2025年大學《化學測量學與技術(shù)》專業(yè)題庫——電化學方法在化學測量中的應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.電化學分析的基本依據(jù)是（）。A.溶液中離子活度的變化B.氧化還原反應的能斯特方程C.電極電位與溶液pH值的線性關(guān)系D.電流通過電解質(zhì)溶液時產(chǎn)生的熱效應2.在電化學分析中，能斯特方程主要描述了（）。A.電極電位與溶液離子濃度的關(guān)系B.電極電位與溫度的關(guān)系C.電極電位與電極材料的關(guān)系D.電流大小與電極電位的關(guān)系3.下列哪些方法屬于伏安分析法？（）A.電位滴定B.線性掃描伏安法C.電導滴定D.方波伏安法4.極化曲線是指（）。A.電極電位隨時間的變化曲線B.電流隨電極電位的變化曲線C.電極電位隨溶液pH值的變化曲線D.電流隨溶液離子濃度的變化曲線5.電位分析法中，測量的是（）。A.電極電位差B.電極電流C.電極電阻D.電解質(zhì)溶液的導電率6.離子選擇性電極的電位響應符合能斯特方程，其斜率與（）有關(guān)。A.測量離子活度B.?活度系數(shù)C.測量離子電荷D.電極膜電位7.電化學傳感器的主要優(yōu)點包括（）。A.選擇性好B.靈敏度高C.分析速度快D.成本低廉8.電導分析法主要用于（）。A.檢測電解質(zhì)溶液B.測定溶液的導電能力C.進行酸堿滴定D.估算溶液的離子濃度9.在庫侖分析中，法拉第定律表明（）。A.通過電解池的電量與電極反應物的量成正比B.電解反應速率與電極電位成正比C.電解反應產(chǎn)物與電解時間成正比D.電解池的電動勢與通過電解池的電量成正比10.電化學分析方法在以下哪些領(lǐng)域有廣泛應用？（）A.環(huán)境監(jiān)測B.生物分析C.材料科學D.食品安全二、填空題1.電化學分析是基于氧化還原反應或__________變化進行化學測量的方法。2.標準電極電位是指該電極與標準氫電極組成電池，在__________下測得的電極電位。3.在循環(huán)伏安法中，電極電位按__________、掃描方向、掃描速率和終點停留時間等參數(shù)進行控制。4.電位分析法中，利用能斯特方程建立待測離子活度（或濃度）與__________之間的定量關(guān)系。5.離子選擇性電極屬于第二類電化學電池，其指示電極是對特定離子具有選擇性響應的__________。6.電化學傳感器通常由__________、轉(zhuǎn)換器和信號處理系統(tǒng)三部分組成。7.電導分析法中，溶液電導與溶液中離子總濃度成正比，比例常數(shù)稱為__________。8.控制電流庫侖分析法和恒電位庫侖分析法是兩種主要的庫侖分析方式，它們的關(guān)鍵區(qū)別在于對__________的控制方式不同。9.極譜分析是一種特殊的伏安分析技術(shù)，其工作電極通常為__________。10.電化學分析方法具有靈敏度高、選擇性好、__________等優(yōu)點。三、簡答題1.簡述能斯特方程的適用條件。2.比較直接電位法與電位滴定的異同點。3.簡述提高伏安分析靈敏度的常用方法。4.解釋什么是電化學傳感器，并列舉其至少兩種類型。四、計算題1.某金屬離子M+2的電極反應為Mn++ne-=M。已知該電極在25℃時的標準電極電位E°=0.34V，當溶液中M+2的活度為0.001mol/L時，計算該電極的實際電位(設活度系數(shù)γ=0.89)。2.在恒電位庫侖分析中，用0.1000mol/L的Ce(IV)溶液滴定20.00mL0.05000mol/L的Fe(II)溶液。已知Ce(IV)/Ce(III)電對的電極電位保持恒定在1.44V，計算滴定完成時（假設Fe(II)完全反應）通過電解池的電量是多少庫侖？(法拉第常數(shù)F=96485C/mol)試卷答案一、選擇題1.AB2.AB3.BCD4.B5.A6.C7.ABC8.AB9.A10.ABCD解析：1.電化學分析基于電化學電池中發(fā)生的氧化還原反應或發(fā)牛電位變化。A正確描述了離子活度的變化是電化學測量的基礎之一。B正確，伏安分析的核心依據(jù)是能斯特方程描述電極電位與離子活度的關(guān)系。C是pH電極的原理，不是所有電化學分析的基本依據(jù)。D是電化學效應，但不是分析方法的基本依據(jù)。2.能斯特方程定量描述了在一定溫度下，可逆電極的平衡電位與參與電極反應的離子活度（或濃度）之間的關(guān)系，以及與非活度因子（如活度系數(shù)γ）、溫度T的關(guān)系。A、B正確。電極材料影響電極的性質(zhì)，但不直接體現(xiàn)在能斯特方程的基本形式中。電流大小與電極電位和電極反應速率有關(guān)，但不直接由能斯特方程描述。3.伏安分析法是通過測量電極電位-電流曲線或電流-電位曲線來進行分析的。A電位滴定是測量滴定終點電位的分析方法，屬于電位分析法，但不直接測量電流-電位曲線。B線性掃描伏安法通過掃描電位并記錄電流響應，屬于伏安分析。C電導滴定測量的是電導隨滴定劑加入量的變化，不屬于伏安分析。D方波伏安法是伏安分析的一種特殊方式，通過施加方波電位脈沖并測量電流響應來分析。B、C、D正確。4.極化曲線是在恒定電流或恒定電位階躍下，測量電極電位隨時間的變化曲線，或測量電流隨電極電位的變化曲線。A描述的是電位隨時間變化，通常不是指極化曲線的主要形式。B描述的是電流隨電極電位的變化關(guān)系，這是極化曲線的核心內(nèi)容。C描述的是電位-pH關(guān)系。D描述的是電流-濃度關(guān)系。B正確。5.電位分析法是基于測量測量電池的電動勢，該電動勢通常與待測離子活度（或濃度）有關(guān)。測量的是電極之間的電位差。B是電流測量，C是電阻測量，D是電導測量。A正確。6.根據(jù)能斯特方程dE=-(RT/nF)*dlna_i+...，在25℃時，斜率項為-(0.05916/n)V。此斜率與測量的離子活度a_i的倒數(shù)成正比，但更直接地，它與測量離子的電荷n成正比，與溫度和法拉第常數(shù)有關(guān)，但與活度系數(shù)γ無關(guān)（γ影響的是實際活度與濃度之比）。C正確。7.電化學傳感器的優(yōu)點包括：A選擇性好（對特定離子響應）；B靈敏度高（可檢測低濃度物質(zhì)）；C分析速度快（通常為即時分析）；D成本相對較低（尤其是傳感器本身）。A、B、C、D均為其優(yōu)點。8.A電解質(zhì)溶液是電導分析的基礎。B測定溶液的導電能力是電導分析的核心目的。C電導分析法不能直接進行酸堿滴定，但可用于其他滴定（如沉淀滴定、氧化還原滴定）或測定電解質(zhì)濃度。D估算溶液的離子濃度是其應用之一，但不是唯一目的。A、B正確。9.法拉第定律是電化學分析的基礎定律之一，它指出在電極反應中，通過電解池的電荷量Q與電極上發(fā)生反應的物質(zhì)的數(shù)量n（以摩爾計）成正比，比例系數(shù)為法拉第常數(shù)F。即Q=nF。A正確描述了法拉第定律的核心內(nèi)容。B描述的是電極反應速率與電位的關(guān)系，與法拉第定律無關(guān)。C描述的是產(chǎn)物與時間的線性關(guān)系，不一定成立。D描述的是電動勢與電量的關(guān)系，不是法拉第定律的內(nèi)容。10.電化學分析方法廣泛應用于多個領(lǐng)域。A環(huán)境監(jiān)測中用于檢測水體和空氣中的污染物（如重金屬、農(nóng)藥、氨氮等）。B生物分析中用于檢測生物體內(nèi)的電活性物質(zhì)（如神經(jīng)遞質(zhì)、激素、酶活性等）。C材料科學中用于研究材料的電化學性能、腐蝕行為等。D食品安全中用于檢測食品添加劑、非法添加物等。A、B、C、D均是電化學分析的應用領(lǐng)域。二、填空題1.電位2.標準狀態(tài)(或298.15K,或1mol/L,1atm)3.遞變4.電極電位(或電池電動勢)5.指示電極6.敏感膜(或電極材料)7.溶度積(或相對電導率)8.電極電位(或電壓)9.懸滴汞電極(或碳極、鉑極-指明一種即可)10.操作簡便解析：1.電化學分析利用電極電位的變化或電流的變化來測量物質(zhì)的含量。電位是電化學分析的核心參數(shù)。2.標準電極電位是指電極在標準狀態(tài)（通常指25℃，離子活度為1mol/L，氣體分壓為1atm，對于固體和純液體為純凈物）下的電極電位。3.循環(huán)伏安法通過循環(huán)掃描電極電位，研究電極過程的動力學和機理。關(guān)鍵參數(shù)包括掃描方向、掃描速率、起始電位和終點電位/停留時間。電極電位是隨掃描過程遞變的。4.電位分析法通過測量電池電動勢，建立該電動勢與待測離子活度（或濃度）之間的定量關(guān)系，從而進行定量分析。5.離子選擇性電極是一種電化學傳感器，它對溶液中特定離子的活度變化有選擇性響應，相當于電池中的指示電極部分。6.電化學傳感器通常由兩部分組成：一是對目標分析物具有選擇性響應的敏感膜（或稱電極材料），二是將電位或電流信號轉(zhuǎn)換成可測量電壓信號的轉(zhuǎn)換器（通常包括參比電極和內(nèi)阻很小的電極）。7.電導分析法測量的是溶液的導電能力，即電導率。溶液電導與溶液中離子的總濃度和離子的遷移率有關(guān)。在特定條件下（如強電解質(zhì)稀溶液或已知離子類型），電導率與離子總濃度近似成正比。這個比例常數(shù)有時被稱為摩爾電導率（Λ_m）的倒數(shù)或相對電導率，但更準確地說，測量的是電導值本身，它間接反映了濃度。若題目意在考察比例常數(shù)，則應指明是摩爾電導率或特定條件下的比例系數(shù)。此處按最直接的測量結(jié)果填寫“電導”。8.庫侖分析法基于法拉第定律，通過測量電極上發(fā)生反應所轉(zhuǎn)移的電荷量來進行定量分析?？刂齐娏鲙靵龇治鍪强刂仆ㄟ^電解池的電流恒定，測量達到滴定終點所需的時間。恒電位庫侖分析是控制電極電位恒定（或接近恒定），測量達到滴定終點所需的電荷量。兩者的關(guān)鍵區(qū)別在于對滴定過程中電極電位（或電流）的控制方式不同。9.極譜分析是伏安分析的一種特殊形式，通常在滴汞電極（DME）上進行。常用的工作電極包括滴汞電極、汞膜電極、碳極、鉑絲等。懸滴汞電極是極譜分析中最經(jīng)典的電極類型。10.電化學分析方法相比其他分析手段，具有靈敏度高、選擇性好、分析速度快、操作相對簡便等優(yōu)點。三、簡答題1.簡述能斯特方程的適用條件。答：能斯特方程適用于可逆電化學過程。具體條件包括：(1)電極反應必須是可逆的。(2)電極反應達到平衡或接近平衡狀態(tài)。(3)測量時電極電位的變化范圍不大，保證電極反應速率足夠快，處于擴散控制或準平衡狀態(tài)。(4)溶液中參與電極反應的各種物質(zhì)（離子活度、氣體分壓等）及其活度系數(shù)為已知。(5)溫度恒定。2.比較直接電位法與電位滴定的異同點。答：相同點：(1)都屬于電位分析法，基于測量測量電池的電動勢。(2)都利用能斯特方程建立待測離子活度（或濃度）與電極電位之間的關(guān)系。(3)都需要使用參比電極和指示電極構(gòu)成測量電池。(4)都可以通過作圖法（如標準曲線法或Gran作圖法）進行定量分析。不同點：(1)直接電位法：直接測量待測離子活度（或濃度）引起的指示電極電位變化，通過該電位值在標準曲線上查得或通過計算得到濃度。不需要加入滴定劑。(2)電位滴定：通過逐滴加入已知濃度的滴定劑，測量滴定過程中指示電極電位的變化，以確定滴定終點，從而計算待測物質(zhì)的含量。需要加入滴定劑并監(jiān)測電位變化。3.簡述提高伏安分析靈敏度的常用方法。答：提高伏安分析靈敏度的常用方法包括：(1)提高電極電位掃描速率：在一定的范圍內(nèi)，提高掃描速率可以增大電流響應，從而提高靈敏度，尤其對于快速可逆過程。但掃描速率過快可能導致峰形展寬、峰電流下降甚至產(chǎn)生副反應。(2)使用大過電位進行測量：增大過電位可以使電極過程更接近可逆，有時能提高峰電流。(3)使用微分脈沖伏安法（DPV）或方波伏安法（SWV）：這些脈沖或方波技術(shù)能有效抑制背景電流（如充電電流、擴散電流的交流分量），提高信噪比，從而提高靈敏度。(4)優(yōu)化電極材料和表面：選擇更敏感的電極材料，或通過修飾電極表面（如化學修飾）來增加電極與待測物的相互作用，提高響應信號。(5)選擇合適的支持電解質(zhì)：高濃度的支持電解質(zhì)可以降低溶液電阻，提高信噪比，并增加離子強度，影響活度系數(shù)，從而可能影響峰電流。4.解釋什么是電化學傳感器，并列舉其至少兩種類型。答：電化學傳感器是一種將目標分析物（通常是特定離子或分子）的濃度或存在信息轉(zhuǎn)化為可測量電信號（如電位、電流、電導等）的裝置。它通常由三個部分組成：一是對目標分析物具有選擇性響應的敏感元件（如離子選擇性電極、酶膜等）；二是將電信號轉(zhuǎn)換成可輸出信號的轉(zhuǎn)換器（如電極、場效應晶體管等）；三是信號處理系統(tǒng)（如放大器、顯示器等），用于輸出測量結(jié)果。類型舉例：(1)離子選擇性電極（ISE）：對特定離子具有選擇性響應的電極，如氯離子選擇性電極、鈉離子選擇性電極等。(2)氧化還原酶傳感器：利用酶催化特定底物的氧化還原反應，通過測量反應產(chǎn)生的電流或電位變化來檢測底物或產(chǎn)物濃度。(3)燃料電池傳感器：利用燃料在電極上的氧化還原反應產(chǎn)生電流，用于檢測燃料氣體（如氫氣、甲烷）濃度。(4)安培傳感器：測量與目標分析物濃度相關(guān)的電流信號，如用于葡萄糖檢測的葡萄糖氧化酶安培傳感器。四、計算題1.某金屬離子M+2的電極反應為Mn++ne-=M。已知該電極在25℃時的標準電極電位E°=0.34V，當溶液中M+2的活度為0.001mol/L時，計算該電極的實際電位(設活度系數(shù)γ=0.89)。解：根據(jù)能斯特方程，25℃時：E=E°-(0.05916/n)*log(a_M+2)E=0.34V-(0.05916/n)*log(0.001)E=0.34V-(0.05916/n)*(-3*log(10))E=0.34V+(0.05916*3/n)VE=0.34V+(0.17748/n)V實際電位E取決于n的值。若n=2：E=0.34V+(0.17748/2)VE=0.34V+0.08874VE=0.42874V≈0.429V若n=1：E=0.34V+(0.17748/1)VE=0.34V+0.17748VE=