2025年大學(xué)《化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——熔融鹽電解質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)研究考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.下列物質(zhì)中，在高溫下通常不作為電解質(zhì)使用的是：(A)NaCl(B)AlCl3(C)K2SO4(D)MgO2.熔融鹽電解質(zhì)能夠?qū)щ姷闹饕蚴牵?A)分子運(yùn)動(dòng)(B)自由電子存在(C)離子存在且能夠自由移動(dòng)(D)共價(jià)鍵導(dǎo)電3.在一定溫度下，某熔融鹽的摩爾電導(dǎo)率隨濃度增大而變化，這種現(xiàn)象主要?dú)w因于：(A)離子遷移數(shù)的變化(B)離子間的相互作用增強(qiáng)(C)活度系數(shù)的變化(D)離子半徑的變化4.對(duì)于第一類電極Zn|Zn2?(a?),其電極電勢(shì)E?的表達(dá)式為E?=E°?-(RT/F)lna(Zn2?)。當(dāng)溶液濃度a(Zn2?)增大時(shí)，E?的變化趨勢(shì)是：(A)升高(B)降低(C)不變(D)先升高后降低5.熔融鹽電解池中，提高電流效率的主要途徑之一是：(A)降低電解溫度(B)增大電極面積(C)選擇合適的電極材料并減小過電勢(shì)(D)增大電解液濃度6.根據(jù)相律，對(duì)于一個(gè)由兩種組元組成的簡(jiǎn)單熔融鹽體系，在恒定壓力下，最多可能存在的相數(shù)為：(A)1(B)2(C)3(D)47.熔融鹽的蒸氣壓隨溫度升高而增大，這一現(xiàn)象符合：(A)波義耳定律(B)查理定律(C)克勞修斯-克拉佩龍方程(D)阿伏伽德羅定律8.在熔融鹽電解過程中，若陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，則該電極反應(yīng)的過電勢(shì)主要與以下因素有關(guān)：(A)陰極超電勢(shì)(B)電解液離子濃度(C)電極材料性質(zhì)(D)電解池幾何結(jié)構(gòu)9.某熔融鹽體系在某一溫度下存在三個(gè)相平衡共存，則該溫度對(duì)應(yīng)于其相圖上的：(A)熔點(diǎn)曲線(B)三相點(diǎn)(C)臨界點(diǎn)(D)二元共晶點(diǎn)10.活度系數(shù)γ?表示實(shí)際溶液中離子活度a?與其濃度所對(duì)應(yīng)的理想溶液中活度系數(shù)為1時(shí)的活度之比，即a?=γ?c?。γ?通常：(A)總是大于1(B)總是小于1(C)等于1(D)可大于1也可小于1，取決于離子種類和濃度二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.熔融鹽電解質(zhì)的高電導(dǎo)率主要源于其內(nèi)部存在大量能夠自由移動(dòng)的________。2.離子在熔融鹽中的遷移速率與其電遷移率成正比，電遷移率是描述離子在電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)能力的重要參數(shù)，其表達(dá)式為μ=(x?/z?)*(σ?/ρ)，其中x?代表離子的________。3.根據(jù)能斯特方程，在標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)E°和非標(biāo)準(zhǔn)濃度下，電極電勢(shì)E與活度a的關(guān)系為E=E°-(RT/F)ln(a)，該公式表明電極電勢(shì)是________的函數(shù)。4.熔融鹽電解時(shí)，電極反應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力是電極電勢(shì)的________。5.熔融鹽的凝固點(diǎn)總是低于其固態(tài)晶體的熔點(diǎn)，這是由于溶液的________低于純?nèi)軇ɑ蚣児滔啵┑哪厅c(diǎn)。6.在熔融鹽電解池中，發(fā)生還原反應(yīng)的電極稱為________。7.對(duì)于一個(gè)二元熔融鹽體系，在恒定溫度下，根據(jù)相律，其自由度F=2-P，當(dāng)體系處于單相區(qū)時(shí)，F(xiàn)=________。8.某熔融鹽的蒸氣壓隨溫度升高而指數(shù)增大，其克勞修斯-克拉佩龍方程可表示為ln(P?/P?)=(ΔHvap/R)*(1/T?-1/T?)，其中ΔHvap代表熔融鹽的________。9.電極過程動(dòng)力學(xué)研究電極反應(yīng)的________和影響因素。10.活度a是描述溶液中粒子有效濃度的物理量，當(dāng)溶液濃度很低時(shí)，理想溶液的活度系數(shù)γ?通常趨近于________。三、簡(jiǎn)答題（每小題5分，共15分）1.簡(jiǎn)述熔融鹽電解池與水溶液電解池在導(dǎo)電機(jī)制和電極反應(yīng)環(huán)境方面的主要區(qū)別。2.什么是熔融鹽的摩爾電導(dǎo)率？它如何隨濃度變化？簡(jiǎn)述其原因。3.解釋過電勢(shì)的概念及其在熔融鹽電解工業(yè)中的意義。四、計(jì)算題（每小題10分，共20分）1.將一塊鋅片浸入含有Zn2?離子活度為0.1的熔融鹽中，已知在723K時(shí)，鋅電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)E°(Zn2?/Zn)=-0.76V(相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電極)，氣體常數(shù)R=8.314J/(mol·K)，法拉第常數(shù)F=96485C/mol。試計(jì)算該鋅電極在723K時(shí)的電極電勢(shì)（假設(shè)活度系數(shù)γ?=1）。2.某熔融鹽電解池在850°C(1123K)下電解某種熔融鹽，測(cè)得陽極產(chǎn)物的摩爾蒸發(fā)焓ΔHvap=380kJ/mol，其在800°C(1073K)和900°C(1173K)時(shí)的飽和蒸氣壓分別為0.02MPa和0.1MPa。試?yán)每藙谛匏?克拉佩龍方程估算該熔融鹽在873K(1146K)時(shí)的飽和蒸氣壓。五、論述題（15分）結(jié)合電極過程動(dòng)力學(xué)的基本概念，論述提高熔融鹽電解電流效率的主要途徑及其理論依據(jù)。試卷答案一、選擇題1.(D)2.(C)3.(B)4.(A)5.(C)6.(B)7.(C)8.(C)9.(B)10.(D)二、填空題1.離子2.電荷3.濃度（或活度）4.差值5.熔點(diǎn)6.陰極7.18.汽化熱（或蒸發(fā)熱）9.速率10.1三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：對(duì)比熔融鹽電解和水溶液電解的導(dǎo)電粒子、環(huán)境、電極反應(yīng)特性。熔融鹽電解導(dǎo)電粒子為自由移動(dòng)的離子，環(huán)境為高溫熔融狀態(tài)（無水），電極材料通常為惰性或活性金屬，反應(yīng)物和產(chǎn)物均為離子或金屬。*答案要點(diǎn)：熔融鹽電解導(dǎo)電粒子是自由移動(dòng)的離子，環(huán)境為高溫熔融鹽，無水；水溶液電解導(dǎo)電粒子是自由移動(dòng)的離子和水分子，環(huán)境為水溶液。電極材料在熔融鹽中可以是惰性金屬（如石墨）或活性金屬本身作為電極；在水溶液中，陽極材料需耐腐蝕。電極反應(yīng)物和產(chǎn)物通常為離子或金屬單質(zhì)。2.解析思路：定義摩爾電導(dǎo)率（單位濃度下的電導(dǎo)率），并解釋其隨濃度變化的原因（離子間的相互作用力變化）。濃度低時(shí)，離子間距較大，相互作用弱，接近理想行為（γ?≈1）；濃度升高，離子間距減小，離子間斥力或吸引力增強(qiáng)，影響離子遷移，導(dǎo)致摩爾電導(dǎo)率下降。*答案要點(diǎn)：摩爾電導(dǎo)率是指電解質(zhì)溶液濃度為1mol/m3時(shí)的電導(dǎo)率，用Λm表示。它隨濃度變化主要因?yàn)殡x子間相互作用。濃度很低時(shí)，離子間距較大，相互作用可忽略，摩爾電導(dǎo)率接近無限稀釋時(shí)的值（Λm∞）；隨著濃度升高，離子間距減小，離子間的庫(kù)侖相互作用增強(qiáng)（斥力或吸引力），阻礙離子運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致離子遷移率下降，從而使摩爾電導(dǎo)率減小。3.解析思路：定義過電勢(shì)（實(shí)際電極電勢(shì)與平衡電極電勢(shì)之差），并說明其在工業(yè)上的作用（驅(qū)動(dòng)力、能量效率）。過電勢(shì)是使非平衡電極反應(yīng)（電解）發(fā)生所必須額外施加的電壓部分，它增加了電解過程的能量消耗，降低了能量效率。*答案要點(diǎn)：過電勢(shì)是指電解池中實(shí)際發(fā)生的電極電勢(shì)（包括陽極和陰極）與平衡電極電勢(shì)之差的絕對(duì)值之和。在熔融鹽電解中，過電勢(shì)的存在意味著需要比理論計(jì)算更高的電壓才能驅(qū)動(dòng)電解反應(yīng)。它是電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)阻力（活化過電勢(shì)、濃差過電勢(shì)等）的體現(xiàn)，直接導(dǎo)致電解過程的能量效率降低。因此，減小過電勢(shì)是提高電解效率和降低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵。四、計(jì)算題1.解析思路：應(yīng)用能斯特方程E=E°-(RT/F)ln(a?)。已知E°,T,a?,R,F，代入計(jì)算。注意溫度T需用絕對(duì)溫度（K），活度a?已知，ln為自然對(duì)數(shù)。*答案：E=-0.76V-(8.314J/(mol·K)*723K/96485C/mol)*ln(0.1)=-0.76V-(6.05*10?3V)*(-2.3026)=-0.76V+0.0139V=-0.7461V≈-0.746V2.解析思路：應(yīng)用克勞修斯-克拉佩龍方程ln(P?/P?)=(ΔHvap/R)*(1/T?-1/T?)。已知ΔHvap,T?,P?,T?,P?，其中T?,T?需用絕對(duì)溫度（K），求解P?。先將方程變形為P?=P?*exp[(ΔHvap/R)*(1/T?-1/T?)]，然后代入數(shù)值計(jì)算。*答案：ΔHvap=380kJ/mol=380000J/molR=8.314J/(mol·K)T?=1073K,P?=0.02MPaT?=1173K,P?=0.1MPaln(P?/P?)=(380000J/mol/8.314J/(mol·K))*(1/1073K-1/1173K)ln(P?/P?)=45738*(0.000931-0.000851)K?1=45738*0.000080K?1=3.66P?=P?*exp(3.66)=0.02MPa*38.8=0.776MPa五、論述題解析思路：從電極過程動(dòng)力學(xué)角度分析影響電流效率的因素。電流效率是指理論上生成的產(chǎn)品量與實(shí)際通過的電荷量（或理論上應(yīng)生成的產(chǎn)品量）之比。提高電流效率的關(guān)鍵在于減少非理想過程造成的損失。主要途徑包括：減小活化過電勢(shì)（選擇合適的電解溫度、電極材料，改進(jìn)電極表面結(jié)構(gòu)），減小濃差過電勢(shì)（加強(qiáng)攪拌，優(yōu)化電極幾何形狀，控制溶液濃度均勻），避免副反應(yīng)（選擇合適的電解條件，精確控制反應(yīng)環(huán)境），提高產(chǎn)品在電極表面的可逆脫附（對(duì)于氣態(tài)產(chǎn)物）。需結(jié)合熔融鹽電解的具體特點(diǎn)進(jìn)行闡述。*答案要點(diǎn)：提高熔融鹽電解電流效率意味著在通過一定量的電流時(shí)，得到更多的目標(biāo)產(chǎn)物，或者說目標(biāo)產(chǎn)物反應(yīng)消耗的電流占總電流的比例更高。電流效率低主要是因?yàn)殡姌O反應(yīng)偏離了熱力學(xué)平衡狀態(tài)，存在過電勢(shì)和副反應(yīng)。主要提高途徑及其理論依據(jù)：1.減小活化過電勢(shì)：活化過電勢(shì)源于電極反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)阻力。通過選擇更合適的電極材料（如更有效的催化材料），優(yōu)化電解溫度（在反應(yīng)速率和副反應(yīng)速率之間找到平衡），以及改善電極表面狀態(tài)（如光滑、清潔、有合適的微觀結(jié)構(gòu)），可以降低反應(yīng)所需的過電勢(shì)，使更多的電流用于目標(biāo)反應(yīng)，從而提高電流效率。2.減小濃差過電勢(shì)：濃差過電勢(shì)是由于電極表面反應(yīng)物或產(chǎn)物濃度與溶液主體濃度存在差異導(dǎo)致的。通過加強(qiáng)電解池內(nèi)溶液的攪拌，增大電極表面積，優(yōu)化電極的幾何形狀（如使用多孔電極、絲狀電極），可以促進(jìn)反應(yīng)物向電極表面的傳輸和產(chǎn)物從電極表面的擴(kuò)散，使電極表面濃度接近主體濃度，從而減小濃差過電勢(shì)，提高電流效率。3.避免或抑制副反應(yīng)：熔融鹽電解體系可能存在多種反應(yīng)路徑。通過精確控制電解條件（如溫度、氣氛、添加劑等），可以優(yōu)先選擇