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电化学原理思考题答案

考试时间:______分钟总分:______分姓名:______

一、

简述法拉第定律的内容及其在电化学中的意义。请分别说明在原电池和电解池中,电极质量的变化与通过电解池的电量之间的关系。

二、

解释什么是标准电极电势。它的大小主要取决于哪些因素?请说明标准电极电势的数值可以用来判断哪些方面的电化学性质?

三、

根据能斯特方程,推导出浓度对电极电势影响的公式。请解释公式中各项的意义,并说明当反应物或产物浓度发生变化时,电极电势是增大还是减小?请举例说明。

四、

将下列反应设计成原电池:

Zn+CuSO?→ZnSO?+Cu

请写出该原电池的电极反应式和总反应式。标明正负极,并说明判断依据。计算该原电池的标准电动势(假设已知Zn2?/Zn=-0.76V,Cu2?/Cu=+0.34V)。

五、

简述电解池的工作原理。在电解饱和食盐水时,若以石墨作阳极,以铁作阴极,分别写出阳极和阴极的电极反应式。说明电解过程中观察到的现象以及产物是什么。

六、

什么是电化学腐蚀?简述金属发生电化学腐蚀的一般过程。请区分析氢腐蚀和吸氧腐蚀的条件,并简述牺牲阳极阴极保护法的原理。

七、

已知下列电极反应的标准电极电势:

A:MnO??+8H?+5e?→Mn2?+4H?O;E?=+1.51V

B:Cr?O?2?+14H?+6e?→2Cr3?+7H?O;E?=+1.33V

C:Br?+2e?→2Br?;E?=+1.07V

D:F?+2e?→2F?;E?=+2.87V

请根据标准电极电势判断在酸性溶液中,当向含有上述离子的溶液中通入直流电时,首先在阳极被氧化的物质是什么?在阴极被还原的物质是什么?请简要说明理由。

八、

解释什么是电解质的活度(a)。它与溶液浓度(c)之间有什么关系?为什么在电化学中通常使用活度代替浓度来计算电极电势?在非理想浓溶液中,活度系数(γ)会受到哪些因素的影响?

九、

有一种化学电源叫做燃料电池,它可以直接将燃料的化学能转化为电能。请简述燃料电池的基本工作原理。与普通电池相比,燃料电池有哪些优点?请举例说明一种常见的燃料电池类型及其应用。

试卷答案

一、

法拉第定律指出,在电极反应中,通过电解质的电量与电极上发生反应的物质的质量(或摩尔数)成正比。其比例常数即为法拉第常数(F),约为96485库仑/摩尔。该定律是电化学的基础,它确立了电量和物质变化之间的定量关系。

在原电池中,负极发生氧化反应,质量减少;正极发生还原反应,质量增加。通过原电池的总电量与电极质量的变化量成正比。

在电解池中,阳极发生氧化反应,质量减少;阴极发生还原反应,质量增加。通过电解池的总电量与电极质量的变化量成正比。

二、

标准电极电势(E?)是指在标准状态下(所有参与反应物质的活度均为1mol/L,压力为100kPa,温度通常为298.15K),电化学电池的电极电势。它的大小主要取决于电极反应本身的性质,即反应物和产物物种的内在稳定性。根据能斯特方程,标准电极电势是决定电极电势大小的基础,可以用来判断氧化还原反应的方向、平衡常数的大小以及电极材料的相对还原能力或氧化能力。

三、

能斯特方程的标准形式为:E=E?-(RT/nF)*ln(Q)

其中:

E是非标准状态下的电极电势;

E?是标准电极电势;

R是气体常数;

T是绝对温度;

n是电极反应中转移的电子数;

F是法拉第常数;

Q是反应商,其表达式为反应物活度(或浓度)幂次方之积除以产物活度(或浓度)幂次方之积。

当反应物浓度增大或产物浓度减小时,反应商Q减小,ln(Q)为负值,因此电极电势E将增大(相对于标准电极电势E?)。

反之,当反应物浓度减小或产物浓度增大时,Q增大,ln(Q)为正值,电极电势E将减小。

例如,对于反应Cu2?+2e?→Cu,若Cu2?浓度增大,则E增大,铜的还原性相对增强。

四、

将Zn+CuSO?→ZnSO?+Cu设计成原电池:

负极(氧化反应,发生失电子):Zn→Zn2?+2e?

正极(还原反应,发生得电子):Cu2?+2e?→Cu

总反应式:Zn+Cu2?→Zn2?+Cu

判断依据:根据金属活动性顺序,锌比铜活泼,锌更容易失电子作为负极,铜离子更容易得电子作为正极。

标准电动势E?=E?(正极)-E?(负极)=E?(Cu2?/Cu)-E?(Zn2?/Zn)

E?=+0.34V-(-0.76V)=+1.10V

五、

电解池是在外接直流电源作用下,将电能转化为化学能的装置。其工作原理是:电源的正极连接电解池的阳极,负极连接电解池的阴极

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