物理化学试卷(手动组卷)第10章电解与极化

题目部分，(卷面共有16题,56.0分,各大题标有题量和总分)
一、选择(5小题,共9.0分)
1．(1分)用铜电极电解CuCl2的水溶液，在阳极上会发生：( )
A、析出氧气
B、析出氯气
C、析出铜
D、铜电极溶解
2．(2分)25℃时, H2在锌上的超电势为0.7 V，φ∃ (Zn2+/Zn) = -0.763 V，电解一含有Zn2+(a=0.01) 的溶液，为了不使H2析出，溶液的pH值至少应控制在( )
A、pH > 2.06
B、pH > 2.72
C、pH > 7.10
D、pH > 8.02
3．(2分)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
4．(2分)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
5．(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：
( )
A、曲线1
B、曲线2
C、曲线3
D、曲线4
二、填空(5小题,共10.0分)
1．(2分)电解氢氧化钾溶液，制备氢气和氧气的阳极反应是_________________________ ；阴极反应是_________________________ 。

2．(2分)电解HNO3, H2SO4, NaOH, NH3·H2O, 其理论分解电压均为1.23 V。

其原因是
_________________________________________________________。

3．(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_____________。

4．(2分)电解过程中，极化作用使消耗的电能________；在金属的电化学腐蚀过程中，极
化作用使腐蚀速度________ 。

5．(2分)酸性介质的氢-氧燃料电池, 其正极反应为________________________________,负极反应为_____________________________________。

三、计算(3小题,共25.0分)
1．(10分)298 K，p∃时，以Pt 为阴极，C（石墨）为阳极，电解含CdCl2(0.01 mol·kg-1) 和CuCl2(0.02 mol·kg-1)的水溶液，若电解过程中超电势可忽略不计，
（设活度系数均为1，已知φ∃ (Cd2+/Cd) = -0.402 V，φ∃ (Cu2+/Cu) = 0.337 V，
φ∃ (Cl2/Cl-) = 1.36 V，φ∃ (O2/H2O,H+) = 1.229 V ) (不考虑水解) 试问：
（甲）何种金属先在阴极析出？
（乙）第二种金属析出时，至少须加多少电压？
（丙）当第二种金属析出时，第一种金属离子在溶液中的浓度为若干？
（丁）事实上O2(g) 在石墨上是有超电势的，若设超电势为0.6 V，则阳极上首先应发生什么反应？
2．(5分)298 K，p∃压力时，用铁Fe(s) 为阴极，C（石墨）为阳极，电解6.0 mol·kg-1的NaCl 水溶液，若H2(g)在铁阴极上的超电势为0.20 V，O2(g)在石墨阳极上的超电势为0.60 V，试说明两极上首先发生的反应？计算至少需加多少外加电压电解才能进行。

设活度系数均为１。

已知：φ∃ (O2/OH-)= 0.401V，φ∃ (Na+/Na)= -2.714 V，φ∃ (Cl2/Cl-)=1.36 V 。

3．(10分)298 K时, p∃压力下, 以Pt为阴极, 电解含FeCl2(0.01 mol·kg-1)和CuCl2(0.02 mol·kg-1) 的水溶液. 若电解过程中不断搅拌, 并设超电势可略去不计, 试问：
(1) 何种金属先析出?
(2) 第二种金属析出时至少需施加多大电压?
(3) 当第二种金属析出时, 第一种金属离子浓度为多少?
已知：φ∃ (Fe2+/ Fe)=-0.44 V, φ∃ (Cu2+/ Cu)=0.337 V, φ∃ (Cl2/ Cl-)=1.36 V
四、问答题(3小题,共12.0分)
1．(5分)解释理论分解电压和实际分解电压, 并简要说明其不一致的原因。

2．(5分)求出T=298 K时, pH与碱性腐蚀中吸氧反应电极电势的关系。

已知
φ∃ (O2, OH-)=0.401 V 。

3．(2分)写出Fe-Ni蓄电池Fe│22% KOH │NiOOH 的电池反应。

====================答案====================
答案部分，(卷面共有16题,56.0分,各大题标有题量和总分)
一、选择(5小题,共9.0分)
1．(1分)[答案]
D
2．(2分)[答案]
A
3．(2分)[答案]
B
4．(2分)[答案]
D
5．(2分)[答案]
B
二、填空(5小题,共10.0分)
1．(2分)[答案]
2OH-→(1/2)O2+ H2O + 2e-2H2O + 2e-→H2+ 2OH-2．(2分)[答案]
电解质虽然不同, 但电极上发生的反应一致, 都是电解水。

3．(2分)[答案]
E分解=E可逆+η阴+η阳+IR增加
4．(2分)[答案]
增加减少
5．(2分)[答案]
正: 1
2
O2+2H++2e-──→H2O
负: H2-2e-──→2H+
三、计算(3小题,共25.0分)
1．(10分)[答案]
(1) φ(Cd2+/Cd) = -0.4612 V
φ(Cu2+/Cu) = 0.2868 V
φ(H+/H2) = -0.413 V
所以阴极上首先是Cu2+还原成Cu 。

(2) 阳极反应：H2O →2H++ (1/2)O2+ 2e-
铜析出后[H+] = 2×0.02 mol·kg-1
φ(O2/H2O) = φ∃ (O2/H2O) + RT/2F×ln a2(H+) = 1.1463 V
所以E分解= φ(O2/H2O) - φ(Cd2+/Cd) = 1.6075 V
(3) φ(Cd2+/Cd) = φ(Cu2+/Cu)
= φ∃ (Cu2+/Cu) + 0.05915/2×lg a(Cu2+)
[Cu2+] = 0.103×10-26 mol·kg-1
(4) φ(O2/H2O) = [φ(O2/H2O)]可逆+ η(O2)]
= 1.415 V , φ(Cl-/Cl2) = 1.4323 V
阳极上先发生H2O氧化反应。

2．(5分)[答案]
(1) 阴极：φ(H+/H2) = φ∃ (H+/H2) + 0.05915 lg a(H+)-η(H2) = -0.614 V
φ(Na+/Na) = -2.668 V
所以先析出H2(g) 。

(2) 阳极：
φ(O2/OH-) = φ∃ (O2/OH-) + 0.05915 lg a(OH-) + η(O2) = 1.415 V
φ(Cl2/Cl-) = 1.314 V 所以先析出Cl2(g) 。

(3) E分解= φ阳- φ阴= 1.928 V
3．(10分)[答案]
(1) φ(Fe2+/Fe) =φ∃ (Fe2+/Fe) +(RT/2F)lnα (Fe2+) =-0.499 V
φ(Cu2+/Cu) =φ∃ (Cu2+/Cu) +(RT/2F)lnα (Cu2+) =0.287 V
所以Cu先析出
(2) φ(Cl2/Cl-) =φ∃ (Cl2/Cl-)- (RT/F)lnα (Cl-) =1.43 V
E =φ阳-φ阴=1.93 V
(3) φ(Cu2+/Cu) =φ∃ (Cu2+/Cu) +(RT/2F)lnα (Cu2+) =-0.499 V
∴m(Cu2+)≅α (Cu2+)m∃ =5.7×10-29 mol·kg-1
四、问答题(3小题,共12.0分)
1．(5分)[答案]
理论分解电压------可逆电解时的分解电压, 在数值上等于可逆电池的电动势. 实际分解电压------实际电解时的最小分解电压, 在数值上等于电流-电压曲线上直线部分外延到电流为零处的电压。

两者不一致的原因: 电流I≠0时, 电极有极化
2．(5分)[答案]
1
O2+H2O+2e-──→2OH-
2
φ(O2/OH-)=φ∃ (O2/OH-)-(RT/F)lnα (OH-)
=φ∃ (O2/OH-)-(RT/F)ln K w+(RT/F)lnα (H+)
φ(O2/OH-)=1.227-0.059pH
3．(2分)[答案]
放电
Fe +2NiOOH +2H2O Fe(OH)2+2Ni(OH)2
充电。