联招化学·电化学：电极材料与电流效率

题目性质：自编仿真题——题目、材料、选项、数据与情境均为按课程标准与联招常见考点独立编写的原创仿真题，非真题原文，未取自任何题库、教辅或试卷；解析与采分点为教研整理，非官方评分标准。

一、考点定位与做题顺序

先把效率定义写死：η = n(用于目标反应的 e⁻) / n(通过的总 e⁻) × 100%。总电子由 Q/F 算（本题自编取 F=9.65×10⁴ C/mol），目标电子由目标产物的物质的量 × 每摩尔所需电子数算；剩下的电子必然去了副反应，用电子守恒就能全部对上。

电极材料（或催化剂）改变的是过电位与反应路径的选择性，也就是「电子更愿意走哪条路」；它不改变反应的热力学平衡、不改变化学计量关系，也不改变「1 mol 二价金属需 2 mol e⁻」这类守恒关系。这一点是判断题的常设陷阱。下面体系、代号、电量与产量均为自编示意，不代表真实体系或工艺参数。

二、题目呈现

自编示意体系（非真实工艺）

某自编电解体系，阴极目标反应为 M²⁺ + 2e⁻ → M（M 代指某二价金属，自编取摩尔质量 64.0 g/mol），主要副反应为析氢 2H⁺ + 2e⁻ → H₂↑。一次实验通入电量 Q = 9650 C，F 取 9.65×10⁴ C/mol，标准状况气体摩尔体积取 22.4 L/mol。用电极材料 X 时，阴极实际析出 M 0.0400 mol。

题1（计算）

(1) 求通过的总电子 n(e⁻)；

(2) 求用于析出 M 的电子，以及用于副反应的电子；

(3) 求副反应生成的 H₂ 的物质的量与标况体积；

(4) 求电流效率 η 与析出 M 的质量。

题2（计算＋比较）

换用电极材料 Y 后，其他条件不变，电流效率提高到 95.0%。

(1) 求此时析出 M 的物质的量与质量；

(2) 求副反应电子与 H₂ 体积；

(3) 与材料 X 相比，M 的质量提高了百分之多少？用电子守恒回代检验。

题3（判断＋说明）

判断下列说法是否正确，并各给一句理由：

① 换用 Y 后，M²⁺ + 2e⁻ → M 的化学计量比变成 1:1；

② 电极材料改变了该反应的平衡常数，所以效率才提高；

③ 电流效率提高意味着通过的总电量减少了；

④ 若 η=100%，则副反应电子为 0，H₂ 体积为 0。

三、分步解析

题1 (1)　n(e⁻)总 = Q/F = 9650 / 96500 = 0.100 mol。回代：0.100×96500 = 9650 C ✓。

题1 (2)　析出 M 0.0400 mol，每 mol M 需 2 mol e⁻，故 n(e⁻)目标 = 0.0400×2 = 0.0800 mol。由电子守恒，n(e⁻)副 = 0.100 − 0.0800 = 0.0200 mol。回代：0.0800+0.0200 = 0.100 mol ✓。

题1 (3)　析氢反应 2H⁺ + 2e⁻ → H₂，每 2 mol e⁻ 得 1 mol H₂，故 n(H₂) = 0.0200/2 = 0.0100 mol，标况 V(H₂) = 0.0100×22.4 = 0.224 L（224 mL）。回代：2×0.0100 = 0.0200 mol e⁻，与 (2) 的副反应电子一致 ✓。

题1 (4)　η = 0.0800/0.100 ×100% = 80.0%。m(M) = 0.0400×64.0 = 2.56 g。回代：η×n(e⁻)总/2 = 0.80×0.100/2 = 0.0400 mol = 实际析出量 ✓。

题2 (1)　η=95.0%，n(e⁻)目标 = 0.100×0.950 = 0.0950 mol，故 n(M) = 0.0950/2 = 0.0475 mol，m(M) = 0.0475×64.0 = 3.04 g。回代：0.0475×2 = 0.0950 mol e⁻ ✓。

题2 (2)　n(e⁻)副 = 0.100 − 0.0950 = 0.00500 mol，n(H₂)=0.00500/2 = 0.00250 mol，V(H₂)=0.00250×22.4 = 0.0560 L（56.0 mL）。回代：0.0950+0.00500 = 0.100 mol ✓；2×0.00250 = 0.00500 ✓。

题2 (3)　质量提升 =(3.04 − 2.56)/2.56 = 0.48/2.56 = 18.75%。也可由效率直接算：0.0475/0.0400 = 1.1875 ✓。电子守恒回代：材料 X 为 0.0800+0.0200=0.100，材料 Y 为 0.0950+0.00500=0.100，两次总电子相同、只是分配不同，印证「换电极改变的是分配比例而不是总量」✓。

题3　① 错误：M²⁺ + 2e⁻ → M 由化合价决定，换电极不改变每 mol M 需 2 mol e⁻ 的计量关系；变的只是有多少电子走了这条路。② 错误：平衡常数由温度与反应本身决定，电极材料/催化剂改变的是过电位与动力学选择性（抑制析氢副反应），不改热力学平衡。③ 错误：本组两次 Q 都是 9650 C、总电子都是 0.100 mol；效率提高是目标电子占比上升，不是总电量减少。④ 正确：η=100% 即全部 0.100 mol e⁻ 用于析 M，副反应电子为 0，故 n(H₂)=0、V(H₂)=0；此时 n(M)=0.100/2=0.0500 mol、m=3.20 g。一致性核对：3.20 g 是同样电量下的理论上限，2.56 g（80%）与 3.04 g（95%）都低于它且比例吻合 ✓。

四、采分点对照

五、高频易错点

• 把电流效率当成「产物质量 / 总质量」，不用电子守恒算，副反应电子就对不上。
• 析氢时忘记 2e⁻ 对应 1 mol H₂，体积算成两倍。
• 以为效率提高是总电量变少：本组 Q 与 n(e⁻)总两次完全相同。
• 说「电极材料改变平衡常数」：它改的是过电位与选择性，不是 K。
• 把自编 M、X/Y、Q 与 η 当真实工艺参数；本文数据只用于守恒与比例训练。

六、小结与自查清单

• □ 先由 Q/F 求总电子，再由产物×化合价求目标电子，两者相减得副反应电子。
• □ 副反应气体按「每 2 mol e⁻ 出 1 mol H₂」换算，并回代电子守恒。
• □ 效率提高时先确认总电量是否变化，别把「占比」当「总量」。
• □ 判断题区分动力学选择性（过电位）与热力学平衡（K）。
• □ 把 η=100% 当理论上限，核对各次产量都低于它且比例一致。

电流效率说到底是一份电子的分配账：总量由 Q/F 定死，电极材料决定多少走目标、多少走副反应，两段相加必须刚好等于总量。换材料不改计量比、不改 K，只改分配；把这本账算平，产量、气体体积与效率就都自洽了。本组体系、代号、电量、产量与效率均为原创自编示意数据，不代表真实体系或工艺参数。