《物理化学》高等教育出版第五版第十一章电 极 极 化.docx

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《物理化学》高等教育出版第五版第十一章电极极化

第十一章电极极化

一、判断题：

1．用Pt电极电解CuCl2水溶液，阳极上放出Cl2。

2．电化学中用电流密度i来表示电极反应速率。

3．分解电压就是能够使电解质在两极上持续不断进行分解所需要的最小外加电压。

4．凡是可以阻止局部电池放电，降低腐蚀电流的因素都能使腐蚀加剧。

5．测量阳极过电位用恒电流法。

6．恒电流法采用三电极体系。

7．交换电流密度越大的电极，可逆性越好。

8．用Pt电极电解CuSO4水溶液时，溶液的pH值升高。

9．极化和过电位是同一个概念。

10．双电层方程式不适用有特性吸附的体系。

11．实际电解时，在阴极上首先发生还原作用的是按能斯特方程计算的还原电势最大者。

二、单选题：

1．298K，pө下，试图电解HCl溶液（a=1）制备H2和Cl2，若以Pt作电极，当电极上

有气泡产生时，外加电压与电极电位关系：

（A）V（外）=φө（Cl2/Cl－）-φө（H+/H2）；

（B）V（外）>φө（Cl2/Cl－）-φө（H+/H2）；

（C）V（外）≥φ（Cl2,析）-φ（H2,析）；

（D）V（外）≥φ（Cl2/Cl－）-φ（H+/H2）。

2．25℃时，用Pt作电极电解a（H+）=1的H2SO4溶液，当i=52×10－4A·cm－2时，

=0，

=0.487V.已知φө（O2/H2O）=1.229V，那么分解电压是：

（A）0.742V；（B）1.315V；

（C）1.216V；（D）1.716V。

3．下列两图的四条极化曲线中分别代表原电池的阴

极极化曲线和电解池的阳极极化曲线的是：

（A）1、4；

（B）1、3；

（C）2、3；

（D）2、4。

4．已知反应H2（g）+½O2（g）－→H2O（l）的

=-237.19kJ·mol－1，则在25℃时极稀

硫酸的分解电压（V）为：

（A）V＝2.458；（B）V＝1.229；

（C）V>2.458；（D）V>1.229。

5．电池在下列三种情况下放电，电压分别为：

（a）电流i→0，（V0）；（b）一定大小电

流，（Vi）；（c）短路i→∞，（V∞）。

这三种电压的关系：

（A）V0Vi>V∞；

（C）V0=ViV∞。

6．电极极化时，随着电流密度由小到大增加，说法

（1）：

正极电位越来越大，负极的

电位越来越小；说法

（2）：

阳极电位越来越正，阴极电位越来越负。

分析以上两种

说法时，以下解释中不正确的是：

（A）无论对原电池或电解池，说法

（2）都正确；

（B）对电解池，说法

（1）与

（2）都正确；

（C）对原电池，说法

（1）与

（2）都正确；

（D）对原电池，说法

（2）正确。

7．电解池的实际分解电压V（分）与原电池的输出电压V（输），随着电流密度由小到

大增加时，将：

（A）V（分）递增，V（输）递减；

（B）V（分）递减，V（输）递增；

（C）V（分）、V（输）递增；

（D）V（分）、V（输）递减。

8．在极化曲线的测定中，参比电极的作用是：

（A）与待测电极构成闭合回路，使电流通过电解池；

（B）作为理想的极化电极；

（C）具有较小的交换电流密度和良好的电势稳定性；

（D）近似为理想不极化电极，与被测电极构成原电池。

9．Tafel公式η=a+blgi中，i的物理意义是：

（A）交换电流密度；

（B）极限电流密度；

（C）电极表面在还原方向的电流密度；

（D）电极与溶液界面上的净电流密度。

10．分别用

（1）铂黑电极，

（2）光亮铂电极，（3）铁电极，（4）汞电极，电解硫酸溶液，若电

极极片的大小和外加电压相同，则反应速度次序是：

（A）（4）>（3）>

（2）>

（1）；（B）

（2）>

（1）>（3）>（4）；

（C）

（1）>

（2）>（3）>（4）；（D）（4）>

（2）>（3）>

（1）。

11．在电解硝酸银溶液，随着通过的电流加大，那么：

（A）阴极的电势向负方向变化；（B）阴极附近银离子浓度增加；

（C）电解池电阻减小；（D）两极之间的电势差减少。

12．当原电池放电，在外电路中有电流通过时，其电极电势的变化规律是：

（A）负极电势高于正极电势；

（B）阳极电势高于阴极电势；

（C）正极可逆电势比不可逆电势更正；

（D）阴极不可逆电势比可逆电势更正。

13．电极电势φ的改变可以改变电极反应的速度，其直接的原因是改变了：

（A）电极反应的活化能；

（B）电极过程的超电势；

（C）电极与溶液界面双电层的厚度；

（D）溶液的电阻。

14．氢超电势（η）与电流密度（j）之间的塔菲尔经验式η=a+blnj只适用于：

（A）氢气或氧气析出的电化学极化过程；

（B）有气体析出的电解过程；

（C）电化学步骤是电极反应的控制步骤的过程；

（D）浓差步骤是电极反应的控制步骤的过程。

15．阴极电流密度与浓差超电势η的关系是：

16．对于活化过电势，下列叙述不正确的是：

（A）活化过电势的产生是当有电流通过时，由电化学反应进行的迟缓性所引起的；

（B）活化过电势随温度的升高而增大；

（C）活化过电势随电流密度的增大而增大；

（D）电解时阴极析出金属时活化过电势较小，有气体析出时活化过电势较大。

17．对于塔菲尔公式η=a+blgi，下列叙述不正确的是：

（A）适用于氢、氧等气体在金属电极（阴极和阳极）上的析出；

（B）a为单位电流密度的过电势，与电极材料有很大关系；

（C）对大多数金属来说，b=0.10～0.14V；

（D）气体析出的过电势与温度无关。

18．氢在金属Pb上析出反应的机理是：

（A）复合脱附机理；（B）电化脱附机理；

（C）迟缓放电机理；（D）以上三种机理都可能。

19．已知：

氢在某金属M上的交换电流密度i0=10－2A·cm－2，其过电位为0.004V，

那么

该过电位主要是：

（A）电阻过电位；（B）浓差过电位；

（C）电化学过电位；（D）活化过电位。

20．极谱分析的基本原理是利用在滴汞电极上：

（A）电阻小，电流密度大；（B）形成浓差极化；

（C）氢超电势大；（D）易生成汞齐。

21．用Pt电极电解CdSO4溶液时，决定在阴极上是否发生浓差极化的条件是：

（A）外加电压的大小；

（B）Cd2+从溶液本体迁移到电极附近的速率；

（C）氧气从SO42－溶液本体到电极附近的速率；

（D）OH－从电极附近扩散到本体溶液中的速率.

22．分别测量两节用过一些时候的干电池的电压，其起始电压都在1.1伏以上。

将此两

节电池放入一支完好的手电筒内，灯泡却不发亮，其最可能的原因是：

（A）电池电压降低；

（B）电筒电阻太大；

（C）电池内阻太大；

（D）电池内发生了严重的电化学反应。

23．对于浓差过电势，下列叙述不正确的是：

（A）浓差过电势的产生在于电极反应速率大于离子迁移速率；

（B）可用升温或搅拌的方法减小或消除浓差过电势；

（C）浓差过电势的大小与电流密度无关；

（D）浓差过电势的大小是电极极化程度的量度。

24．为了防止金属的腐蚀，在溶液中加入阳极缓蚀剂，其作用是：

（A）降低阳极极化程度；（B）增加阳极极化程度；

（C）降低阴极极化程度；（D）增加阴极极化程度。

25．碳钢（为阳极）在碳铵溶液中的腐蚀属于：

[已知：

φө（OH－,H2）=-0.828V，φө（OH,O2）=0.401V]

（A）析氢腐蚀；（B）化学腐蚀；

（C）吸氧腐蚀；（D）浓差腐蚀。

26．室温下，用铂作两极，电解1MNaOH溶液，阴极上发生的电极反应为：

（A）Na++e－→Na；（B）H2O+½O2+2e─→2OH－；

（C）2H2O+2e－→H2+2OH－；（D）2OH－－→H2O+½O2+2e。

27．已知：

φө（O2/OH－）=0.401V，φө（Cl2/Cl－）=1.358V，φө（Pb2+/Pb）=-0.126V，

φө（PbCl2/Pb,Cl－）=-0.262V。

当用两个Pb电极电解0.1mol·dm－3NaCl水溶液时，若

不考虑超电势的影响，则阳极反应为：

（A）Pb－→Pb2++2e；（B）Pb+2Cl－－→PbCl2+2e；

（C）2Cl－－→Cl2（g）+2e；（D）4OH－－→O2+2H2O（l）+4e。

28．Na+、H+的还原电势分别为-2.17V和-0.83V，但用Hg作阴极电解NaCl溶

液时，阴极产物是Na－Hg齐，这个现象的解释是：

（A）Na和Hg形成液体合金；

（B）还原电势预示Na更易析出；

（C）氢在汞电极上的超电势可能超过1.5V；

（D）上述原因都不是。

29．已知氢在铜上的析出超电势为0.23V，φө（Cu2+,Cu）=0.34V，电解0.1mol·dm－3的

CuSO4溶液，设H2SO4是二级电离，电极电势只有控制在大于下列哪个电势下，

氢就不会析出：

（A）+0.13V；（B）-0.23V；（C）+0.23V；（D）-0.27V。

30．已知φө（Ag+,Ag）=0.799V，φө（Pb2+,Pb）=-0.126V，在298K、pө下，电解含

Ag+、Pb2+活度各为1的溶液，当Pb2+离子开始析出时，Ag+的浓度是：

（A）10－7mol·dm－3；（B）1mol·dm－3；

（C）10－16mol·dm－3；（D）无法计算。

31．已知25℃时φө（Zn2+/Zn）=-0.763V，H2在Zn和光亮Pt上的超电压分别约为0.7V

和0.3V，若分别以Zn和光亮Pt为阴极电解1mol·kg－1ZnSO4溶液（设为中性），在阴

极上首先析出的物质将分别为：

（A）均为H2；（B）均为Zn；（C）Zn和H2；（D）H2和Zn。

32．燃烧电池的效率

，下列说法中错误的是：

（A）η小于1；（B）η可以大于1；（C）η等于1；（D）η不可能大于1。

三、多选题：

1．电解时理论分解电压V（理）、实际分解电压V（实）和电解产物构成的原电池电动势E

的关系应是：

（A）V（实）=E>V（理）；（B）V（理）>E>V（实）；（C）V（理）>V（实）>E；

（D）V（实）>E>V（理）；（E）V（实）>V（理）＝E。

2．浓差极化和电化学极化会造成：

（A）原电池负极电势升高，正极电势降低；

（B）原电池负极电势降低，正极电势升高；

（C）电解池负极电势升高，正极电势降低；

（D）电解池负极电势降低，正极电势升高；

（E）电解池阴极电势和阳极电势均升高。

3．用两个光滑铂电极电解下列溶液，分解电压大小相近的溶液是：

（A）H3PO4；（B）HCl；（C）NaOH；

（D）KI；（E）CuSO4。

4．以下列答案中的第一个物理量表示纵坐标，则下图中曲线可以表示：

（A）电解池阳极电流密度与电势的关系；

（B）电解池阴极电流密度与电势的关系；

（C）原电池正极电流密度与电势的关系；

（D）原电池负极电流密度与电势的关系；

（E）浓差过电势与电流密度的关系。

5．用Ag电解AgNO3溶液，当电解池中通过一定电流时，电极发生极化，此时：

（A）阴极的电极电势向负方向变化；

（B）阳极附近Ag+离子浓度减少；

（C）电解池电阻减小；

（D）阴极附近Ag+离子浓度减少；

（E）两极之间电势差减小。

6．关于原电池极化曲线特征的描述中正确的是：

（A）同一电流密度下，η-与η+相等；

（B）极化的结果，阴极电位更负，阳极电位更正；

（C）极化的结果，负极电位更负，正极电位更正；

（D）电流密度增大时，两电极的过电势也增大；

（E）随着过电位增大，端电压也增大。

7．电极电势变负时，可以：

（A）加快阳极氧化反应速率；（B）减慢氧化反应速率；

（C）加快还原反应速率；（D）减慢阴极还原反应速率；

（E）阴极阳极反应速率都加快。

8．通电于含有Fe2+、Ca2+、Zn2+、Cu2+的电解质溶液中，已知φө（Fe2+/Fe）=-0.4402V，

φө（Ca2+/Ca）=-2.866V，φө（Zn2+/Zn）=-0.7628V，φө（Cu2+/Cu）=0.337V,当不考虑过

电位时，用惰性电极电解时，阴极上金属析出的次序是：

（A）Cu→Fe→Zn→Ca；（B）Ca→Zn→Fe→Cu；

（C）Ca→Fe→Zn→Cu；（D）Ca→Cu→Zn→Fe；

（E）Fe→Ca→Zn→Cu。

9．用石墨阳极和铁阴极电解浓度为4.53mol·dm－3（活度系数为0.672）的NaCl溶液，

已知φө（O2）=0.401V，φө（Cl2）=1.36V，在电流密度为0.1A·cm－2时，η（Cl2）=0.20V，

η（O2）=0.80V，则有：

（A）φ（Cl2）+η（Cl2）<φ（O2）+η（O2）；（B）φ（Cl2）+η（Cl2）>φ（O2）+η（O2）；

（C）在阳极析出Cl2；（D）在阴极析出O2；

（E）在阳极析出H2。

10．要使A+与B+两种离子共同在阴极析出，形成合金镀层，其条件是：

（A）φ析出（A）>φ析出（B）；（B）φ析出（A）<φ析出（B）；

（C）φ平衡（A）=φ平衡（B）；（D）φ析出（A）≈φ析出（B）；

（E）φ平衡（A）－η（A）=φ平衡（B）－η（B）

四、计算及证明题：

1．在1mol·dm－3HCl溶液中，温度20℃时，H2在Pt上的析出过电位的Tefel公式：

η=a+blgi的a=0.3V，b=0.14；而在Hg上的a=1.4V，b=0.116。

试求反应

H++e－→½H2在Pt与Hg上的交换电流密度i0和阴极的传递系数α，并说明为什

么常用Pt作为氢电极材料而不能用Hg？

2．用Pb作阴极，用摩尔甘汞电极作阳极，电解0.1mol·dm－3的H2SO4（γ±=0.265）溶液，

测得其外加电压E为1.0685V，求H2在Pb上的过电位是多少?

设H2SO4是二级

电离，巳知φ（摩当甘汞）=0.2800V。

3．某普通钢铁容器中，盛有pH=3.0的溶液，问此条件下，容器能否被腐蚀？

4．要自某溶液中析出Zn，直到溶液中Zn2+浓度不超过10－4mol·dm－3，同时要求Zn

析出过程中没有H2析出，问溶液的pH值至少应为多少？

巳知H2在Zn上的过电

位为η=0.72V，并假定η与浓度无关。

5．298K时，用Ag作电极电解0.01mol·Kg-1的NaOH{溶液，若H2（g）和02（g）在Ag上

的超电势分别为0.87V和0.98V，则该条件下两个Ag电极上首先发生什么反应?

此时外加电压需多少?

（设可用浓度代替活度）？

已知：

φθ（Na+/Na）＝－2.714V;φθ（O2/OH-）＝0.401V;φθ（Ag2O/Ag）＝0.344V

6．某一溶液中含KBr和KI浓度均为0.1mol·dm－3，今将溶液放于带有Pt电极的多孔

磁杯中，将杯放在一个较大的器皿中，器皿中有一Zn电极与大量0.1mol·dm－3ZnCl2

溶液，设H2在Zn上析出的过电位是0.70V，O2在Pt上过电位是0.45V，不考虑

溶液接界电位，Zn、I2、Br2的析出过电位可忽略，问：

（1）析出99％的I2时所需外加电压是多少？

（2）析出99％的Br2时所需外加电压是多少？

（3）当开始析出O2时，溶液中Br－浓度是多少？

7．298K、pө时以Pt为电极，电解含有FeCl2（0.01mol·dm－3）和CuCl2（0.02mol·dm－3）

的水溶液，若电解过程不断搅拌，并不考虑过电位，试问：

（1）何种金属先析出？

（2）第二种金属析出时，至少加多少电压？

（3）第二种金属开始析出时，第一种金属的浓度为多少？

第十一章电极极化练习题答案

一、判断题答案：

1．对。

阳极上可放电离子有Cl－和OH－，

O2在Pt上有0.2V左右的过电位，因此Cl2的析出电位低于O2的析出电位。

2．对。

反应速率是电位时间（1秒）反应组分改变的mol量，而电流密度i是单位时间单位截面积

通过的电量，而通过的电量与反应组分发生反应的mol成正比，因此电化学中用电流密度i来表示

电极反应速率，例如金属腐蚀中用腐蚀电流大小衡量腐蚀速率快慢。

3．错。

分解电压就是能够使电解质在两极上持续不断进行电解所需要的最小外加电压，电解反应不

一定就是物质分解反应，因此不能说成“持续不断进行分解所需要的最小外加电压”。

4．错。

降低腐蚀电流的因素都能使腐蚀减弱。

而不是加剧。

5．错。

测量阳极过电位用恒电位法，若用恒电流法，则若Fe的钝化曲线就测绘不完整。

6．对。

恒电流法、恒电位法都要采用三电极体系。

7．对。

交换电流密度越大，电极抗干扰能力越大，可逆性越好。

8．错。

用Pt电极电解CuSO4水溶液时，氢离子浓度增加，溶液的pH值降低。

9．错。

极化是电极电势偏离平衡电位的现象，过电位是极化后电极电势与平衡时电极电势的差值，两者不是同一个概念。

10．对。

因为特性吸附是超载吸附，不是静电力吸附，因此双电层方程式不适用。

11．错，在阴极上首先发生还原作用的极化后电势最大者，即析出电位最大者。

二、单选题答案：

1.C；2.D；3.B；4.D；5.B；6.C；7.A；8.D；9.D；10.C；

11.A；12.C；13.A；14.A；15.D；16.B；17.D；18.C；19.B；20.B；

21.D；22.C；23.C；24.B；25.C；26.C；27.B；28.C；29.D；30.C；

31.C；32.D。

说明：

1、外加电压大于等于阳极离子析出电位与阴极离子析出电位之差，也就是理论分解电压与阳、

阴极过电位之和：

。

2、

3、原电池的阴极（即正极）极化时，随极化电流增加电位降低，为曲线1。

电解池的阳极，极化时

随极化电流增加电位升高，为曲线3。

4、理论分解电压

，实际分解电压V>1.229V。

5、

，

，

。

因此V0>Vi>V∞

6、依据电极的两种命名，原电池的正极是阴极，负极是阳极，电解池的阳极又是正极，阴极又称负极。

对原电池，认为说法

（1）与

（2）都正确是错误的。

7、随着电流密度增大，过电位随之增大。

所以电解池的V（分）即外加电压递增，原电池的V（端），即输出电压递减。

选（A）。

8、参比电极一般用甘汞电极，近似为理想不极化电极，电极电势数值一定。

它与被测电

极构成原电池，测量该原电池的电动势，从而知道被测电极极化后的电极电势。

9、Tafel公式η=a+blgi中，i的物理意义是电极与溶液界面上的净电流密度，即测量出的极化电流。

10、若电极极片的大小和外加电压相同，电解池电阻一定，极化程度小，则通过的电流大，反应速度就大。

因此则反应速度次序是：

（1）>

（2）>（3）>（4）；

11、电解硝酸银溶液，随着通过的电流加大，阴极附近银离子浓度降低，阴极的电势向负方向变化。

电解池电阻会随电解质浓度减小而增大，两极之间的电势差会随极化的进行而增加。

因此（A）是正确的。

12、当原电池放电，在外电路中有电流通过时，处于极化状态，但无论如何极化，正极的电位始终大于负极电势。

阴极（即正极）可逆电势比不可逆电势更正（高一些）。

13、其直接的原因是改变了电解反应的活化能；例如还原反应Zn2+＋2e－＝Zn，如果电极电位降低，即电极上

负电荷增多，活化能降低，反应速率加快；如果电极电位升高，即电极上正电荷增多负电荷减少，活化能就升高，反应速率减慢。

14、塔菲尔经验式只适用于氢气或氧气析出的电化学极化过程。

15、阴极电流密度与浓差超电势η的关系是：

，cs是阴极表面处的浓度，c0是溶液原

始浓度，cs减少，过电位增大，即极化电流也增大，当cs减少到0时，浓度极化的极化电流达到最大值，

为jd，叫极限电流密度，外加电压增大，即过电位增大，极化电流不改变。

（D）曲线上j有最大值，

水平线，符合该题的要求。

16、对于活化过电势即化学反应过电位，温度升高，反应速率增大，活化过电位减少而不是增大。

17、气体析出的过电势与温度有关，因为温度升高，反应率增大，过电势就减少。

18、Pb是高氢超电势金属，即氢不容易在Pb吸附，因此氢在Pb上的析出反应的机理是迟缓放电机理。

19、由于交换电流密度i0=10－2A·cm－2，比较大，不容易发生活化极化，该题中过电位较小，0.004V，

因此该种极化是浓差极化。

20、极谱分析是利用浓差极化的的基本原理进行的。

21、有Cd析出电位较低，阴极上是H2O放电析出氢气，2H2O＋2e－＝H2＋2OH－，生

成的OH－要向阳极迁移，产生浓差极化OH－从电极附近扩散到本体溶液中的速率。

22、过一些时候的干电池，由于内部反应，电池内阻变大，输出电流很小，灯泡却不发亮。

23、浓差过电位的大小与电流密度有关，不是无关。

24、阳极缓蚀剂，其作用是增加阳极极化程度；

25、碳钢在碳铵溶液中腐蚀时，有空气存在，

发生吸氧腐蚀。

26、电解NaOH溶液，阴极上发生的是还原反应，

电极反应为：

2H2O+2e→H2+2OH－

27、阳极上发生氧化反应，并且析出电势低的首先放电，Pd被氧化生成PbCl2，故阳极反应为Pb+2Cl－→PbCl2+2e；

28、这个现象的解释是：

氢在汞电极上的超电势可能超过1.5V，使氢的析出电位低于

－2.17V，－0.