过极性基团吸附在金属表面，抑

制析氢腐蚀。

中性介质：以成膜型缓蚀剂（如锯酸盐）为主，生成氧化膜阻断吸氧腐蚀。

子任务3■知识点5・5金属腐蚀监测

一、填空题

1.阳极氧化；阴极还原

2.横截面积；增大

3.Stern-Geary：导电性

二、判断题

1.X2.43.4

三、单选题

1.B2.C3.B

022

四、多选题

1.BD2.AC3.BC

五、简答题

1.原理：ER探针基于物理电阻变化（横截面积减小），与电化学反应无关；LPR法基于

极化电流■电位关系，直接测量电化学腐蚀电流。

场景：ER适用于复杂介质（如多相流），LPR适用于清洁导电介质（如水溶液）。

2.挂片法直接测量金属失重，反映实际腐蚀累积埴，不受电化学干扰或仪器误差影响，

数据最贴近真实腐蚀状态。

3.原因：阴极反应加速（如pH降低导致析氢反应2H，+2e-H2t）,或阳极溶解受阻

减弱（如缓蚀剂失效）。

措施：调节pH至中性，补充缓蚀剂，或排查介质污染（如C1侵入）。

模块五电化学测试技术的应用

任务6电化学分析技术的应用

子任务1-知识点6-1指示电极

一、填空题

1.能斯特2.Ag|Ag+；Zn|Zn2+；Cu|Cu2+

二、单选题

B

三、多选题

ACD

四、判断题

五、简答题

（1）基本特性：①对离子活度变化响应快速；②电位重现性好；③结构简洁、使用方

使；④对目标离子具有选择性；⑤具备足够的测量范围和长期稳定性。

（2）离子选择电极的优势：通过离子交换膜（玻璃膜或晶体膜）实现对特定离子的高选

拦性，仅对目标离子产生电位响应，抑制其他离子的干扰；膜的化学惰性和机械稳定性保证

了电位的长期重复性，从而克服了第一类金属■金属离子电极“对多种阳离子均有响应、易

受酸性腐蚀、稳定性差”等缺陷。

023

子任务1-知识点6-2离子选择性电极

一、填空题

1.相界面电位；扩散电势；参比电位离子交换位点3.氟化锄单晶

4.选择性

二、单选题

1.A2.B3.B

三、多选题

1.ABD2.ABD

四、判断题

X

石、简答题

(1)高选择性来源于LaF3单晶的晶格结构，只有厂能在晶格中迁移，其他阴离子

(Cl\B「、「等)因尺寸或电荷不匹配无法穿透晶格。

(2)在膜/溶液界面，厂与膜表面发生选择性吸附并形成双电层；内侧与内参比溶液的

界面电位保持恒定。

(3)跨越单晶膜的总电位等于内外相界面电位之差，仅随外溶液中F活度变化，符合

e

能斯特方程E=E+—\nar.

FF

子任务1■知识点6・3直接电位法方法原理

一、填空题

1.参比电极；指示电极；电位差计

2.59.16mV/pH

3.总离子强度调节剂

二、单选题

1.C2.C3.C4.D5.B

三、多选题

1.ABCD2.BD3,ABC

四、判断题

1.X2.X3.X4.X5.4

024

五、简答题

1.Nernst方程:

RT

E=Eeln%°n

~nF

2.标准曲线法中加入相同TISAB的原因：

（1）TISAB使两套溶液的图子强度保持一致，从而使活度系数/恒定并相等。

（2）稳定的离子强度消除因离子强度变化导致的电极响应漂移。

（3）同时掩蔽可能干扰的共存离子（如金属离子），保证测定的选择性和准确性。

六、计算题

解：（1）直接电位法公式

EX—Eq

pHx=pHs+^—

其中pHs=6.86,Es=8.0mV,Ex=4.9mV,S^59.16mV/pH（25℃）O

（2）代入数值AE=4.9-8.0=-3.1mV

pHx=6.86+二^-=6.86-0.05246.81

x59.16

答案：pHx^6.81（pH值）。

子任务2■知识点6-4电位滴定法方法原理

一、填空题

1.能斯特；0.0592.1；63.0.241V4.25；0.5

二、单选题

1.B2.C3.B

三、多选题

1.ABC2.AC

四、判断题

q

五、简答题

i.电位滴定法是利用指示电极与参比电极在待测溶液中组成的原电池，实时监测滴定过

程中指示电极的电位（或电池电动势）变化来确定滴定终点的定量分析方法。

025

在滴定过程中，滴定剂与被测物质发生化学反应，使被测物质的浓度持续变化，进而引

起指示电极的电位（或原电泡电动势）发生相应改变；当滴定接近化学计量点时，被测物质

浓度发生急剧突变，导致指示电极电位（或电动势）出现突跃；通过记录电位（或电动势）

与滴定剂体积的变化关系，确定电位突跃对应的滴定剂体积（即滴定终点），从而计算被测

物质的含量。

2.确定电位滴定终点的三种方法及特点。

（1）E-P曲线法：绘制电动势E（纵坐标）对滴定剂体积横坐标）的曲线，以曲线

突跃段的拐点（斜率变化最大处）作为滴定终点°特点：操作简单，直观易懂，但当电位突

跃不明显时•，终点判断的误差较大。

（2）一阶微商（AE/AP）法：计算相邻滴定剂体积、用的电位变化率AE/AP,绘制△目AH

（纵坐标）对相邻滴定剂体积平均值方（横坐标）的曲线，曲线的峰值点对应滴定终点。特

点：电位突跃更显著，终点辨识度高于七-忆曲线法，但需计算电位变化率，数据处理稍繁琐。

（3）二阶微商（公目△片）法：计算二阶导数代七公片（即的变化率），绘制父耳

△片对相邻滴定剂体积平均值的再次平均7（横坐标）的曲线，二阶导数由正变负（或为

零）的点对应滴定终点（常通过内插法精确计算）。特点：能最精确地确定终点，是定量分

析中常用的方法，但对实验数据的精度要求较高，计算过程相对复杂。

3.（1）提供足够的酸性环境：Cr?。；与Fe?+的氧化还原反应式为：

-2+3+

Cr2O？+6Fe+14H,—*2c产+6Fe+7H2O

加入硫酸（强酸）提供大量H+,保证反应按上述配平式进行，防止因酸度不足导致反

应不完全或电位突跃范围收窄。

（2）抑制副反应、改善电极响应：强酸还能抑制Fe'+与OK的水解沉淀，保持Fc"以离

子形式存在，避免产生浑浊或颜色干扰电位测量。

（3）磷酸的作用；与滴定产物F/十形成稳定的无色络合物［Fc（IIPOJ「，既降低了Fe37Fe2+

电对的电极电位、增大滴定突跃范围，又消除了Fe，十的黄色干扰，便于电位变化的监测。

（4）稀释的目的

①降低溶液的离子强度，使指示电极的活度系数更接近理想状态，提高电位-浓度的线

性关系。

②调节滴定剂浓度，使滴定过程的体积变化在仪器可控范围（如0.1mL步达）内，便

于精确记录终点体积。

③稀释还能降低溶液黏度，改善磁力搅拌或机械搅拌的均匀性，确保电极与溶液的充

分接触。

4.（1）电极准备：指示电极与参比电极需提前活化（如pH玻璃电极浸泡、金属电极抛

光除氧化层）、清洗干净，确保电极性能稳定。

（2）滴定速度：滴定初期可快速滴加，接近终点（电位变化加快）时减慢速度，每加

0.1〜0.2mL记录一次体积与电位，保证突跃段数据充足。

（3）搅拌控制：持续匀速搅拌使反应快速达平衡，但避免剧烈搅拌导致溶液飞溅或产生

气泡，影响电位读数。

（4）电位稳定：每次加滴定剂后，需等待电位稳定（尤其是终点附近）再记录数据，保

证结果准确性。

026

(5)空白校正：若试剂含干扰杂质，需进行空白滴定，扣除空白消耗的滴定剂体积。

(6)电极维护：滴定中避免电极接触搅拌子/容器壁，滴定后及时清洗电极并妥善保存。

子任务3■知识点6-5极谱分析法方法原理

一、填空题

1.电流-电压2.极谱法3.表面持续更新