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
让电解持续进行所需的最小外加电压叫分解电压。理论上它等于可逆电池电动势的反号值;实际槽压还要加上阳极超电势、阴极超电势和溶液/电极的欧姆压降 IR,三项各有来由。
自编示意:电解水体系的可逆电压 Erev = 1.229 V,阳极超电势 0.4 V、阴极超电势 0.3 V、欧姆压降 0.2 V。数值与体系均为自编示意,不代表真实电解槽或标准电极数据。
二、逐题精讲
题1
题1 求实际槽压 U,并说明为什么不能把 0.4+0.3+0.2 三项并成「一项极化」。
解析
U = Erev + η阳 + η阴 + IR = 1.229 + 0.4 + 0.3 + 0.2 = 2.129 V。
三项来源不同:η阳、η阴 是电极/界面上的极化超电势(合计 0.7 V),随电极材料、电流密度、温度变;IR 是体相溶液与导体的欧姆压降,随电流与电阻线性变。合并成一个数会丢掉「换电极材料能降哪一块、缩短极间距能降哪一块」的判据,也无法分别回代。
回代核验:U − Erev = 2.129 − 1.229 = 0.9 V,恰等于 0.4+0.3+0.2 = 0.9 V;0.7 + 0.2 = 0.9 V,两条路径闭合。
答案 U = 2.129 V;附加项合计 0.9 V(超电势 0.7 V + 欧姆 0.2 V),三项来源不同不能合并
采分点 写出分项相加式 2 分;U = 2.129 V 2 分;三项来源辨析 3 分;附加项合计 1 分;双向回代 2 分
易错点 只加理论值漏掉超电势;把 IR 也当成超电势
题2
题2 若只按 Erev 估算槽压,会低估多少伏、相对偏差多少?电压效率又是多少?
解析
低估 = 2.129 − 1.229 = 0.9 V;相对偏差 = 0.9/1.229 = 73.2%,分母用理论值 1.229 V,不是实际槽压 2.129 V。
电压效率 η_V = Erev/U = 1.229/2.129 = 57.7%。它衡量「外加电压里有多少比例用于可逆的化学变化」,其余 0.9 V 全部转成热。
回代核验:57.7% × 2.129 V ≈ 1.229 V;U/Erev = 1.7323,与 1 + 73.2/100 一致。注意效率与相对偏差不是互补关系:一个是 Erev/U,一个是 (U−Erev)/Erev,分母不同,不能相加成 100%。
答案 低估 0.9 V、相对偏差 73.2%(分母 1.229);电压效率 57.7%(分母 2.129)
采分点 低估伏数 1 分;偏差 73.2% 2 分;分母口径 2 分;电压效率 57.7% 2 分;两者不互补 2 分;比值回代 1 分
易错点 用 2.129 当偏差分母;把 73.2% 与 57.7% 相加当 100%
三、规律小结与对照表
| 分项 | 数值 | 性质 | 占比 |
|---|---|---|---|
| 理论 Erev | 1.229 V | 可逆电压 | 基准 |
| 超电势合计 | 0.7 V | 电极界面 | — |
| 欧姆 IR | 0.2 V | 体相电阻 | — |
| 实际 U | 2.129 V | 四项之和 | 效率 57.7% |
小结:U = Erev + η阳 + η阴 + IR,四项分项记。本例 U=2.129 V,只按理论值低估 0.9 V、偏差 73.2%,电压效率 57.7%。数值均为自编示意,不代表真实电解槽。
四、自测清单
- 能写出实际槽压的分项相加式
- 能区分超电势与欧姆压降
- 能算附加项合计并回代
- 能算相对偏差且分母用理论值
- 能算电压效率且分母用实际槽压
- 知道偏差与效率分母不同不能相加