2026年电解与极化作用练习试题附答案

2026年电解与极化作用练习试题附答案一、单项选择题（共15小题，每小题2分，共30分。每小题只有一个正确答案）1.298K下，用惰性Pt电极电解浓度为1mol/kg的NaOH水溶液，下列关于分解电压的说法正确的是（）A.实际分解电压等于理论分解电压1.23VB.实际分解电压大于1.23V，仅因为存在溶液欧姆压降C.实际分解电压大于1.23V，源于电极极化、欧姆压降两方面因素D.实际分解电压小于1.23V，因为NaOH是强电解质可降低反应活化能2.下列关于两类极化的特征描述，正确的是（）A.电流密度趋近于0时，浓差极化超电势趋近于0，电化学极化超电势保持恒定B.浓差极化是由电极反应速率慢于电荷转移速率导致的C.电化学极化的超电势在高电流密度区符合塔菲尔公式的线性关系D.升高温度对两类极化的减弱效果完全一致3.三电极体系是测定极化曲线的标准装置，其中参比电极的核心作用是（）A.提供电极反应的场所B.作为电势基准，精确测定工作电极的电势C.导通回路，承担大部分电流负荷D.消除工作电极的浓差极化4.298K下，大多数金属表面发生氢析出反应的塔菲尔公式η=a+blgj中，常数b的数值约为（）A.0.03VB.0.12VC.0.5VD.1.0V5.当电解池的工作电流密度逐渐增大时，阴阳极的极化电势变化规律为（）A.阳极电势正移，阴极电势负移B.阳极电势负移，阴极电势正移C.阴阳极电势均正移D.阴阳极电势均负移6.某电解液中含有浓度均为0.1mol/L的Ag+（φθ=0.799V）、Cu2+（φθ=0.34V）、Cd2+（φθ=-0.40V）、Zn2+（φθ=-0.76V），若不考虑超电势，阴极最先析出的物质是（）A.AgB.CuC.CdD.Zn7.用Zn电极电解pH=5、浓度为1mol/L的ZnSO4溶液，已知H2在Zn表面的超电势为0.72V，忽略活度系数影响，则阴极的主要产物为（）A.H2B.ZnC.O2D.无法判断8.电解精炼铜的过程中，下列关于阳极反应的说法正确的是（）A.仅粗铜中的Cu发生溶解B.电势低于Cu的金属（Fe、Zn、Ni等）随Cu一起溶解，电势高于Cu的贵金属（Au、Ag等）沉积为阳极泥C.电势高于Cu的贵金属优先溶解D.阳极不会产生气体9.下列操作中，可有效消除浓差极化的是（）A.降低反应温度B.降低电解液浓度C.对电解液进行强力搅拌D.减小电极表面积10.钢铁在潮湿的中性环境中发生的腐蚀类型及阴极反应分别是（）A.析氢腐蚀，2H++2e-→H2B.吸氧腐蚀，O2+2H2O+4e-→4OH-C.析氢腐蚀，O2+2H2O+4e-→4OH-D.吸氧腐蚀，2H++2e-→H211.牺牲阳极法是金属防腐的常用手段，下列关于该方法的说法正确的是（）A.被保护的金属作为腐蚀电池的阳极B.牺牲阳极的电极电势应高于被保护金属的电极电势C.该方法需要外接电源提供保护电流D.常用的牺牲阳极材料包括镁合金、锌合金等活泼金属12.当前绿氢制备（电解水制氢）的核心能耗瓶颈是（）A.纯水的制备成本B.电极的阴阳极超电势及系统欧姆压降C.光伏电力的成本D.氢气的储运成本13.下列关于超电势定义的表达式正确的是（）A.阴极超电势η阴=φ析，阴-φ平，阴B.阳极超电势η阳=φ析，阳-φ平，阳C.阴极超电势η阴=φ平，阳-φ平，阴D.阳极超电势η阳=φ平，阳-φ析，阳14.用石墨电极电解1mol/L的CuCl2水溶液，已知φθ(Cl2/Cl-)=1.36V，φθ(O2/H2O)=1.229V，O2在石墨表面的超电势为0.8V，Cl2在石墨表面的超电势为0.05V，则阳极的优先析出产物是（）A.Cl2B.O2C.CuD.H215.电镀镍时通常向镀液中加入络合剂（如焦磷酸盐），其核心作用是（）A.提高Ni2+的析出电势，避免H2析出B.降低Ni2+的析出电势，避免H2析出C.提高溶液的电导率，降低欧姆压降D.增大Ni2+的扩散速率，消除浓差极化二、填空题（共10小题，每空1分，共20分）1.电极极化通常分为____和____两类，前者的产生原因是____，后者的产生原因是____。2.氢超电势随电流密度变化可分为三个区域：低电流密度区η与j呈____关系，高电流密度区η与lgj呈____关系，该区域符合塔菲尔公式。3.三电极体系的三个组成电极分别为____、____、____。4.电解过程中，阴极优先发生____（填“析出电势最高”或“析出电势最低”）的还原反应，阳极优先发生____（填“析出电势最高”或“析出电势最低”）的氧化反应。5.298K下电解纯水的理论分解电压为____V，实际分解电压通常高于该值，若要降低电解能耗，可通过____、____等方式实现。6.氯碱工业中用汞作为阴极电解饱和NaCl溶液时，阴极产物为____而非H2，原因是____。7.电化学腐蚀的本质是金属表面形成____，其中阳极发生____反应，阴极发生还原反应。8.镀锡铁（马口铁）的镀层破损后，____作为腐蚀电池的阳极优先被腐蚀，而镀锌铁（白铁）的镀层破损后，____作为阳极被消耗，铁得到保护。9.外加电流阴极保护法中，被保护的金属需连接外接电源的____极，辅助阳极通常采用____材料（列举1种即可）。10.铅酸蓄电池充电时，电池的端电压____（填“高于”或“低于”）其电动势，原因是充电过程中电极发生极化，正极电势____（填“正移”或“负移”），负极电势负移。三、判断题（共10小题，每小题1分，共10分。正确打√，错误打×）1.电解池的实际分解电压总是大于对应的原电池的电动势。（）2.搅拌可以同时消除浓差极化和电化学极化。（）3.塔菲尔公式适用于所有电流密度下的电化学极化过程。（）4.阴极的实际析出电势总是低于其平衡电势，阳极的实际析出电势总是高于其平衡电势。（）5.电解精炼铜时，电解液中的Cu2+浓度会持续降低，需要定期补充铜盐。（）6.金属在酸性较强的环境中主要发生析氢腐蚀，在中性或弱酸性环境中主要发生吸氧腐蚀。（）7.氢超电势的存在只会增加电解过程的能耗，没有任何应用价值。（）8.当两种金属接触并处于电解质环境中时，电极电势更高的金属会优先被腐蚀。（）9.电解水时加入Na2SO4等中性电解质可以降低理论分解电压。（）10.交换电流密度越大的电极反应，其电化学极化的超电势越低，电极的可逆性越好。（）四、简答题（共4小题，每小题6分，共24分）1.对比说明浓差极化和电化学极化的产生机理、核心特征及减弱措施。2.什么是氢超电势？简述其主要影响因素及在工业生产中的利弊。3.简述电解精炼铜的工艺流程、电极反应及提纯原理，说明为何可得到99.99%以上的高纯铜。4.什么是腐蚀微电池？简述钢铁在海滨潮湿环境中发生吸氧腐蚀的完整过程。五、计算题（共3小题，每小题12分，共36分。要求写出完整计算步骤，结果保留3位有效数字）1.298K下，用惰性Pt电极电解浓度为0.5mol/L的H2SO4水溶液（活度系数视为1），已知φθ(O2/H2O)=1.229V，H2在Pt表面的超电势可忽略，O2在Pt表面的超电势为0.48V，电解回路的欧姆压降为0.18V。试计算：（1）该体系的理论分解电压；（2）电解过程的实际分解电压；（3）电流稳定时阴、阳极的实际析出电势。2.298K下，用纯Zn作为阴极电解pH=4、浓度为1mol/L的ZnSO4溶液，已知φθ(Zn2+/Zn)=-0.763V，H2在Zn表面的超电势η(H2)=0.70V，活度系数均为1。试计算：（1）Zn的析出电势；（2）H2的析出电势；（3）阴极的优先析出产物；（4）当第二种产物开始析出时，溶液中残留的Zn2+浓度。3.298K下，某镍基电极表面氢析出反应的塔菲尔公式为η=0.75+0.118lgj，其中j的单位为A/cm²，已知电极的有效工作面积为8cm²。试计算：（1）当电流密度j=5.0×10^-4A/cm²时的氢超电势；（2）当氢超电势为0.40V时的电流密度；（3）该条件下通过电极的总电流。参考答案一、单项选择题1.C解析：实际分解电压=理论分解电压+阴阳极超电势之和+欧姆压降，因此必然高于1.23V，源于极化和欧姆压降两方面。2.C解析：电流密度趋近于0时两类极化的超电势均趋近于0，浓差极化由扩散速率慢导致，升温对浓差极化的减弱效果更显著，仅C正确。3.B解析：参比电极是电势基准，用于测定工作电极的电势，工作电极是反应场所，辅助电极导通回路。4.B解析：298K下n=1、α=0.5时，塔菲尔斜率b=2.303RT/(αnF)=0.118V，约0.12V。5.A解析：阳极极化电势正移，阴极极化电势负移，即“阳正阴负”规律。6.A解析：计算析出电势：φ(Ag)=0.799+0.05916lg0.1≈0.740V，φ(Cu)=0.34+0.02958lg0.1≈0.310V，Ag的析出电势最高，优先析出。7.B解析：φ(Zn)=-0.763+0.02958lg1=-0.763V，φ(H2)=0-0.05916×5-0.72≈-1.016V，Zn的析出电势更高，优先析出。8.B解析：电解精炼铜时，电势低于Cu的活泼金属优先溶解，贵金属不溶解形成阳极泥。9.C解析：搅拌可加快扩散，有效消除浓差极化，其余选项均会增大浓差极化。10.B解析：中性环境中H+浓度低，析氢电势低，优先发生吸氧腐蚀，阴极发生氧的还原反应。11.D解析：牺牲阳极法不需要外接电源，牺牲阳极电势低于被保护金属，作为阳极溶解，被保护金属作为阴极，常用镁、锌合金作为牺牲阳极。12.B解析：绿氢制备的能耗主要来自电解过程的超电势和欧姆压降，是当前核心技术瓶颈。13.B解析：阳极超电势η阳=φ析，阳-φ平，阳，阴极超电势η阴=φ平，阴-φ析，阴。14.A解析：φ(Cl2,析)=1.36+0.05=1.41V，φ(O2,析)=1.229+0.05916lg(10^-7)^4+0.8≈0.815+0.8=1.615V，Cl2的析出电势更低，优先在阳极析出。15.B解析：加入络合剂后Ni2+与络合剂结合，游离Ni2+浓度降低，析出电势负移，避免H2析出，同时使镀层更致密均匀。二、填空题1.浓差极化；电化学极化；反应物/产物的扩散速率慢于电极反应速率；电极反应的活化能高，反应速率慢于电荷转移速率2.线性；线性3.工作电极；参比电极；辅助电极（对电极）4.析出电势最高；析出电势最低5.1.23；开发低超电势电极催化剂；优化电解槽结构降低欧姆压降6.钠汞齐；H2在汞表面的超电势极高，其析出电势低于Na+的析出电势7.腐蚀微电池；金属氧化（溶解）8.铁；锌9.负；石墨（或高硅铸铁、贵金属氧化物）10.高于；正移三、判断题1.√解析：实际分解电压需要克服极化和欧姆压降，因此大于对应的原电池电动势（即理论分解电压）。2.×解析：搅拌只能消除浓差极化，无法消除电化学极化。3.×解析：塔菲尔公式仅适用于高电流密度的强极化区，低电流密度区不符合。4.√解析：阴极极化电势负移，因此析出电势低于平衡电势；阳极极化电势正移，析出电势高于平衡电势。5.×解析：阳极溶解的Cu量与阴极析出的Cu量基本相等，电解液中Cu2+浓度保持稳定，不需要定期大量补充。6.√解析：酸性强时H+浓度高，析氢电势高，优先发生析氢腐蚀；中性环境中氧的还原电势更高，发生吸氧腐蚀。7.×解析：氢超电势的存在也有应用价值，例如电镀锌、电解制备钠汞齐、铅酸蓄电池充电过程中避免氢气析出等。8.×解析：电极电势更低的金属作为阳极，优先被腐蚀。9.×解析：加入中性电解质仅提高溶液电导率，降低欧姆压降，不会改变理论分解电压。10.√解析：交换电流密度是电极可逆性的指标，交换电流密度越大，相同电流密度下超电势越低，电极可逆性越好。四、简答题1.（1）产生机理：浓差极化是由于电极反应消耗反应物或生成产物，而扩散速率较慢，导致电极表面的反应物/产物浓度与本体溶液存在差异，从而引起电势偏离平衡值；电化学极化是由于电极反应本身的活化能较高，反应速率慢于电荷转移速率，导致电极表面积累过剩电荷，引起电势偏离平衡值。（2分）（2）核心特征：浓差极化存在极限扩散电流，超电势与本体浓度、扩散系数相关，可通过搅拌等方式减弱；电化学极化在高电流密度区符合塔菲尔公式η=a+blgj，超电势与交换电流密度相关，无法通过搅拌消除。（2分）（3）减弱措施：浓差极化可通过搅拌电解液、升高温度、增大电极表面积、提高电解液浓度等方式减弱；电化学极化可通过开发高活性电极催化剂、升高反应温度、增大电极有效表面积等方式减弱。（2分）2.氢超电势是指氢析出反应的实际析出电势与该条件下的平衡电势的差值，是电化学极化的典型表现。（1分）影响因素：主要包括电极材料、电极表面状态、电流密度、温度、溶液pH、杂质含量等，其中电极材料和电流密度的影响最为显著。（2分）利：①电解制备活泼金属（如Zn、Mn）时，氢在这些金属表面的超电势较高，可避免氢气析出，得到目标金属；②铅酸蓄电池充电时，氢在铅表面的超电势高，可减少充电过程的氢气析出，提高充电效率和安全性；③氯碱工业用汞阴极制备钠汞齐，利用氢在汞表面的超高超电势，避免氢气生成。（1.5分）弊：①电解水制氢、氯碱工业电解饱和食盐水等过程中，氢超电势和氯超电势会大幅增加电解能耗，提高生产成本；②腐蚀过程中氢超电势较低会加速析氢腐蚀速率，导致金属构件失效。（1.5分）3.工艺流程：以粗铜（纯度98%~99%）为阳极，纯铜薄片为阴极，以硫酸铜+硫酸的混合水溶液为电解液，通入直流电进行电解。（1分）电极反应：阳极：Cu-2e-→Cu2+，同时Fe、Zn、Ni等活泼杂质也发生溶解：M-2e-→M2+（M=Fe、Zn、Ni等）；阴极：Cu2++2e-→Cu。（2分）提纯原理：①阳极端：电极电势低于Cu的活泼金属（Fe、Zn、Ni等）会随Cu一起溶解进入电解液，而电极电势高于Cu的贵金属（Au、Ag、Pt等）不会发生溶解，会沉积在阳极底部形成阳极泥，可后续提取贵金属；②阴极端：溶液中Cu2+的析出电势远高于Fe2+、Zn2+、Ni2+等杂质离子的析出电势，因此只有Cu2+会在阴极得到电子析出为纯铜，杂质离子不会在阴极析出。（2分）通过该过程可去除粗铜中的所有杂质，得到纯度99.99%以上的高纯铜。（1分）4.腐蚀微电池是指金属表面由于成分不均、应力不均、氧浓度差异等原因，形成的电极面积小、总电流小的微小原电池，是电化学腐蚀的核心载体。（1分）腐蚀过程：①海滨环境中空气湿度大、含盐量高，钢铁表面会吸附一层含有NaCl、溶解O2的弱酸性水膜，形成电解质溶液；②钢铁中的铁作为微电池的阳极，发生氧化反应：Fe→Fe2++2e-，铁不断溶解；③钢铁中的渗碳体、石墨等杂质作为微电池的阴极，发生吸氧还原反应：O2+2H2O+4e-→4OH-；④阳极生成的Fe2+与阴极生成的OH-结合生成Fe(OH)2，随后被空气中的O2氧化为Fe(OH)3：4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3；⑤Fe(OH)3部分脱水生成红棕色的Fe2O3·nH2O，即铁锈，疏松附着在钢铁表面，无法阻止内部钢铁继续被腐蚀。（5分）五、计算题1.解答：（1）理论分解电压等于水的电解反应的电动势，阴极反应：2H++2e-→H2，φ平(阴)=0V；阳极反应：H2O→2H++1/2O2+2e-，φ平(阳)=φθ(O2/H2O)+(RT/(2F))lg(a(H+)²·p(O2)^0.5/a(H2O))，常温常压下p(O2)=100kPa，a(H2O)=1，a(H+)=1mol/L，因此φ平(阳)=1.229V，理论分解电压E理=φ平(阳)-φ平(阴)=1.229V≈1.23V。（4分）（2）阳极析出电势φ析(阳)=φ平(阳)+η(阳)=1.229+0.48=1.709V；阴极析出电势φ析(阴)=φ平(阴)-η(阴)=0-0=0V；实际分解电压E实=φ析(阳)-φ析(阴)+IR=1.709-0+0.18=1.889V≈1.89V。（4分）（3）阴极实际析出电势为0V，阳极实际析出电势为1.71V（保留3位