2022新電化學(xué)08級考卷及答案

廈門大學(xué)《物理化學(xué)（二）》課程試卷化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)系2008年級化學(xué)、化生專業(yè)主考教師：毛秉偉方智敏試卷類型:（A卷）2011.1.13一、填空題（共10題30分，每題3分）1、原電池內(nèi)部由輸送電荷，外線路上 （注：填入何種荷電子及其流動方向），在電極/溶液界面上荷電粒子通過_實現(xiàn)轉(zhuǎn)移。2、BaSO4的電化學(xué)基本量形式為 ；若離子平均活度為a、離子的化學(xué)勢為四十、日）則電解質(zhì)的活度a為，化學(xué)勢四為±。3、強電解質(zhì)溶液中離子的相互作用主要是；Deby-Huckle強電解質(zhì)溶液理論的極限定律適用條件為 ；在濃度皆為0.01mol.kg-i的三種電解質(zhì)溶液（LiCl，CaCl2,CuSO4）,具有最大離子平均活度系數(shù)y土的為。4、在10cm31mol.dm-3HCl溶液中加入10cm3水，其電導(dǎo)率變化將是 ,其摩爾電導(dǎo)率變化將是；該電解質(zhì)溶液具有較大遷移數(shù)的離子是。5、以銀為電極通電于氰化銀鉀（KCN+AgCN）溶液時，銀在陰極上沉積。每通過1mol電子的電量，陰極失去1.40molAg+和0.8mol的CN-,得至【」0.6mol的K+。該氰化銀鉀配合物的化學(xué)式為,正離子的遷移數(shù)為，負(fù)離子的遷移數(shù)為。6、在電化學(xué)研究中，可以通過,和分別減小電化學(xué)極化、濃差極化和電阻極化；7、擴散和遷移的驅(qū)動力分別是和;考慮濃差時，溶液中加入大量惰性電解質(zhì)的目的是_。8、將反應(yīng)Cl-（%）-Cl-（a2）設(shè)計成電池的表示式為；負(fù)極反應(yīng)為，正極反應(yīng)為。Tafel方程的適用條件是和,且僅當(dāng)為速率控制步驟時，Tafel斜率含有對稱因子a或0。10、從能量的利用上看，超電勢的存在有其不利的方面，但超電勢的存在也有其有利的方面。試舉出二個利用超電勢的例子,二、簡述和作圖題（共6題36分，每題6分）試說明用基本量的極限摩爾電導(dǎo)率來比較不同電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)能力的意義。工業(yè)電解槽通常通過上安培的電流，可是離子在無限稀釋時其電遷移率（即淌度，U-）值的數(shù)量級為10-8~10-7（m2s-1V-1）,請說明應(yīng)在哪幾方面采取措施使這么小的數(shù)值能滿足那么大的電流輸導(dǎo)任務(wù)，其依據(jù)是什么？3、Nernst方程可以表示為：e=RT-inKOrzFQa請說明Kae和Qa的含義，并指出何時二者相等。4、試比較電極反應(yīng)的電流密度力交換電流密度j0和腐蝕電流密度的不同之處。5、已知電極（1）Pt|H2,H+,（2）Pt|Fe3+,Fe2+,和（3）Pb|H2,H+的交換電流密度j0分別為：（1）0.79mA.cm-2；（2）2.5mA.cm-2；（3）5.0x10-9mA?cm-2。簡要分析這些信息對電化學(xué)研究和測量有什么指導(dǎo)意義。6、請在下面給出的同一坐標(biāo)上粗略畫出（a）、（b）條件下的二條極化曲線（忽略濃差極化和電阻極化） （a）j0大,a=0.25,（b）j0小,a=0.75三、計算和推導(dǎo)題（共4題34分）（8分）298K時0.0100mol-dm-3KCl溶液電導(dǎo)率為0.1409S-m-i,注入電導(dǎo)池測得電阻為300.0Q,換測0.0100mol-dm-3HAc溶液電阻為2593Q。已知Ac-遷移數(shù)為0.100,求Ac-摩爾電導(dǎo)率和H+摩爾電導(dǎo)率。（10分）298K時電解1kg水含48.34mmolCuSO4的溶液后，陽極含25.00g水和1.400mmolCuSO4。銀電量計沉積了0.725mmolAg。計算Cu2+和SO42-的遷移數(shù)。（10分）298K時用Zn陰極電解0.1mol?kg』ZnSO4溶液，pH=7,設(shè)活度系數(shù)均為1,要使H2不和鋅同時析出，應(yīng)如何控制電流密度？已知S（Zn2+IZn）=-0.7628V,鋅電極上析氫Tafel公式為n=-1.24-0.118lg[ljl/A-cm-2]。（6分）試從過渡態(tài)理論推導(dǎo)陽極高超電勢的Tafel公式。物理化學(xué)(二)試卷答案08級一、填空題(共10題30分，每題3分)1、離子，電子從負(fù)極流向正極，電極反應(yīng)。2、1/2BaSO4,a二a±2,-巴+人。3、靜電相互作用，稀溶液，LiCl。4、電導(dǎo)率減小，摩爾電導(dǎo)率增大，H+離子具有較大的遷移數(shù)。5、KAg(CN)2,正離子的遷移數(shù)為0.6，負(fù)離子的遷移數(shù)為0.4.6、電極電勢，攪拌，提高電解質(zhì)濃度/魯金毛細(xì)管。7、濃度梯度，電勢梯度，減小電活性物種的電遷移(或減小遷移流量)。8、電池表示式:(-)Pt|Cl2(p。),Cl-(a1)||Cl-a),Cl2(p。)|Pt(+)或(一)AglAgCl(s)lCl-(a1)||Cl-(a2)AgCl(s)IAg(+) 正極反應(yīng)： Cl2(p。)+e=2Cl-(a2)負(fù)極反應(yīng)：2Cl-(a1)-e=Cl2(p。)9、電化學(xué)控制，高超電勢，電荷傳遞。10、平衡電位較氫析出電位負(fù)的金屬電沉積，減小金屬腐蝕電流。二、簡述和作圖題(共6題36分，每題6分)1、答：(1)電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電能力與離子的數(shù)目、荷電數(shù)和離子間相互作用力有關(guān)，(2)而數(shù)目、荷電數(shù)和離子間相互作用與離子的價態(tài)和濃度有關(guān)，(3)為了合理比較電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電能力，應(yīng)該將導(dǎo)電粒子的數(shù)目和荷電數(shù)及作用力歸一化，(4)而極限摩爾電導(dǎo)率為含1摩爾無限稀的電解質(zhì)溶液，此時，離子的數(shù)目確定，作用力確定(-0)，因此可用于公平地比較和討論電解質(zhì)溶液地導(dǎo)電能力。(答對(1)、(2)每點得1分，答對(3)、(4)每一點得2分，全部答對得6分)2、答：(1)(3分)電解質(zhì)溶液正負(fù)離子的載流量為, VV，I=(U+U)—AacF+ -li(2)從式中可知，其大小不僅與離子淌度有關(guān)，而且與電場強度、電極面積和溶液濃度有關(guān)，可從增大電場電場強度、電極面積和溶液濃度三方面采取措施，使其滿足所需的電流輸導(dǎo)任務(wù)。(3分)3、答：Kj為電池反應(yīng)的平衡常數(shù)，(2分)Qa為帶有密指數(shù)的產(chǎn)物濃度積與反應(yīng)物濃度積之比,(2分)化學(xué)平衡時，二者的數(shù)值相等。(2分)4、答:(1)電極反應(yīng)的電流密度j是凈電流密度，實驗上可以直接測量，理論上可以通過B-V方程或Tafel公式計算；(2分)(2)交換電流密度/0是平衡電位下，正向分過程和負(fù)向分過程的電流密度，實驗上無法直接測量，但可以通過對j和"作圖并外推到"=0獲得；(2分)(3)腐電流則是指原電池工作時的短路電流，實驗上無法直接測量，理論上可以通過分析陰極和陽極的極化曲線估算。(2分)5、答:電極1(Pt)和電極3(Pb)上發(fā)生氫析出反應(yīng)，但電極1的交換電流密度較電極3大約8個數(shù)量極，而電極2的交換電流密度最大，說明Pt對氫析出反應(yīng)有較好的催化活性，實際應(yīng)用中應(yīng)該選擇Pt作為氫氣析出反應(yīng)的電極材料；(2分)Pb對氫析出反應(yīng)產(chǎn)生不利，其上發(fā)生的氫析出反應(yīng)具有較大的超電勢，有利于研究平衡電位較氫析出平衡電位負(fù)的電極反應(yīng)；(2分)當(dāng)考慮選擇參考電極時，理論上將電極2應(yīng)該作為首選。(2分)。三、計算和推導(dǎo)題(共4題34分)(8分)解：K=K(KCl)R(KCl)=0.1409x300.0=42.27m-1k(HAc)=K/R(HAc)=42.27/2593=1.63x10-2m-1 2分Am(HAc)=k(HAc)/c(HAc)=1.63x10-2/(0.0100x103)=1.630x10-3S-m2mol-1A^(Ac-)=Am(HAc)t(Ac-)=1.630x10-3x0.100=1.630x10-4S-m2mol-1A：(H+)=Am(HAc)-Am(Ac-)=1.63x10-3-1.630x10-4=1.467x10-3S-m2mol-1 6(10分)解法1：陽極1/2Cuf1/2Cu2++e(陽極區(qū)Cu2+:n后=n前-n遷出+n電生，n為1/2Cu2+的物質(zhì)的量)設(shè)電解前后陽極區(qū)水的質(zhì)量不變，n前=2n(前CuSO4)/n(前水)xn(陽水)=2x48.34/1000x25.00=2.417mmol3n遷=n電+n前-n后=0.725+2.417-2x1.400=0.342mmol 3t(Cu2+)=n遷/n電=0.342/0.725=0.472t(SO42-)=1-t(Cu2+)=1-0.472=0.528 4(10分)解法2：(陽極區(qū)SO42-:n后=n前+n遷入，n為1/2SO42-的物質(zhì)的量)設(shè)電解前后陽極區(qū)水的質(zhì)量不變，n前=2n(前CuSO4)/n(前水)xn(陽水)=2x48.34/1000x25.00=2.417mmol 3n遷=n后-n前=2x1.400-2.417=0.383mmol 3t(SO42-)=n遷/n電=0.383/0.725=0.528t(Cu2+)=1-t(SO42-)=1-0.528=0.472 4(10分)解：陰極Zn2+(a+)+2e-fZn(s),2H+(a+)+2e-fH2(pe)cp(Zn2+IZn)=cpe(Zn2+IZn)+RT/zFlna(Zn2+)=-0.7628+0.05916/2IgO.l二-0.7924V3cp(H+IH2)=-0.05916pH+r|(H2)=-0.05916x7-1.24-0.118Iglj\=-1.654-0.118Iglj\3要使H2不和鋅同時析出，應(yīng)控制中舊+1凡)vcp(Zn2+IZn)-1.654-0.118lgljl<-0.7924Ij\>4.99x10-8A-cm-2j<-4.99x10-8A-c