2025年電解與極化作用試卷一及答案一、單項選擇題（每題3分，共24分）1.電解池中實際分解電壓與理論分解電壓的主要差異源于（）A.溶液電阻引起的IR降B.電極表面的極化現(xiàn)象C.離子遷移速率的限制D.電解質(zhì)濃度的不均勻2.下列關(guān)于超電勢的描述中，錯誤的是（）A.超電勢η=φ（實際）-φ（平衡）（陽極取正，陰極取負(fù)）B.氫在汞電極上的超電勢遠(yuǎn)高于在鉑電極上的超電勢C.增大電極表面粗糙度可降低電化學(xué)極化超電勢D.濃差極化超電勢隨攪拌強度增大而減小3.25℃時電解1mol·dm?3ZnCl?溶液（pH=4），若陰極僅析出Zn，需滿足的條件是（已知φ°(Zn2?/Zn)=-0.762V，φ°(H?/H?)=0V，η(H?,陰極)=0.6V，忽略液接電勢和IR降）（）A.φ(Zn2?/Zn)>φ(H?/H?,實際)B.φ(Zn2?/Zn,平衡)>φ(H?/H?,平衡)C.φ(Zn2?/Zn,實際)>φ(H?/H?,實際)D.φ(Zn2?/Zn,實際)<φ(H?/H?,實際)4.電解NaCl水溶液時，陽極優(yōu)先析出Cl?而非O?的主要原因是（）A.Cl?濃度高于OH?濃度B.O?在陽極的超電勢遠(yuǎn)大于Cl?的超電勢C.φ°(Cl?/Cl?)<φ°(O?/OH?)D.溶液pH影響O?的析出電勢5.關(guān)于極化曲線的描述，正確的是（）A.陽極極化曲線隨電流密度增大而電勢降低B.陰極極化曲線隨電流密度增大而電勢升高C.實際分解電壓對應(yīng)兩電極極化曲線的交點電勢差D.平衡電勢差等于兩電極平衡電勢的代數(shù)和6.法拉第電解定律的適用條件是（）A.僅適用于可逆電解過程B.僅適用于不可逆電解過程C.與電解過程的可逆性無關(guān)D.僅適用于水溶液體系7.下列措施中，不能有效降低濃差極化的是（）A.升高電解液溫度B.增大電極表面積C.加強溶液攪拌D.降低電流密度8.電解精煉銅時，陽極溶解的雜質(zhì)金屬中，優(yōu)先于Cu溶解的是（已知φ°(Ni2?/Ni)=-0.25V，φ°(Ag?/Ag)=0.80V，φ°(Cu2?/Cu)=0.34V）（）A.NiB.AgC.兩者均優(yōu)先D.兩者均不優(yōu)先二、填空題（每空2分，共20分）1.極化作用導(dǎo)致陽極的實際電勢比平衡電勢______（填“高”或“低”），陰極的實際電勢比平衡電勢______（填“高”或“低”）。2.超電勢的主要類型包括______極化超電勢和______極化超電勢，其中前者與電極反應(yīng)的動力學(xué)阻力相關(guān)，后者與離子擴散速率相關(guān)。3.實際分解電壓的計算公式為V分解=______+η陽+η陰+IR，其中η陽為陽極超電勢（取正值），η陰為陰極超電勢（取絕對值）。4.電解CuSO4溶液時，若陽極材料為Pt，則陽極反應(yīng)為______；若陽極材料為Cu，則陽極反應(yīng)為______。5.根據(jù)法拉第定律，通過1F電量（96485C）時，可析出______mol的Cu（Cu2?+2e?→Cu）或______mol的H?（2H?+2e?→H?）。三、簡答題（每題8分，共32分）1.簡述濃差極化與電化學(xué)極化的產(chǎn)生原因及主要區(qū)別。2.超電勢對電解過程的影響具有兩面性，請舉例說明其有利和不利之處。3.如何通過實驗測定電極的極化曲線？需控制哪些關(guān)鍵實驗條件？4.電解NaCl水溶液時，若陰極采用汞電極（氫超電勢高），陽極采用石墨電極（氯超電勢低），分析可能的電解產(chǎn)物及原因。四、計算題（每題11分，共44分）1.25℃時，電解0.1mol·dm?3CuSO4溶液（pH=3），已知φ°(Cu2?/Cu)=0.34V，φ°(O?/H?O)=1.23V，η(O?,陽極)=0.45V，η(H?,陰極)=0.50V（假設(shè)Cu析出無超電勢），溶液電阻R=0.5Ω，電流密度j=0.1A·cm?2，電極面積A=100cm2。計算：（1）陰極的平衡電勢φ(Cu2?/Cu,平衡)；（2）陽極的平衡電勢φ(O?/H?O,平衡)；（3）實際分解電壓V分解（忽略液接電勢）。2.以Pt為電極電解1mol·dm?3ZnSO4溶液（pH=5），已知φ°(Zn2?/Zn)=-0.762V，φ°(H?/H?)=0V，η(Zn,陰極)=0.10V（還原超電勢，取負(fù)值），η(H?,陰極)=0.70V，溶液中Zn2?活度系數(shù)γ=0.85。判斷陰極優(yōu)先析出Zn還是H?（需計算兩者的實際析出電勢）。3.用0.5A的電流電解AgNO3溶液，通電2小時后，陰極析出Ag的質(zhì)量為多少？若同時電解CuSO4溶液（電流相同，時間相同），陰極析出Cu的質(zhì)量是Ag的多少倍？（M(Ag)=107.87g·mol?1，M(Cu)=63.55g·mol?1，F(xiàn)=96485C·mol?1）4.某電解池在電流密度j=100mA·cm?2時，陽極超電勢η陽=0.3V，陰極超電勢η陰=0.2V，溶液電阻R=0.2Ω，電極面積A=50cm2。若理論分解電壓V理論=1.5V，計算實際需要的外加電壓V外，并說明各部分電壓的分配比例。答案一、單項選擇題1.B2.C3.A4.B5.C6.C7.B8.A二、填空題1.高；低2.電化學(xué)；濃差3.V理論（或平衡電勢差）4.2H?O→O?↑+4H?+4e?；Cu→Cu2?+2e?5.0.5；1三、簡答題1.濃差極化由電極表面與溶液本體的離子濃度差異引起（如陰極附近陽離子被還原，濃度降低，需擴散補充），特征是可通過攪拌或升高溫度減弱；電化學(xué)極化由電極反應(yīng)的動力學(xué)阻力（如電子轉(zhuǎn)移步驟慢）引起，特征是與電極材料、表面狀態(tài)密切相關(guān)，降低電流密度可減弱。2.不利：超電勢增大實際分解電壓，增加能耗（如電解水制氫時，高氫超電勢需更高電壓）；有利：利用超電勢實現(xiàn)選擇性電解（如電解Zn2?溶液時，氫超電勢高可抑制H?析出，確保Zn優(yōu)先沉積）。3.實驗方法：控制電流密度（恒電流法）或電勢（恒電勢法），測量對應(yīng)的電極電勢（相對于參比電極）。關(guān)鍵條件：保持溫度恒定、溶液均勻（避免濃差極化干擾）、使用魯金毛細(xì)管減小IR降、選擇合適的參比電極（如甘汞電極）。4.陰極：Hg電極氫超電勢高，H?還原電勢顯著降低（φ(H?/H?,實際)=φ(平衡)-η≈(0-0.059×5)-0.7≈-0.995V），而Zn2?還原電勢（假設(shè)無Zn時）更低，但NaCl溶液中主要陽離子為Na?（φ°=-2.71V），故陰極可能析出Hg-Na合金（鈉汞齊）；陽極：Cl?濃度高且Cl?超電勢低，優(yōu)先于O?析出（φ(Cl?/Cl?,實際)=φ°(Cl?/Cl?)-0.059lg(1/[Cl?])+η≈1.36-0+0.1=1.46V，而O?析出電勢≈1.23+0.45=1.68V），故陽極產(chǎn)物為Cl?。四、計算題1.（1）φ(Cu2?/Cu,平衡)=φ°+0.059/2lg[Cu2?]=0.34+0.0295×lg0.1=0.34-0.0295=0.3105V（2）φ(O?/H?O,平衡)=φ°+0.059/4lg([H?]^4p(O?)/p°)（p(O?)=1atm）=1.23+0.059×lg(10?3)=1.23-0.177=1.053V（3）IR=j×A×R=0.1A·cm?2×100cm2×0.5Ω=5V（注意單位轉(zhuǎn)換：j=0.1A·cm?2=1000A·m?2，A=0.01m2，I=j×A=10A，IR=10A×0.5Ω=5V）V分解=（φ陽,實際-φ陰,實際）+IR=（φ陽,平衡+η陽）-（φ陰,平衡-η陰）+IR（注：陰極超電勢η陰=φ平衡-φ實際，故φ實際=φ平衡-η陰）此處Cu析出無超電勢，η陰=0，故φ陰,實際=0.3105V；φ陽,實際=1.053+0.45=1.503VV分解=(1.503-0.3105)+5=1.1925+5=6.1925V（約6.19V）2.φ(Zn2?/Zn,實際)=φ°+0.059/2lg(a(Zn2?))+η(Zn)（η為還原超電勢，取負(fù)值）a(Zn2?)=γ×c=0.85×1=0.85φ(Zn,實際)=-0.762+0.0295×lg0.85-0.10≈-0.762-0.0023-0.10=-0.8643Vφ(H?/H?,實際)=φ°+0.059lg[H?]-η(H?)=0+0.059×(-5)-0.70=-0.295-0.70=-0.995V因φ(Zn,實際)>φ(H?,實際)（-0.8643V>-0.995V），故Zn優(yōu)先析出。3.Q=I×t=0.5A×2×3600s=3600Cn(Ag)=Q/(zF)=3600/(1×96485)≈0.0373molm(Ag)=n×M=0.0373×107.87≈4.02g電解CuSO4時，z=2，n(Cu)=Q/(2F)=3600/(2×96485)=0.01865mol