物理化学第九章模拟试卷A

物理化学第九章模拟试卷A

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.将铅蓄电池在10.0 A电流下充电 1.5 h,则PbSO4分解的量为(M r(PbSO4)= 303 )( )

(A) 0.1696 kg (B) 0.0848 kg (C) 0.3392 kg (D) 0.3564 kg

3. 在还原性酸性溶液中, Zn的腐蚀速度较Fe为小, 其原因是:( )

(A) φ(Zn2+/ Zn)(平) < φ(Fe2+/ Fe)(平)

(B) φ(Zn2+/ Zn) < φ(Fe2+/ Fe)

(C) φ(H+/ H2)(平, Zn) < φ(H+/ H2)(平, Fe)

(D) φ(H+/ H2)(Zn) < φ(H+/ H2)(Fe)

4. 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

5. 一贮水铁箱上被腐蚀了一个洞,今用一金属片焊接在洞外面以堵漏,为了延长铁

箱的寿命,选用哪种金属片为好?( )

(A) 铜片(B) 铁片(C) 镀锡铁片(D) 锌片

6.金属活性排在H2之前的金属离子, 如Na+ 能优先于H+在汞阴极上析出, 这是由于:( )

(A) φ? (Na+/ Na) < φ? (H+/ H2) (B) η(Na) < η(H2) (C) φ(Na+/ Na) < φ(H+/ H2)

(D) H2在汞上析出有很大的超电势, 以至于φ(Na+/ Na) > φ(H+/ H2)

7. 铅蓄电池负极反应的交换电流密度,比正极反应的交换电流密度约小两个数量级, 这表明:( )

(A) 负极反应的恢复平衡的速率大, 容易出现极化

(B) 正极反应的恢复平衡的速率大, 容易出现极化

(C) 负极反应的恢复平衡的速率小, 容易出现极化

(D) 正极反应的恢复平衡的速率小, 容易出现极化

8. 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:

( )

物理化学第九章模拟试卷A

(A) 曲线1 (B) 曲线2 (C) 曲线3 (D) 曲线4

9. 298 K、0.1 mol·dm-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φH2为:( )

(A) 大于-0.06 V (B) 等于-0.06 V (C) 小于-0.06 V (D) 不能判定*. 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

二、填空题( 共9题18分)

11. 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_________________________ 。

12. 电解工业中, 为了衡量一个产品的经济指标,需要计算电能效率, 它的表达式是

________________________________________。

13. 将一Pb 酸蓄电池在10.0 A电流下充电1.5 h,则PbSO4分解的质量为

。(已知M(PbSO4)= 303 g·mol-1)

14. 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________ 。

15. 以Cu 为电极,电解1 mol·dm-3 CuSO4溶液(pH = 3), 则在阴极上的电极反应_________________________,阳极上的电极反应_________________________ 。

已知:H2在Cu 电极上, η = 0.5 V, φ? (Cu2+/Cu)= 0.337 V ,

O2在Cu 电极上, η = 0 V, φ? (O2/H+,H2O)= 1.229 V 。

16. 从能量的利用上看,超电势的存在有其不利的方面。但在工业及分析等方面,超电势的现象也被广泛的应用, 试举出二个利用超电势的例子_________________________,

_______________________________________。

17. 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_____________。

18. 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____________________。

19. 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

η=R e j或η=a + b lg j表示, 前者适用于情况, 而后者适用于

____________情况。

三、计算题( 共5题40分)

20. 10 分

物理化学第九章模拟试卷A

21. 298 K时, 用Pb为电极来电解0.100 mol·dm-3 H2SO4(γ±=0.265)。在电解过程中, 把Pb阴极与另一摩尔甘汞电极相联接,当Pb阴极上氢开始析出时, 测得E分解=1.0685 V,试求H2在Pb电极上的超电势(H2SO4只考虑一级电离), 已知摩尔甘汞电极的氢标电势

φ甘汞=0.2800 V 。

22. 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?

23. 在1 mol·kg-1的HCl中, 有两种不同的金属Pt和Hg, 今维持两者的电势相等(-0.40 V), 求298 K时,1 h 内不同金属上H2的析出量。已知在Pt, Hg上, 析出H2的交换电流密度j0分别是7.9×10-4和0.79×10-12 A·cm-2 (设传递系数α=0.5)。

24. 某仪器所需载气为氢气,拟用电解水法制备,2H2O = 2H2+ O2 当所需氢气(处在标准状态下)流量为2×10-4 m3·min-1时,问仪器工作10 h, 电解槽需耗电量(Q) 为若干?电解槽电极(面积A为0.1m2)上的电流密度(j) 为多少?

四、问答题( 共3题20分)

25. 氢析出的迟缓放电理论所述的机理,可简单地写成如下的形式:

Hs++e-─→Hs (决速步)

Hs+Hs++e-H2

假设[Hs+]≈[H+], 试导出Tafel公式η= a + b ln j 。

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 mol·dm-3时,则认为容器已被腐蚀。

已知:φ? (Fe2+/Fe) = -0.4402 V,H2在铁上析出时的超电势为0.40 V。

27. H2和O2在Ag电极上的超电势在电流密度为0.1A cm-2时分别为0.87和0.98 V。试问:将两个Ag电极,插入一稀NaOH溶液中电解时, 在此电流密度下的外加电压应为多少? (忽略电解池内部电压降)。已知E? (O2-H2)=1.229 V 。

参考答案

一、选择题( 共10题20分)

1. (C)

2. (B)

3. (D)

4. (A)

5. (D)

6. (D)

7. (C)

8.(B)

9. (C) * (B)

二、填空题( 共9题18分)

11. 2OH-→(1/2)O2+ H2O + 2e-

2H2O + 2e-→H2+ 2OH-

12. 电能效率=理论上所需的电能实际消耗的电能

13. PbO2+ Pb + 2H2SO4=2PbSO4+ 2H2O

(10 A×1.5×3600 s)/(96500 C·mol-1 )×1/2×303 g·mol-1 = 84.8g

14. 增加;减少

15. 阴极:Cu2+ + 2e-→Cu↓阳极:Cu - 2e-→Cu2+

16.极谱分析的滴汞电极, 铅蓄电池的充电, 氯碱工业, 电镀杂质的分离等.

17. E分解=E可逆+η阴+η阳+IR

增加

18. 提供电流, 使研究电极极化; 测量研究电极的超电势值。

19. 低超压高超压

三、计算题( 共5题40分)

20. η=ln j0+(RT/αF)ln j根据直线方程(1)及所列数据,可得

η0.65 0.73 0.79

ln j-14.28 -12.79 -11.51

由此可得<α > =0.51 =3.95 A·cm-2

21.氢刚在Pb极上析出时, 阴极电势为

φ(H2)=φ(甘汞)-E(分解) =0.2800 V-1.0685 V= -0.7885 V

而氢电极的平衡电势为

φ(H+/H2) =φ?-0.05915lg

1/2

2

+

(H)/

(H)

p p

α

??

?

??

$

? 0.05915lgα (H+)

=-0.0933 V

∴η阴=φ(H+/H2, 平) -φ(H2) =0.6952 V 氢气逸出, 其压力p(H2)≥p?.

22. (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。

23.

j?j0exp

-

?

?

?

?

?

αηF

RT=j

exp

0504096500

8314298

..

.

??

?

?

?

?

?

?

=2416j0

W(H2) =j?3600

96500×

M()

H

2

2

Pt: W=791024163600

96500

4

.???

-

×

2

2=0.0712 g·cm-2·h-1

Hg: W=0791024163600

96500

12

.???

-

×

2

2=7.12×10-11 g·cm-2·h-1

24. 1 mol H2的标准态体积为0.0224 m3,

氢气质量:x1 = (1.008×2×2×10-4 )/0.0224

设该流量下,氢气为x1时所需电量为x2;96500 : 1.008 = x2: x1

x2= (F×x1)/1.008

仪器工作10 小时,电解消耗电量Q = x2×60×10 = 1.03392×106 C

电流密度j = Q/A = 1.03392×107C·m -2

四、问答题( 共3题20分)

25. j=Fk[Hs+] (2分)

=F A exp(-εa/RT) [Hs+]

代入εa=εa0-αF , 假定[Hs+] ? [H+], 整理得:

j=F A exp(-εa0/RT)[H+] exp(αFη/RT)

两边取对数ln j=ln[FA exp(-εa0/RT)]+ln[H+]+αηF R T

整理得:η= -R T

F

αln[FA exp(-εa0/RT)] -

R T

F

αln[H+] +

R T

F

αln j

其中a= -R T

F

αln[FA exp(-εa0/RT)]-

R T

F

αln[H+], b=

R T

F

α

26.

φ(H+/H2) = (- 0.05916 pH - 0.40)V = -0.6366 V

φ(Fe2+/Fe) = -0.6177 V

φ(Fe2+/Fe) > φ(H+/H2),Fe2+易还原为Fe,H2被氧化为H+,

故容器不被腐蚀。

27. Ag, H2(p?)│NaOH(稀溶液)│O2(p?), Ag E?=1.229 V

∴V=E R+ │η+│+ │η-│=1.229+0.87+0.98 =3.08 V

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