理论电化学复习题

理论电化学复习题

1.当由诸分步步骤串联组成的电极过程达到稳态时，各分步步骤的进行速度应相同，但同时，

我们又说存在“最慢步骤”，这两种说法是否矛盾？如何统一？

不矛盾。电极过程各个分部步骤是串联进行的，要想单独研究某一分部步骤，必须首先假定其它步骤进行的速度非常快，处于准平衡态，这样才能使问题得以简化。电极反应的速率大小取决于反应中受阻最大而进行最慢的步骤，最慢的步骤称速度控制步骤，其动力学特征就反应了整个电极过程的动力学特征。

当电极过程的进行速度达到稳态时，这些串联组成连续反应的各分步均以相同的净速度进行。但，各分步的反应活化能有大有小，相应的反应速率系数必然有小有大。对串联的电极过程来说，整个电极过程的速度受最慢步骤（活化能最大）控制，表现出该“最慢步骤”的动力学特征。

2.平衡电极电势是如何建立的，以C U│C U SO4（a=1）为例说明。

当电极体系处于平衡状态时,没有宏观净反应,但此时微观的物质交换仍然再进行,只是正逆两个方向的反应速度相等.因此平衡电势下反应体系的ia和ic相等.

Cu溶解趋势，Cu2+沉积趋势二者达到相平衡。

3.测量微分电容时应注意什么？为什么？

双电层的微分电容可以被精确地测量出来。经典地方法是交流电桥法，所谓交流电桥法，就是在处于平衡电位或直流电极化地电极上叠加一个小振幅地交流电压，用交流电桥测量与电解池阻抗相平衡地串连等效电路地电容值和电阻值，进而计算出研究电极地双电层电容。微分电容是随电极电位和溶液浓度而变化的。在同一电位下，随着溶液浓度的增加，微分电容值也增大。如果把双电层看成是平行板电容器，则电容增大，意味着双电层有效厚度减小，即两个剩余电荷层之间的有效距离减小。这表明，随着浓度的变化，双电层的结构也会发生变化。

4.试分析双电层电容为什么等于紧密层电容和分散层电容的串联？

静电作用和粒子热运动的矛盾作用下，电极/溶液界面的双电层将由紧密层和分散层两部分组

成，即把双电层的微分电容看成是由紧密层电容C

紧和分散层电容C

分

串连组成的。

5.电池中的化学变化和能量转化均是在“电极/溶液”界面上进行的，为什么电池的电动势

不等于两个“电极/溶液”界面电势的代数和？

液体接界电势发生在两种电解质溶液的接界处。当两种不同电解质的溶液或电解质相同而浓度不同的溶液相接界时，由于电解质离子相互扩散时迁移速率不同，引起正、负离子在相界面两侧分布不均，导致在两种电解质溶液的接界处产生一微小电势差，称之为液体接界电势，也叫扩散电势,电池的电动势不等于两个“电极/溶液”界面电势的代数和.

6.试画出GCS双电层模型的物理图象和电势分布情况（设电极带正点荷），并讨论推得GCS

双电层理论的处理方法和主要结果。

一、双电层方程式的推导

（1）假设离子与电极之间除了静电作用外没有其他相互作用；双电层的厚度比电极曲率半径小得多

（2）忽略离子的体积，假定溶液中离子电荷是连续分布的因此，可应用静电学中的泊松方程，把剩余电荷的分布与双电层溶液一侧的电位分布联系起来。

(3)将双电层溶液一侧的电位分布与电极表面剩余电荷密度联系起来，以便更明确地描述分散层结构的特点。

二、.对双电层方程式的讨论

（1）当电极表面电荷密度q和溶液浓度c都很小时，双电层中的静电作用能远小于离子热运动能。

（2）当电极表面电荷密度q和溶液浓度c都比较大时，双电层中静电作用远大于离子热运动能。

（3）根据斯特恩模型，还可以从理论上估算表征分散层特征的某些重要参数。

上述的讨论表明，斯特恩模型能比较好地反映界面结构的真实情况。但是该模型在推导双电层方程式时作了一些假设，例如假设介质的介电常数不随电场强度变化，把离子电荷看成点电荷并假定电荷是连续分布的，等等。这就使得斯特恩双电层方程式对界面结构得描述只能是一种近似的、统计平均的结果，而不能用作准确的计算。

斯特恩模型的另一个重要缺点是对紧密层的描述过于粗糙。它只简单地把紧密层描述成厚度d不变的离子电荷层，而没有考虑到紧密组成的细节及由此引起的紧密层结构与性质上的特点。

7.如果溶液中存在大量的惰性电解质，则电极过程中的液相传质步骤主要有哪种形式的传

质形式所决定，分析说明？

扩散传质形势决定。对于电化学体系，加入大量的支持电解质，因此可以忽略反应粒子的电迁移，这时液相中传质为扩散与对流的串联。由于对流区内的对流速度远远大于扩散速度，所以扩散传质为整个液相传质的控制步骤。

8. 为什么在电极表面上反应粒子浓度几乎等于零时仍有电流通过，且能得到最大的电流值——极限电流。

C i s →0时，浓度差最大，扩散速度最大，I 趋近最大极限值，扩散速度决定了电流速度，叫“扩散极限电流密度”。

9. 实验测得铜在C U SO 4溶液中的阴极稳态极化曲线如下图

曲线1——0.05mol/LC

U SO 4 不搅拌

曲线2——0.1mol/LC U SO 4 不搅拌

曲线3—— 0.1mol/LC U SO 4搅拌

I 1

判断该阴极过程的控制步骤是什么？为什么？

极限电流和浓度成正比，受搅拌影响极限电流不同，有平台 出现，阴极过程的控制步骤是扩散步骤。对于电化学体系，加入大量的支持电解质，因此可以忽略反应粒子的电迁移，这时液相中传质为扩散与对流的串联。由于对流区内的对流速度远远大于扩散速度，所以扩散传质为整个液相传质的控制步骤。

10 若有电极反应O+e -=R ，假设反应产物R 不溶，电极反应速度受液相扩散步骤控制。已知

Co 0=1mol/L ，Do=10-5cm 2/s ， （dx

dc 0）x=0 = 9×10-3mol/cm 2 测的η浓差= -58mv （20℃）

试求①扩散层有效厚度δ有效。②反应物的表面浓度Co s 。③稳态扩散电流密度I

δ

有效=(C i o -C i s )/ (dci/dx) x=0 C i s / C i o =1- I/Id

11在恒电势暂态极化条件下，假设电极反应O+e-=R纯粹由扩散控制，分别求算平面电极和球状电极上不同瞬间（t=0.1 ，0.5 ，1，2，3，5，10，秒以及t →∞）的阴极极限扩散电流。（已知Co0=1.00mol /L .s=0.02cm2 D0=10-5cm2/sec）并画出电流时间曲线若使球状电极上的超过平面电极上10%，需电解多长时间？

12推导在某一电极电势下的电极反应速率常数与标准反应速率常数的关系。

i0=nFK0

a C

R

exp(

平

?

β

RT

nF)=nFKaC

R

Ka=K0

a exp(

平

?

β

RT

nF)

i0= nFK0

c C

exp(

平

?

α

RT

nF

-)=nFKcC0

Kc=K0

c exp(

平

?

α

RT

nF

-)

K称为电极反应速度常数.

13根据混合控制动力学，分析在下列情况下导致出现超电势的主要原因

①Id ＞＞I ＞＞i0②Id ≈I ＜＜i0

③Id ≈I ＞＞i0④I ＜＜

i0，Id

①Id ＞＞ I ＞＞ i 0 ，ηc =RT/αnF ln(I/i o )+RT/βnF * ln I

Id Id - (Id-I ≈Id) 上式简化为ηc =RT/αnF ln(I/i o ),这说明电极反应只出现电化学极化，完全由电化学极化所引起。

②Id ≈ I ＜＜ i 0，从数学角度：I<

I

Id Id -为正.无法判断应忽略哪一项，从电化学角度：I<>i 0 不再成立，不能用右方第二项计算浓

差过电位，而应用：ηc = RT/nF* ln I Id Id -, ηc 主要由浓差极化引起。 ③Id ≈I ＞＞ i 0 ，在较小时电化学极化的影响往往较大；I →Id 时则浓差极化变为决定超电势的主要因素。

④ I ＜＜ i 0 ， Id ，ia ≈ic ≈ i0电化学步骤平衡态几乎未遭到破坏。

又I<

电极极化程度很小，ηc →0，过电位η很小，趋近于零

14反应O+ne -=R, 根据电化学极化曲线方程式 I=i 0[exp(C RT nF ηα) — exp(C

RT nF ηβ-)] 说明在I ＞＞ i 0和 I ＜＜ i 0 时电化学步骤的基本动力学方程

I>> i 0时，电化学步骤的平衡受到严重的破坏，因而η的数值很大，得

到半对数的极化曲线

I<< i 0时，电化学步骤的平衡几乎没有被破坏因而η很小，得到线性极

化曲线。

a. 当Id.>>I.>>i 0 时ηc =RT/αnF ln(I/i o )+RT/βnF * ln I

Id Id - (Id-I ≈Id) 上式简化为ηc =RT/αnF ln(I/i o ),这说明电极反应只出现电化学极化，

完全由电化学极化所引起。

b. 当Id ≈I<

I

Id Id -为正.无法判断应忽略哪一项.

15 恒电流暂态极化条件下，试推导出电化学极化和浓差极化共存时 的动力学方程

16外电流（I ）与超电势（η）之间的线性关系和半对数关系各在什么条件下出现？由此能否说明 电化学极化有两种截然不同的动力学特征？

I 0大，I-η一般为线性关系

I 0小，I-η一般为半对数关系

17测的电极反应O+2e→R 在25 ℃时的交换电流密度为2×10-12A /cm2，α=0.46，当在-1.44V 下阴极极化时电极反应速度是多大？已知电极过程为电子转移步骤所控制，未通电时电势电极反应的电位为：-0.68V

按照题意,该电极过程为电化学极化,且阴极极化值Δj为Δj＝j－jI=0＝－1.44-(-0.68)＝-0.76V

由于极化相当大,故可判断此时电极反应处于塔菲尔区, 所以

已知n=2，a=0.46，i0=2×10-12A/cm2，所以=-0.87

ｉ＝0.135A/cm2

18根据带电粒子在电场中的分布情况推导有Ψ1效应时的动力学方程，并根据分析

I ＞＞i0对不同氧化态物种还原时的表达形式。

19用旋转圆盘电极测定电化学极化和浓差极化共存时电子转移步骤动力学参数的依据是什么？有何限制？

切向流速Vф=ωr, 扩散层厚度δ=Di1/3ν1/6y1/2U0-1/2

δ∞ U0-1/2即δ∞（ωr）-1/2，δ∞r1/2

r1/2（ωr）-1/2=ω-1/2=常数

旋转圆盘电极的特点:电极表面各点上扩散层的厚度均相同,因而扩散电流密度也是均匀的.

判断电极过程的控制步骤

a. 如果Ic-1-ω-1/2成线性关系,并且通过原点,则为扩散控制步骤.

b. 如果Ic-1-ω-1/2成线性关系,但直线不通过原点,则为混合控制过程

c. 若Ic-1-ω-1/2无关,则此过程为电化学(电子转移)控制.

20对于在低极化作用范围内的铜阳极溶解过程，实液测定到中间价粒子C U+，并测的C U+离子浓度随ηa增大而指数性上升，请写出铜阳极溶液的反映历程，并判定其中的控制步骤，推出稳态阳极极化曲线的表达式。

21请从物理含义及图象上说明均相表面转化步骤的反应区（μ）与一般的扩散区（δ）有和区别？

从物理意义上考虑，扩散层中的主要反应是前置转化反应，故称μ为反应区的有效厚度，用以区别通常所说的扩散层厚度δ有效

22在汞电极上实验测得的丙酮酸还原成乳酸的阴极极化曲线，反应式为

CH3COCOOH+2H++2e=CH3CHOHCOOH 发现在PH＜4得到高度为h的一个波（曲线1）；在7.6>PH>7.4 时出现两个波,其总高度保持h不变,并与PH无关(曲线2). 其中当PH约为6.1时,每个波高为h /2, 在PH>7.6时,又出现一个波,它在比第一个波更负的电

势下 开始出现(曲线3). 已知未解离的丙酮酸比其阴离子更容易在电极上还原, 丙酮酸的解离常数K=3.2×10-6mol/L 请解释这些 实验现象 。

23。

如果化学转化步骤发生在电化学步骤之前，就称为“前置”化学转化步骤，包括前置化学转化步骤的电极电势称为“CE 型”过程。CE 反应为：O k k '?O*?→?-ne R

式中k 和k`分别为均相前置转化步骤的正、反向速率常数，O 为惰性粒子，O*为电活性粒子。

由于O*在电极上还原，转化平衡可能受到破坏，这时根据转化反应速度与扩散

传质速度二者的相对大小，在有O*能在电极上还原并达到完全浓差极化的电势处可

以出现三种不同的情况：

a .若表面层中前置化学转化速度很慢，即转化速度与O*本身在电极上还原所引起的极限扩散电流I do*相比小，可以忽略不计，则转化反应的影响可以忽略而有极限电流

I d1=I do*

b .若表面层中的前置转化速率比O ，O*在溶液中的扩散传质速度快很多，以致可以

认为电极表面的O 马上可以转化为O*参加反应，即O 与O*均“直接”参加电极反应，因此极限电流与图中更负的电势2?处观测到的O ，O*两种粒子极限扩散电流之和相

等，即 I d2=I d,o*+I d,o 其中I d,o 为O 引起的极限扩散电流。

c 若表面层中前置化学转化比较快，但与O 的极限扩散速度相比还是要慢一些（扩散到电极表面的O 粒子，没有全部转化成O*粒子）。这时不会出现O 的完全浓差极化，所以出现的极限电流I d3＜I

d ，o*+I d ，o 。这种极限电流是O*的扩散和O 的化学转化两个因

素共同作用的结果，其数值与转化反应速度有关，常称之为“极限动力电流”I k （d ）

23请分析讨论：反应I-φ曲线出现三种情况的原因。

(根据化学转化反应速率与扩散传质速度二者的相对大小进行讨论)

a .若表面层中前置化学转化速度很慢，即转化速度与O*本身在电极上还原所引起的极限扩散电流I do*相比小，可以忽略不计，则转化反应的影响可以忽略而有极限电流I d1=I do*

b .若表面层中的前置转化速率比O，O*在溶液中的扩散传质速度快很多，以致可以认为电极表面的O 马上可以转化为O*参加反应，即O与O*均“直接”参加电极反应，因此极限电流与图中更负的电势

2

处观测到的O，O*两种粒子极限扩散电流之和相等，即 I d2=I d,o*+I d,o其

中I

d,o

为O引起的极限扩散电流。

c 若表面层中前置化学转化比较快，但与O的极限扩散速度相比还是要慢一些（扩散到电极表面的O粒子，没有全部转化成O*粒子）。这时不会出现O 的完全浓差极化，所以出现的极

限电流I

d3＜I

d，o*

+I

d，o

。这种极限电流是O*的扩散和O的化学转化两个因素共同作用的结果，

其数值与转化反应速度有关，常称之为“极限动力电流”

24画出n 型及p型半导体在电极/溶液界面半导体一侧的能带弯曲情况.

课上讲的：

1.判断电极过程的控制步骤，

（1）稳态极化曲线，搅拌溶液对电流密度的影响，电极材料及表面状态对反应速度的影响。

(2)旋转电极做极化曲线

a. 如果Ic-1-ω-1/2成线性关系,并且通过原点,则为扩散控制步骤.

b. 如果Ic-1-ω-1/2成线性关系,但直线不通过原点,则为混合控制过程

c. 若Ic-1-ω-1/2无关,则此过程为电化学(电子转移)控制.

2.如何提高反应速率？

电极电势对电化学步骤反应速度的影响

电极电势可以通过两种不同的方式来影响整个电极反应

a.热力学方式：通过改变电极电势来改变某些粒子的表面浓度，从而间接的影响了这些粒子参加的控制步骤得反应速度。如电极电势对扩散步骤控制电极反应速度的影响。

b.动力学方式：电化学步骤（电子传递）本身的反应速度比较慢，成为整个电极反应的控制步骤或控制步骤之一，改变φ可以改变电化学步骤的活化能，从而影响了电化学步骤的进行速度，进而影响整个电极的反应速度。

2.费米能级

费米能级即参与反应电子的平均能级，电子充满几率为一半的能级。可以证明，EF 就是自由电子在金属中的电化学位。

极化的实质就是费米能级的移动，电子跃迁的条件改变，电子转移的活化能改变，此即电极电位改变影响反应活化能和反应速度的本质。

3.浓差极化与电化学极化的比较

由于反应粒子扩散步骤缓慢所造成的影响，也就是浓差极化的影响，主要体现在电极表面反应粒子浓度的变化上。假定扩散步骤速度远大于电子传递步骤，即扩散步骤处于平衡或准平衡态，电极表面的浓度就是溶液的本体浓度C i s=C i0。因此当浓度极化不能忽略时，即扩散过程成为控速步骤之一时，电极表面的浓度不等于本体浓度。

电化学极化: 当电极上有净电流通过时,由于ic=ia故电极上的平衡状态受到破坏,并会使电机电势或多或少地偏离平衡数值.这种情况就称为电极电势发生了”电化学极化”。

4.影响电极/溶液界面的结构的因素：

电极的材质、物理化学性质、表面状态

溶液:电活性物质的性质和浓度、电解质浓度、溶剂性质、黏度等相间电势。

5.描述电极/溶液界面的结构的的参数

表面张力、界面电容（双电层电容）、表面荷电量、（溶液一侧）表面剩余离子电荷、相间电势分布。

复习题(基本概念)

1电解池和原电池回路的共性 2三电极体系 3电极反应的特殊性

4电极反应的基本历程 5过电势6内电位外电位和表面电势

7理想极化电极8电毛细现象和电毛细曲线9 GCS双电层模型

10零电荷电势11稳态暂态和平衡态12恒电流极化时的过度时间

13交换电流密度14理想不极化电极15 参比电极应具备的条件

16Ψ1效应 17Frank-Condon原理 18极限扩散电流

1电解池和原电池回路的共性

A、有两类不同导体串联，第一类导体的载流子是自由电子，第二类导体的载流子是离子。

B、导电时电荷的连续流动是依靠在两类导体界面上，两种不同载流子之间的电荷转移来实现的，而这个电荷转移过程就是在界面上发生的得失电子的化学反应。

相同点：（1）都有两个电极。

（2）都形成闭合的回路。

（3）都发生氧化还原反应。

2三电极体系

电极是与电解质溶液接触的电子导体，为复相体系，电解池体系借助于电极实现电能的输入，电极是电极反应实现的场所。三电极体系即工作电极、参比电极和辅助电极。

? 3电极反应的特殊性

电极反应的速率大小取决于反应中受阻最大而进行最慢的步骤，最慢其动力学的步骤称速度控制步骤，特征就反应了整个电极过程的动力学特征。基础电化学研究的核心内容之一就是识别电极过程包括的各分步骤，确定速度控制步骤，阐明反应机理和速率方程，从而掌握该电极过程的反应规律。

? 4电极反应的基本历程

电极反应的分部步骤：界面附近传质过程，化学转化过程，界面上转化过程，电子转移过程. 5过电势

6内电位外电位和表面电势

内电位：

外电位：

表面电势：

7理想极化电极

为了研究界面的结构和性质，就希望界面上不发生电极反应，使外电源输入的全部电流都用于建立或改变界面结构和电极电位，这种不发生任何电极反应的电极体系称为理想极化电极.。

8电毛细现象和电毛细曲线

任何两相界面都存在着界面张力，电极/溶液界面也不例外。对电极体系来说，界面张力不仅与界面层的物质组成有关，而且与电极电位有关。这种界面张力随电极电位变化的现象叫做电毛细现象。界面张力与电极电位的关系曲线叫做电毛细曲线。

9 GCS双电层模型

静电作用是一种长程性质的相互作用，它使符号相反的剩余电荷力图相互靠近，趋向于紧贴着电极表面排列，形成紧密双电层结构，简称紧密层。由于粒子处于不停的热运动中，热运动促使粒子倾向于均匀分布，具有一定的分散性，形成所谓分散层。这样在静电作用和粒子热运动的矛盾作用下，电极/溶液界面的双电层将由紧密层和分散层两部分组成的模型称为GCS双电层模型。

10零电荷电势

电极表面剩余电荷为零时的电极电位称为零电荷电位，用ψ0表示。其数值大小是相对于某一参比电极所测量出来的。

11稳态暂态和平衡态

稳态：在指定的时间范围内，电化学体系的参数基本上不变或变化甚微，这种状态叫稳态。造成体系处于稳态的原因是：电极表面液层中指向电极表面的反应粒子的传质过程足以完全

补偿由于电极反应而引起的反应粒子的消耗，这时浓度极化现象仍然存在，但不再发展（dci/dt=0）。

暂态：是指电路从一个稳定状态，由于某种作用发生变化，经过一个过渡过程进入到另一个稳定状态，那么这个过渡过程称为"暂态"

平衡态：体系正逆反应速率相等，电极反应的净结果为0。

？12恒电流极化时的过度时间

13交换电流密度

当电极反应处于平衡时，电极反应的两个方向进行的速度相等，此时的反应速度叫做交换反应速度。相应的按两个反应方向进行的阳极反应和阴极反应的电流密度绝对值叫做交换电流密度，用jo表示。其大小除受温度影响外，还与电极反应的性质密切相关，并与电极材料和反应物质的浓度有关。

14理想不极化电极

若i0 ∞,则无论通过多大的电流也不会引起电化学极化,这种电极称为“理想可逆电极”或“理想不极化电极”.

15 参比电极应具备的条件

a. 平衡电极电势的重现性良好，即易容易建立相应于热力学平衡的电极电势。

b.容许通过一定的测量电流而不发生严重的极化现象。

16Ψ1效应

在距离电极表面为离子有效半径（或紧密双电层边缘）处的Ψ1电位的改变对电化学步骤反应速率产生的影响称为Ψ1效应。

17Frank-Condon原理

电子跃迁所需要的时间非常短，约10-16-10-15s。电子跃迁中给出电子和接受电子的粒子分别称为施主粒子和受主粒子（或称为施主和受主，doner,acceptor）。如果电子在施主中占有的能级和受主中空能级不相等，则发生跃迁时必然会放出能量。放出的能量要么转化为受主某一自由度上的能量，要么辐射出去。由于电子跃迁所需的时间极短，在这段时间内，能量来不及释放，使反应体系处于高能量态，极易重新跃迁回去。因此，电子只能在电子能级接近或相等的两个粒子间有效地跃迁，这就是Frank-Condon原理。

18极限扩散电流

稳态下的流量为：Πi=-Di(C i o-C i s)/L，则稳态扩散电流密度为：I=nF Di(C i o-C i s)/L

C i s→0时，I趋近最大极限值，称“扩散极限电流密度”。

1，电化学实际应用的范围及分类有哪些？

答：(1)电合成无机物和有机物，例如氯气、氢氧化钠、高锰酸钾、己二腈、四烷基铅；

(2)金属的提取与精炼，例如熔盐电解制取铝、湿法电冶锌、电解精练铜；

(3)电池，例如锌锰电池、铅酸电池、镍硌电池、锂电池、燃料电池、太阳能电池；

(4)金属腐蚀和防护的研究，采取有效的保护措施，例如电化学保护、缓蚀剂保护；

(5)表面精饰，包括电镀、阳极氧化、电泳涂漆等；

(6)电解加工，包括电成型(电铸)、电切削、电抛磨；

(7)电化学分离技术，例如电渗析、电凝聚、电浮离等应用于工业生产或废水处理；

(8)电分析方法在工农业、环境保护、医药卫生等方面的应用。

3，试说明参比电极应具有的性能和用途。

答：参比电极是理想不极化电极，它应具备下列性能：应是可逆电极，其电极电势符合Nernst 方程；参比电极反应应有较大的交换电流密度，流过微小的电流时电极电势能迅速恢复原状；应具有良好的电势稳定性和重现性等。

参比电极是指一个已知电势的接近于理想不极化的电极，参比电极上基本没有电流通过，用于测定研究电极(相对于参比电极)的电极电势。实际上，参比电极起着既提供热力学参比，又将工作电极作为研究体系隔离的双重作用。

4 , 试说明工作电极应具有的性能和用途。

答：工作电极(working electrode，简称WE)：又称研究电极，是指所研究的反应在该电极上发生。一般来讲，对工作电极的基本要求是：所研究的电化学反应不会因电极自身所发生的反比而受到影响，并且能够在较大的电位区域中进行测定；电极必须不与溶剂或电解液组分发生反应；电极面积不宜太大，电极表面最好应是均一、平滑的，且能够通过简单的方法进行表面净化等等。工作电极可以是固体，也可以是液体，各式各样的能导电的固体材料均能用作电极。通常根据研究的性质来预先确定电极材料，但最普通的“惰性”固体电极材料是玻碳(GC)、铂、金、银、铅和导电玻璃等。采用固体电极时，为了保证实验的重现性，必须注意建立合适的电极预处理步骤，以保证氧化还原、表面形貌和不存在吸附杂质的可重现状态。在液体电极中，汞和汞齐是最常用的工作电极，它们都是液体，都有可重现的均相表面，制备和保持清洁都较容易，同时电极上高的氢析出超电势提高了在负电位下的工作窗口，已被广泛用于电化学分析中。

5，试说明辅助电极应具有的性能及用途。

答：辅助电极和工作电极组成回路，使工作电极上电流畅通，以保证所研究的反应在工作电极上发生，但必须无任何方式限制电池观测的响应。由于工作电极发生氧化或还原反应时，辅助电极上可以安排为气体的析出反应或工作电极反应的逆反应，以使电解液组分不变，即辅助电极的性能一般不显著影响研究电极上的反应。但减少辅助电极上的反应对工作电极干扰的最好办法可能是用烧结玻璃、多孔陶瓷或离子交换膜等来隔离两电极区的溶液。为了避免辅助电极对测量到的数据产生任何特征性影响，对辅助电极的结构还是有一定的要求。如与工作电极相比，辅助电极应具有大的表面积使得外部所加的极化主要作用于工作电极上，辅助电极本身电阻要小，而且不容易极化，同时对其形状和位置也有要求。

6，作为有机溶剂应具有哪些条件?

答：作为有机溶剂应具有如下条件：可溶解足够量的支持电解质；具有足够使支持电解质离解的介电常数；常温下为液体，并且其蒸气压不大；黏性不能太大，毒性要小；可以测定的电位范围(电位窗口)大等。

7，有哪些双电层机构模型？试简单说明大意及比较其优缺点。

答：1，Helmholtz 平板电容器模（认为正负离子整齐地排列于界面层的两侧，正负电荷分布的情况就如同平行板电容器那样）；2，Gouy-Chapman 扩散双电层模型(考虑到界面溶液侧的离子不仅受金属上电荷的静电作用，而且受热运动的影响，缺点是忽略了离子的尺寸，把离子视为点电荷，只能说明极稀电解质溶液的实验结果)；3，Stern 模型（提出整个双电层是出紧密层和扩散层组成的，从而使理论更加切合实际，还指出离子特性吸附的可能性，可是没有考虑它对双电层结构的影响）4，Grahame 提出的GCS 模型（把金属/电解质溶液界面区分围扩散层和内层两部分，两者的边界是最接近金属表面的溶剂化离子的中心所在的平面。当存在特性吸附离子时，它们更加贴近电极表面，其中心所在平面即IHP ，是现代双电层理论的基础。但是没有考虑吸附溶剂分子对双电层性质的影响）5，BDM 模型（电极/溶液界面的双电层的溶液一侧被认为是由若干”层”组成的，最靠近电极的一层为内层，它包含有溶剂分子和所谓的特性吸附的物质(离子成分子)，这种内层也称为紧密层、Helmholtz 层或Stern 层）

8，李普曼公式可以做什么计算，说明什么问题？

答：该公式表示在一定的温度和压力下，在溶液组成不变的条件下，γ、?和q 之间存在一定的定量关系（p T q ,,,21 μμ?γ???? ????-= ）。根据该式可以由毛细曲线中任意一点上的斜率求出该

电极电势下的表面电荷密度q 。如由毛细曲线中求得某点的?γd d /＞0，则q ＜0，表明电极表面带负电。在曲线的最高点，?γd d /＝0，即q ＝0，表明电极表面不带电，达一点相应的电极电势称为“零电荷电势”，用z ?表示。

9，零电荷的电势可用哪些方法测定？零电荷电势说明什么现象？能利用零电荷电势计算绝对电极电位吗？。

答：在毛细曲线的最高点，?γd d /＝0，即q ＝0，表明电极表面不带电，达一点相应的电极电势称为“零电荷电势”，用z ?表示。零电荷电势可以用实验方法测定，主要的方法有电毛

细曲线法及微分电容曲线法(稀溶液中)，除此之外，还可以通过测定气泡的临界接触角、固体的密度、润湿性等方法来确定。零电荷电势是研究电极/溶液界面性质的一个基本参考点。在电化学中有可能把零电荷电势逐渐确定为基本的参考电位，把相对于零电荷电势的电极电势称为“合理电势”，用(Z ??-)表示。

10，电极反应的种类主要有哪些？

答：(1)简单电子迁移反应

(2)金属沉积反应

(3)表面膜的转移反应

(4)伴随着化学反应的电子迁移反应

(7)腐蚀反应

(6)气体析出反应

(5)多孔气体扩散电极中的气体还原或氧化反应

11，何谓CE 机理和EC 机理？

答： CE 机理：是指在发生电子迁移反应之前发生了化学反应为：

在给定的电势区间，溶液中反应物的主要存在形式X 是非电活性物种，不能在电极表面进行电化学反应，必须通过化学步骤先生成电活性物种Ox ，后者再在电极上进行电荷传递。这类反应的例子有金属配离子的还原、弱酸性缓冲溶液中氢气的析出以及异构化为前置步骤的有机电极过程等：

(2)EC 机理：是指在电极/溶液界面发生电子迁移反应后又发生了化学反应，其通式可表示为；

随后质子转移过程的有机物还原以及金属电极在含配合物介质中的阳极溶解等均属于这类反应。

12，试推导高正超电势时~I 关系式，并同Tafel 方程比较

答：在强极化的条件下，由Butler-Volmer 方程可以推导出Tafel 经验方程。Tafel 经验方程中的a,b 可以确定为：

Tafel 方程是人类经验的总结，方程只适用于不存在物质传递对电流影响(即极化超电势较大)的情况。如果电极反应动力学过程相当容易，在超电势不是很大时，就能够达到物质传递的极限电流，对这样的体系，Tafel 方程就不适用。Tafel 行为是完全不可逆电极过程的标志。对于Tafel 方程，高超电势下阴极支的斜率为RT zF 303.2/α-，高正超电势下阳极支的斜率为RT zF 303.2/)1(α-，阴极、阳极的η-i lg 曲线外推到0=η可得到截距0lg i ，从而可求得交换电流的大小。

13，溶液中有哪几种传质方式，产生这些传质过程的原因是什么？

答：物质传递的形式有三种，即扩散、电迁移、对流。扩散的原因是存在浓度梯度。电迁移是指在电场的作用下，带电物质的定向移动。在远离电极表面的本体溶液中，浓度梯度的存在通常是很小的，此时反应的总电流主要通过所有带电物质的电迁移来实现。电荷借助电迁移通过电解质，达到传输电流的目的。造成对流的原因可以是溶液中各部分存在的温度差、密度差(自然对流)，也可以是通过搅拌使溶液作强制对流。

14，稳态扩散和非稳态扩散的特点是什么，可以用什么定律来表示？

答：当电极反应开始的瞬间，反应物扩散到电极表面的量赶不上电极反应消耗的量，这时电极附近溶液区域各位置上的浓度不仅与距电极表面的距离有关，还和反应进行的时间有关，这种扩散称为非稳态扩散。随着反应的继续进行，虽然反应物扩散到电极表面的量赶不上电极反应消耗的量，但有可能在某一定条件下，电吸附近溶液区域各位置上的浓度不再随时间改变，仅是距离的函数，这种扩散称为稳态扩散。稳态扩散中，通过扩散传递到电极表面的反应物种可以由Fick 扩散第一定律推导出；而对于非稳态扩散，物种扩散到电极表面物种的量可以由Fick 扩散第二定律推导出。

第三章 化学电源

答：电池容量是指在定放电条件下，电池放电到终止电压时所放出的电量，单位为库仑(C )或安时(A·h )。比容量是单位质量或单位体积电池所输出的电量。

4，

答：电池的电动势又称理论电压，是指没有电流流过外电路时电池正负两极之间的电极电势差，其大小是由电池反应的Gibbs 自由能变化来决定的。由于Gibbs 自由能的减小等于化学反应的最大有用功，故电池的电动势也就是放电的极限电压。电池的开路电压是在无负荷情况下的电池电压，只有可逆电池的开路电压才等于电池电动势，—般电池的开路电压总小于电池的电动势。

5，

答：电池的能量是指在一定放电条件下，电池所能作出的电功，它等于放电容量和电池平均工作电压的乘积，常用单位为瓦〃时(W·h )。电池的比能量(或能量密度)是指单位质量或单位

体积的电池所输出的能量，分别以W·h·kg-1和W·h·L-1表示。电池的功率(power)是指在一定放电条件下，电池在单位时间内所输出的能量，其单位为瓦(W)或千瓦(kW)。电池的比功率(或功率密度)是指单位质量或单位体积的电池所输出的功率．分别以W·kg-1和W·L-1表示。

6，

答：电池的寿命包含有三种涵义。即使用寿命、循环寿命、贮存寿命

使用寿命是指在一定条件下，电池工作到不能使用的工作时间。循环寿命是指在二次电池报废之前，在一定充放电条件下，电池经历充放电循环的次数，对于—次电池、燃料电池则不存在循环寿命。显然，循环寿命越长，电池的可逆性能就越好；循环寿命与放电深度、充放电电流和温度等有关。贮存寿命是指电池性能或电池容量降低到额定指标以下时的贮存时间，影响电池贮存寿命的主要原因是电池自放电。电池自放电的原因：(1)不期望的副反应的发生(2)电池内部变化而导致的接触问题，(3)活性物质的再结晶，(4)电池的负极大多使用的是活泼金属，可能发生阳极溶解，(5)无外接负载时电池在电解质桥上的放电等。

7，

答：选择电池时须考虑的重要事项如下： (1)电池类型(2)电化学体系(3)电压(4)负载和放电形式(5)放电制度(6)温度(7)使用时间 (8)物理性能(9)贮存性能 (10)充放电循环(11)

环境条件 (12)安全性和可靠性(13)苛刻的工作条件(14)维护和补充(15)成本

8，

答：一次电池(原电池)为电池放电后不能用充电的方法使它复原的一类电池。二次电池，又称蓄电池或可充电电池，为电池放电后可通过充电方法使活性物质复原后能够再放电，且充、放电过程能反复多次循环进行的一类电池。燃料电池是一种不经过燃烧直接以电化学反应方式将燃料和氧化剂的化学能转变为电能的高效发电装臵。燃料电池是将燃料的化学能直接转变为电能的装置，它不同于一次电池和二次电池。一次电池的活性物质利用完毕就不能再放出电能，二次电池在充电时不能输出电能；而燃料电池只要不间断地供给电池以燃料，就能不断输出电能。

答：

16，简单叙述燃料电池的类型和特点

答：1．氢-氧燃料电池，氢-氧燃料电池根据电解质性质可分为酸性、碱性和熔盐燃料电池。根据工作温度的不同，分为低温（298～373K）、中温（373～773K）和高温（773～1273K）三种。

2，有机物一氧燃料电池,3．金属一氧燃料电池，目前正在研究的是Mg、A1、Zn等金属与O2组成的燃料电池。金属作燃料，绝对安全和便于使用。缺点是易发生自放电、价高。4．再生式燃科电池，把一种产物转化为反应物：，并重复使用而产生电能的称为再生式燃料电池10.金属的表面精饰

1，

答：(1)水化金属离子由本体溶液向电极表面的液相传质；(2)电极表面溶液层中金属离子水化数降低、水化层发生重排，使离子进一步靠近电极表面(3)部分失水的离子直接吸附于电极表面的活化部位，并借助于电极实现电荷转移，形成吸附于电极表面的水化原子，(4)吸附于电极表面的水化原于失去剩余水化层，成为金属原子进入晶格。

2，

答：对于金属络离子的阴极还原过程，过去认为是络离子总先解离成简单离子，然后简单离子再在阴极上还原。依据络合物的知识和一些实验的结果，对于络离子的阴极还原，一般认为有以下几种观点：(1)络离子可以在电极上直接放电，且在多数情况下放电的络离子的配位数都比溶液中的主要存在形式要低。其原因可能是：具有较高配位数的络离子比较稳定，

放电时需要较高活化能，而且它常带较多负电荷，受到阴极电场的排斥力较大，不利于直接放电。同时，在同一络合体系中，放电的络离子可能随配体浓度的变化而改变。(2)有的络合

的数值与超电势无直接联系，—般体系，其放电物种的配体与主要络合配体不同。(3) pK

不稳

K不稳较小的络离子还原时较大的阴极极化。

3，

答：金属共沉积的原理是：利用两种或两种以上金属同时发生阴极还原共沉积形成合金镀层。要使两种金属实现在阴极上共沉积，就必须使它们有相近的析出电势，依据金属共沉积的基本条件，只要选择适当的金属离子浓度、电极材料(决定着超电势的大小)和标准电极电势就可使两种离子同时析出。即对于析出电位相差较大的可以采取以下的措施：1，调节离子浓度2调节电流密度3加入络合剂4加入添加剂

4，

答：金属离子还原继而形成结晶层的电结晶过程一般包括了以下步骤：

(1)溶液中的离子向电极表面的扩散；

(2)电子迁移反应；

(3)部分或完全失去溶剂化外壳，导致形成吸附原子；

(4)光滑表面或异相其体上吸附原于经表面扩散，到缺陷或位锗等有利位臵；

(5)电还原得到的其他金属原子在这些位臵聚集，形成新相的核，即核化；

(6)还原的金属原子结合到晶格中生长，即核化生长；

(7)沉积物的结晶及形念特征的发展。

5，

答; (1)在金属电沉积的电势范围内，添加剂能在镀件表面上发生吸附；(2)添加剂在镀件表面的吸附对金属电沉积过程有适当的阻化作用；(3)毒性小，不易挥发，在镀液中不发生化学变化，其可能的分解产物对金属沉积过程不产生有害的影响；(4)不过分降低氢在阴极析出的超电势；(5)为了尽可能避免埋入镀层，其在镀件表面的脱附速度应比新晶核生长速度要快；

(6)添加剂的加入还不能对阳极过程造成不利的影响等。

6，

答; 1.镀液的性能2.电镀工艺条件的影响3.阳极

7,

答：电镀生产中利用具有表面活性的添加利来控制和调节金属电沉积过程，以达到改善镀液的分散能力，获得结晶细致、紧密的镀层；改善微观电流分布，以得到平整和光亮的镀层表面；以及对镀层物理性能的影响等。

8，

答：镀前处理：是获得良好镀层的前提；机械加工是指用机械的方法，除去镀件表面的毛刺、氧化物层和其他机械杂质，使镀件表面光洁平整，这样可使镀层与整体结合良好，防止毛刺的发生；酸洗的目的是为了除去镀件表面氧化层或其他腐蚀物；除油的目的是消除基体表面上的油脂；电镀：形成镀层的工序；镀后处理：镀件经电镀后表面常吸附着镀液，若不经处理可能腐蚀镀层。

9

10，

答：(1)金属的阳极溶解，如Fe→Fe2+ + 2e。

(2)阳极表面形成极薄的钝化膜。

(3)阳极表面形成钝化膜的同时，伴随着膜的溶解，金属以高价离子的形式转入溶液中；

同时，如果达到了氧的析出电势，则阳极还要析出氧气。

11，

答：阳极电泳涂装是以被镀金属基底作为阳极，带电的阴离子树脂在电场作用下进行定向移动，从顺在金属表面实现电沉积的方法。 阴极电泳涂装是以水溶性阳离子树脂为成膜基料，以工件作为阴极，从而在金属表向实现电沉积的一种电镀方法。与金属电镀不同的是，电泳漆溶液中待镀的阴、阳离子是有机树脂，而不是金属离子。电泳涂装以水为溶剂，价廉易得；有机溶剂含量少，减少了环境污染和火灾；得到的漆膜质量好且厚度易控制．没有厚边、流挂等弊病，同时涂料利用率高，易于自动化生产。

12

13

14

答：。在铝及其合金的阳极化过程的所有影响因素中，起主导作用的是硫酸的浓度和工作温度。当阳极极化在较低的硫酸浓度和温度下进行时，可以得到较厚和较硬的膜层。若同时提高电流密度，则膜层硬度虽可进一步得到提高，但膜层易产生缺陷，导致氧化物膜防护件能下降。当电解液的浓度和温度一定时，氧化膜的厚度取决于所用的电流密度和氧化时间，即氧化电量，所以常用通过电量来控制膜层的厚度。需要指出的是，为了改善膜层性能和扩大工作温度范围，出现了改进型硫酸阳极化的方法。这些方法所用的电解液大都以硫酸为主，但添加了某些无机盐或有机盐。如在20％～25％的硫酸介质中添加了15％～20％的甘油，可以得到韧性较好的软膜层；加入硫酸铵、乙酸等亦有同样的效果。添加能使溶解能力降低的某些有机二元羧酸(如草酸)，可得到较厚的和较硬的氧化物膜：同时由于添加剂的加入，电解液容许的工作温度亦有所提高。

11.无机物的电解工业

1，

答：可提供极强的氧化、还原能力，并能通过改变电化学因素，如电流密度、电极电势、电催化活性及选择性等较为方便地控制、调节反应的方向、限度及速率，因而成为很多无机产品主要的或不可取代的生产方法，如氯、氟、烧碱、氯酸盐、高活性的二氧化锰等。一是通过发生在电极表面的电化学反应直接生成产物；

二是首先在电极表面发生电化学反应，然后通过次级反应，包括溶解、离解、均相化学反应形成欲制取的产物。

2，

答：电流效率ηI 是制取一定量物质所必需的理论消耗电量Q 与实际消耗点电量Q r 之比值： %100)/(?=r I Q Q η

式中，Q 可按法拉第定律计算:zF M m Q ?=)/( 式中，m 为所得物质的质量，M 为所得物质的摩尔质量，z 为电极反应式中的电子计量数,F 为法拉第常数。实际消耗电量可通过下式计算：It Q r = 式中，I 为电流强度，t 为通电时间。

电能效率E η是为获得一定量产品，根据热力学计算所需的理论能耗与实际能耗之比。电能W 等于电压V 和电量Q 的乘积，即：Q V W ?=

理论能耗为理论分解电压量e E 和理论电量Q 的乘积，即：zF M m E W e )/(?=

实际能耗W r 为实际槽电压V 与实际消耗电量Q r 的乘积：r r Q V W ?= 由以上两式可得：W r ＝(zFV ／ηI )·(m ／M)

ηE ＝(W ／W r )×100％＝(E e Q/VQ r )＝(E e /V)·ηI ＝·ηV ·ηI

式中ηV ＝E e /V ，称为电压效率。

3，

答：槽电压由理论分解电压E e 、超电势i η、溶液电阻引起的电位降sol IR 和电解槽的各种欧姆损失IR ，计算槽电压的一般公式为：IR IR E V sol A e ++++=-ηη

4，

答：

5，

答： 隔膜糟电解法中的隔膜结构可以防止OH -进入阳极室，减少副反应，同时减小电阻率、阻止两极的电解产物混合，但离子可以通过，食盐水从阳极室注入并以一定流速通过隔膜进入阴极室，以控制OH -进入阳极室。其不足主要表现在：(1)所得碱液稀，约10％左右，需浓缩至50％才就出售；(2)碱液含杂质Cl -，经浓缩后约至1％左右；(3)电解槽电阻高，电流密度低，约0.2A 〃cm -2；(4)石棉隔膜寿命短，常只有几个月至一年左右，因此常需更换。

汞电解槽的主要优点是所得碱液的浓度高，接近50％，可直接作为商品出售，而且纯度高，几乎不含Cl -。其直流电能消耗虽高，但它不需要蒸发浓缩碱液的后处理操作。从生产能力上看，汞槽的优越性是所用电流密度大，而且可大幅度地变化，可避开城市用电高峰，随时调整电流密度。汞槽的主要缺点是有汞毒污染环境，必须严格控制排放污水中汞的含量，按时检查操作工人健康状况，加强劳动保护措施。此外汞的价格贵，投资大。

离子膜槽的优点是没有汞和石棉的公害；所得NaOH 不含C1-1，很纯，其浓度可达10％～40％，故蒸发浓缩的后处理费用要少得多；电流密度可比隔膜槽所使用的大一倍而仍保持

3.1～3.8V 的槽电压，“总能耗”相对较低，一般较隔膜法和汞法低25％以上。槽体积比前两法的电解槽小得多，特别适用于小规模生产，产量可按市场需要调节。

6，

答：

7，

（2） 电化学腐蚀和防护

1，

答：金属腐蚀现象在日常生活中是司空见惯的。金属被腐蚀后显著影响了它的使用性能，其危害还不仅仅是金属本身受损失，更严重的是金属结构遭破坏。而在由腐蚀造成的损失中，如能充分利用腐蚀与防腐知识加以保护的话，很大比例是完全可以避免的。此外，由于金属设备受腐蚀而引起的停工减产，产品质量下降，爆炸以及大量有用物质的渗漏等造成的损失也是非常惊人的。因此，搞好腐蚀的防护工作，不仅仅是技术问题，而是关系到保护资源、节约能源、节省材料、保护环境、保证正常生产和人身安全、发展新技术等一系列重大的社会和经济问题。

2，

答：电极电位的大小反映物质氧化还原能力的强弱，从而可知反应进行的条件和方向。由于大部分水溶液氧化还原反应与溶液的浓度和酸度有关，指定温度和活度时，电极电位对溶液pH 绘成图就称为电位一pH 图。电位一pH 图是用热力学数据计算绘制的。它表明反应自

广东石油化工学院14级《应用电化学》期末复习题

《应用电化学》复习题题 一选择题 1.下列哪一种放电条件对电池的放电容量和性能有利（） A温度在20~40℃之间放电、间歇放电； B深度放电、高温放电； C连续放电、放电倍率较大放电； D低温放电、30%左右的额定容量放电。 2.单位质量或单位体积的电池所输出的电量（单位为A?h?kg-1或A?h?L-1）指的是电池的（） A额定容量；B比容量；C放电倍率；D比能量。 3.对于可溶正极锂电池(如Li/SOCl2),其中可溶指的是() A Li可溶于溶剂中,形成有机电解液； B正极(SOCl2)可溶于溶剂中,形成有机电解液； C无机支持电解质可溶于溶剂中,形成有机电解液； D有机支持电解质可溶于溶剂中,形成有机电解液； 4.燃料电池与一般电池的本质区别在于（） A能量供给连续，燃烧和氧化剂由外部提供 B能量转化效率高，低或零污染排放； C高度可靠，操作简单； D比能量和比功率高，建设周期短。 5.有一个电池上的标号是LR6，它的含义是：() A碱性锌锰圆柱形5号电池；B碱性锌锰圆柱形7号电池； C碱性锌氧化银圆柱形5号电池；D碱性锌氧化银圆柱形1号电池。 6.碱性Ni/Cd电池密封的工作原理主要是：（） A负极的有效容量是正极的1.3-2.0倍； B正极的有效用量是负极的1.3-2.0倍； C正负极的有效容量基本相同，O2通过渗透膜到达负极使之还原消除； D正负极的有效容量基本相同，O2通过渗透膜到达正极使之还原消除。 7.开路电压OCV是指：() A没有电流流过外电路时电池正负极两级的电势差； B是指无负荷情况下的电池电压； C是指电池有电流流过时的端电压 D是指电池放电电池终止时的电压值。

第10章--应用电化学--习题及答案

第10章--应用电化学--习题及答案 应用电化学 习题及答案 10-1 水的标准生成自由能是-237.191kJ mol-1,求在25℃时电解纯水的理论分解电压。 解：H2O=H2 +1/2O2, 电子转移数为2，则有 ΔG = - n F Emf = -237.191kJ mol-1(n=2)，-*****=-2×*****×Emf, Emf=1.229V 10-2 298.15K时测得电池: Pt(s)| H2( pO) | HCl(b) | Hg2Cl2(s) | Hg(l) 的电动势与HCl溶液的质量摩尔浓度的关系如下 b×103/(mol kg-1) Emf / V 75.08 37.69 18.87 5.04 0.4119 0.4452 0.4787 0.5437 求（1）EO甘汞（2）b= 0.07508 mol kg-1时HCl溶液的??。解：负极反应：H2-2e-→2H+ 正极反应：Hg2Cl2 +2e-→2Hg +2Cl- 电池反应：H2+ Hg2Cl2 →2H++2Hg +2Cl- ?a2(Hg)a2(HCl)?Θ ?所以有： E mf= E-RT/2Fln?= E-RT/2Fln?a2(HCl)? ?a(H)a(HgCl)?222??Θ a(HCl)=a (H+) a(Cl-)=(??b/bΘ)2 E mf=EO甘汞- (2RT/F) ln(b/bO) 对于稀溶液，ln??=-A’(I/bΘ)1/2, 1-1价电解质I=b (1) E mf+ (2RT/F) ln(b/bO)=EO甘汞+ (2RT/F) A’ (b/bO)0.5 , 以 E mf+(2RT/F)ln(b/bO)对(b/bO)0.5作图，直线的截距EO甘汞＝0.2685 V (2) E mf=EO甘汞- (2RT/F) ln(b/bO) - (2RT/F) ln?? , ??=0.815 1 10-3 298.2K 时，在有玻璃电极的电池中，加入pH＝4.00的缓冲溶液，测得电动势为0.1122V；则当电动势为0.2305V时，溶液的

应用电化学习题及答案

应用电化学，辉卢文庆 全书思考题和习题 第一章习题解答： 1试推导下列各电极反应的类型及电极反应的过程。 (1)++ →+242Ce e Ce 解：属于简单离子电迁移反应，指电极/溶液界面的溶液一侧的氧化态物种4Ce + 借助于电极得到电子，生成还原态的物种2Ce + 而溶解于溶液中，而电极在经历氧化-还原后其物理化学性质和表面状态等并未发生变化， (2) -→++OH e O H O 44222 解：多孔气体扩散电极中的气体还原反应。气相中的气体2O 溶解于溶液后，再扩散到电极表面，然后借助于气体扩散电极得到电子，气体扩散电极的使用提高了电极过程的电流效率。 (3) Ni e Ni →++22 解：金属沉积反应。溶液中的金属离子2Ni + 从电极上得到电子还原为金属Ni ，附着于电极表面，此时电极表面状态与沉积 前相比发生了变化。 (4) -+→++OH s MnOOH O H e s MnO )()(22 解：表面膜的转移反应。覆盖于电极表面的物种(电极一侧)经过氧化-还原形成另一种附着于电极表面的物种，它们可能是氧化物、氢氧化物、硫酸盐等。 (5)2)(22OH Zn e OH Zn →-+-；--→+242])([2)(OH Zn OH OH Zn 解：腐蚀反应：亦即金属的溶解反应，电极的重量不断减轻。即金属锌在碱性介质中发生溶解形成二羟基合二价锌络合物，所形成的二羟基合二价锌络合物又和羟基进一步形成四羟基合二价锌络合物。 2．试说明参比电极应具有的性能和用途。 参比电极(reference electrode ，简称RE)：是指一个已知电势的接近于理想不极化的电极，参比电极上基本没有电流通过，用于测定研究电极(相对于参比电极)的电极电势。 既然参比电极是理想不极化电极，它应具备下列性能：应是可逆电极，其电极电势符合Nernst 方程；参比电极反应应有较大的交换电流密度，流过微小的电流时电极电势能迅速恢复原状；应具有良好的电势稳定性和重现性等。 不同研究体系可以选择不同的参比电极，水溶液体系中常见的参比电极有：饱和甘汞电极(SCE)、Ag/AgCl 电极、标淮氢电极(SHE 或NHE)等。许多有机电化学测量是在非水溶剂中进行的，尽管水溶液参比电极也可以使用，但不可避免地会给体系带入水分，影响研究效果，因此，建议最好使用非水参比体系。常用的非水参比体系为Ag/Ag+(乙腈)。工业上常应用简易参比电极，或用辅助电极兼做参比电极。在测量工作电极的电势时，参比电极的溶液和被研究体系的溶液组成往往不—样，为降低或消除液接电势，常选用盐桥；为减小末补偿的溶液电阻，常使用鲁金毛细管。 3．试描述双电层理论的概要。 解：电极/溶液界面区的最早模型是19世纪末Helmholtz 提出的平板电容器模型(也称紧密层模型)，他认为金属表面过剩的电荷必须被溶液相中靠近电极表面的带相反电荷的离子层所中和，两个电荷层间的距离约等于离子半径，如同一个平板电容器。这种

应用电化学复习试题2007126

第三章 化学电源 1、什么是化学电源？试述其结构和类型。 答：（1）化学电源：又称电池，是将氧化-还原反应的化学能直接转变为电能的装置. （2）化学电源的结构:电极材料（正、负极）、隔膜、电解液、外壳等 化学电源的类型:①一次电池（原电池）②二次电池（蓄电池或可充电电池）③贮备电池④燃料电池 2、试述有关化学电源主要性能的概念，如电动势，开路电压，工作电压，截止电压，电池容量(比能量，比功率)，连续放电，间歇放电，电池的寿命，自放电，过充电等。 电动势E ：又称理论电压，是指没有电流流过外电路时电池正负两极之间的电极电势差。开路电压OCV ：是在无负荷情况下的电池电压，一般 OCV ≤E ，只有可逆电池的OCV ＝E 。 工作电压V ：是指电池有电流流过时的端电压。 额定电压：指电池工作时公认的标准电压。 中点电压：指电池放电期间的平均电压。 截止电压：指电池放电终止时的电压值。 电池容量C C ）或安时（A ·h ） C=mzF/M 由图可知，间歇放电时电池的容量要较连 续放电时的大。 电池的寿命包含三种涵义：使用寿命是指在一定条件下，电池工作到不能使用的工作时间。循环寿命是指在二次电池报废之前，在一定条件放电条件下，电池经历充放电循环的次数，对于一次电池、燃烧电池则不存在循环寿命。贮存寿命是指电池性能或电池容量降低到额定指标以下时的贮存时间。 电压

自放电是指由于电池种一些自发过程的进行而引起的电池容量的损失。 充电时间太长，电池可能被过充电。 3、影响电池容量的因素有哪些？是如何影响的？ 答：放电电流：电池容量和放电电压随放电电流的增加而减小，放电倍率增大，则放电电流增大，电容容量减小。 放电深度：指电池放电量占额定容量的百分数，一般情况下，二次电池DOD为额定容量的20%~40%。放电形式：连续放电、间歇放电。 放电期间电池的温度：20～40oC之间放电时，性能较好。低温放电，电池活性物质化学活性的降低和电池内阻的增加，从而导致工作电压和电池放电容量降低；高温放电，虽然可以加速电极反应的速度和电解液的扩散速度，降低了极化，但温度太高，可能导致一些组分的物理的或化学的变性，有时足以造成容量的损耗。 4、什么是一次电池？一次的原因是什么？有何优点？ 答：（1）一次电池（原电池）为电池放电后不能用充电的方法使它复原的一类电池。 （2）原因是由于电池反应或电极反应的不可逆性或条件限制使电池反应很难可逆地进行所决定的。 （3）主要优点是：方便、简单、容易使用，维修工作量极少。其他优点有：贮存寿命长，适当的比能量和比功率，可靠，成本低。 5、写出氯化铵型锌锰一次电池表达式及电极反应和成流反应，说明正负极的集电器。 答：氯化铵型锌锰电池： 电池表达式：(-) Zn│NH4Cl+ZnCl2│MnO2 , C (+) 负极反应：Zn －2e→Zn2+ 正极反应：2MnO2+2H2O+2e→2MnOOH+2OH – 电池反应：Zn+2MnO2+2NH4Cl→2MnOOH+Zn(NH3)2Cl2 电池采用含NH4Cl和ZnCl2 水溶液作电解液（PH=5），采用Zn和石墨分别作为负极和正极的集电器。

应用电化学复习

应用电化学复习 第一章： 电极：工作电极WE，辅助电极CE，参比电极RE。 1.电化学体系的基本部分：①电极②隔膜③电解质溶液④电解池的设计与安装。 2.电极：电极是与电解质溶液或电解质接触的电子导体或半导体，为多相体系。 3.工作电极基本要求：①电极本身发生反应不会影响所研究的化学反应且能在较宽的电位内进行测定；②电极不与溶液的任何组分反应；③电极面积不宜太大，表面均匀平滑且易于表面净化。 4.参比电极的性能：①为可逆电极，电极电势符合Nernst方程，②参比电极反应有较大的交换电流密度，流过微小电流时电极电势能迅速复原，③具有良好的电势稳定性、重现性。 5.双电层理论的BDM模型（简述） 内层：最靠近电极的一层（紧密层），由溶剂分子+特性吸附物质组成。 第一层：水分子层:φM 第二层：水化离子剩余电荷层； IHP（内Helmholtz层）:特性吸附离子的电中心位置（距离x1处）； OHP（外Helmholtz层）:最接近电极的溶剂化离子（非特性吸附离子）的中心位置（距离x2处）； 分散层：OHP层与溶液本体之间。 6.电极反应种类 ⑴简单电子迁移反应： ⑵金属沉积反应： ⑶表面膜的转移反应： ⑷伴随着化学反应的电子迁移反应：存在于溶液中的氧化或还原物种借助于电极实施电子传递反应之前或之后发生的化学反应。 ⑸多孔气体扩散电极中的气体还原或氧化反应：气相中的气体溶解于溶液后，在扩散到电极表面，借助于气体扩散电极得到或失去电子，提高了电极过程的电流效率。 ⑹气体析出反应：某些存在于溶液中的非金属离子借助于电极发生还原、氧化反应产生气体而析出。反应过程中，电解液中非金属离子的浓度不断减小。 ⑺腐蚀反应：金属的溶解反应，金属或非金属在一定的介质中发生溶解，电极的重量不断减轻。 7.伴随着化学反应的电子迁移反应的机理（电极反应机理） （阴极还原：Ox+n e→Red. 阳极氧化：Red→Ox +ne） （1）CE机理：发生电子迁移之前发生化学反应通式：X←→Ox + ne ←→Red （2）EC机理：发生电子迁移之后发生化学反应通式：Ox + ne ←→Red ←→X （3）催化机理：EC机理中的一种，在电极和溶液之间的电子传递反应，通过电极表面物种氧化-还原的媒介作用，使反应在比裸电极低的超电势下发生，属于“外壳层”催化。 通式：Ox + ne ←→Red E步骤Red + X ←→Ox + Y C步骤（4）ECE机理：氧化还原物种先在电极上发生电子迁移反应，接着又发生化学反应，在此两反应后又发生电子迁移反应，生成产物。 8.极化：当法拉第电流通过电极时，电极电势或电池电动势对平衡值（或可逆值，或Nernst 值）会发生偏离，这种偏离称为极化。 9.极化的类型：①浓差极化、②化学极化、③电化学极化

《应用电化学》复习思考题参考答案

《应用电化学》思考题 第一章电化学理论基础 1．什么是电化学体系？基本单元有那些？ （1）由两类不同导体组成，且在电荷转移时不可避免地伴随有物质变化的体系，通常有原电池、电解池、腐蚀电池三大类型。 （2）1.电极 2.电解质溶液 3.隔膜 2．试举例说明隔膜的作用。 隔膜是将电解槽分隔为阳极区和阴极区，以保证阴极、阳极上发生氧化－还原反应的反应物和产物不互相接触和干扰。例如采用玻璃滤板隔膜、盐桥和离子交换膜，起传导电流作用的离子可以透过隔膜。 3．试描述现代双电层理论的概要. 电极\溶液界面的双电层的溶液一侧被认为是由若干“层”组成的。最靠近电极的一层为内层，它包含有溶剂分子和所谓的特性吸附的物质（离子或分子），这种内层也称为紧密层、helmholtz层或stern层，如图1.5所示。实际上，大多数溶剂分子（如水）都是强极性分子，能在电极表面定向吸附形成一层偶极层。特性吸附离子的电中心位置叫内holmholtz层（IHP），它是在距离为x1处。溶剂化离子只能接近到距电极为x2的距离处，这些最近的溶剂化离子中心的位置称外helmholtz层（OHP）。非特性吸附离子由于电场的作用会分布于称为分散层（扩散层）的三维区间内并延伸到本体溶液。在OHP层与溶液本体之间是分散层。 4．什么是电极的法拉第过程和非法拉第过程。 电极上发生的反应过程有两种类型，法拉第过程和非法拉第过程。 前者是电荷经过电极/溶液界面进行传递而引起的某种物质发生氧化或还原反应时的法拉第过程，其规律符合法拉第定律，所引起的电流称法拉第电流。 后者是在一定条件下，当在一定电势范围内施加电位时，电极/溶液界面并不发生电荷传递反应，仅仅是电极/溶液界面的结构发生变化，这种过程称非法拉第过程。 5．试述电极反应的种类和机理。 电极反应种类:（1）简单电子迁移反应；(2)金属沉积反应;（3）表面膜的转移反应;（4）伴随着化学反应的电子迁移反应;（5）多孔气体扩散电极中的气体还原或氧化反应;（6）气体析出反应;（7）腐蚀反应 电极反应的机理: （1）CE机理：指在发生电子迁移反应之前发生了化学反应，其通式为： X O X+ne Red H2HCHO + H2O C步骤 HCHO + 2H+ + 2e →CH3OH E步骤 (2) EC机理：指在电极/溶液界面发生电子迁移反应后又发生了化学反应，其通式为： O X+Ze→Red X 如：对氨基苯酚在Pt电极上的氧化反应

电化学原理复习资料

第一章 绪论 思考题 1、第一类导体和第二类导体有什么区别 答：区别：载流子的不同。第一类导体载流子为物体内部自由电子或空穴，第二类导体的载流子为正负离子。 注意：①不要漏掉空穴，②部分同学认为载流子在各自导体间导电过程涉及化学变化。这是不对的，只有在两类导体界面上传递时才会出现化学反应。 】 2、什么是电化学体系你能举出两﹑三个实例加以说明吗 答：电化学体系是指由两类不同导体组成的，是一种在电荷转移时不可避免地伴随有物质变化的体系。 实例:①镀锌的电解池，其外电路是由第一类导体组成的，而电解质是由第二类导体组成，在正极上发生氧化反应（Zn 和OH -失去电子的反应），在负极上发生还原反应（Zn 2+和H +得电子的反应。②丹尼尔电池，其外部电路时由第一类导体组成，而溶液是由第二类导体组成，其阳极上发生还原反应，阴极上发生氧化反应。 注意： ①例子不能写得过于简单，要具体说明。②“阴”、“阳”的字迹一定写清楚。 " 4、能不能说电化学反应就是氧化还原反应为什么 答：不能。因为电化学反应是发生在电化学体系中的，并伴随有电荷的转移的化学反应。而氧化还原反应则是指在反应前后元素的化合价具有相应的升降变化的化学反应。 注意：强调电化学体系，电化学反应要在两类导体组成的体系中发生反应。而氧化还原反应则没有导体类型的限制。 , 6、影响电解质溶液导电性的因素有哪些为什么 答：①电解质溶液的几何因素。对单位体积溶液，电解质溶液的导电性与离子在电场作用下迁移的路程和通过的溶液截面积有关，这同单位体积金属导体受其长度和横截面积的影响类似。 ②离子运动速度。离子运动速度越大，传递电量就越快，导电能力就越强。离子运动速度又受到离子本性、溶液总浓度、温度、溶剂粘度等的影响。 ③离子浓度。离子浓度越大，则单位体积内传递的电量就越大，导电能力越强。但如果离子浓度过大，离子间距离减少，其相互作用就加强，致使离子运动的阻力增大，这反而能降低电解质的导电性能。 ④溶剂性质。影响离子的电离、水化半径、粘度等。 ; 电解质溶液导电性的影响是多方面的，而各因素间又能相互影响。 问题：容易忽略第一条，同时具体影响情况应尽量全面。 第二章电化学热力学 习题2、计算25℃时下列电池的电动势。 ' (2) Pt kg mol FeCl kg mol FeCl kg mol SnCl kg mol SnCl Pt |)/001 .0()/01.0(||)/01.0()/001.0(|2342，，

应用电化学习题及答案

应用电化学,杨辉卢文庆 全书思考题和习题 第一章习题解答: 1试推导下列各电极反应的类型及电极反应的过程。 （1)++ →+242Ce e Ce 解:属于简单离子电迁移反应,指电极／溶液界面的溶液一侧的氧化态物种4Ce + 借助于电极得到电子，生成还原态的物种2Ce + 而溶解于溶液中，而电极在经历氧化—还原后其物理化学性质和表面状态等并未发生变化, （２） -→++OH e O H O 44222 解：多孔气体扩散电极中的气体还原反应．气相中的气体2O 溶解于溶液后,再扩散到电极表面,然后借助于气体扩散电极得到电子,气体扩散电极的使用提高了电极过程的电流效率。 （３） Ni e Ni →++22 解:金属沉积反应。溶液中的金属离子2Ni + 从电极上得到电子还原为金属Ｎi,附着于电极表面，此时电极表面状态与沉积前 相比发生了变化。 （４） -+→++OH s MnOOH O H e s MnO )()(22 解:表面膜的转移反应.覆盖于电极表面的物种(电极一侧）经过氧化—还原形成另一种附着于电极表面的物种,它们可能是氧化物、氢氧化物、硫酸盐等。 (５)2)(22OH Zn e OH Zn →-+-；--→+242])([2)(OH Zn OH OH Zn 解：腐蚀反应:亦即金属的溶解反应，电极的重量不断减轻。即金属锌在碱性介质中发生溶解形成二羟基合二价锌络合物,所形成的二羟基合二价锌络合物又和羟基进一步形成四羟基合二价锌络合物. ２.试说明参比电极应具有的性能和用途。 参比电极(re ｆe ｒｅn ｃe ｅl ｅct ｒode ，简称ＲE):是指一个已知电势的接近于理想不极化的电极，参比电极上基本没有电流通过,用于测定研究电极(相对于参比电极)的电极电势。 既然参比电极是理想不极化电极，它应具备下列性能:应是可逆电极,其电极电势符合Ne ｒns ｔ方程；参比电极反应应有较大的交换电流密度,流过微小的电流时电极电势能迅速恢复原状;应具有良好的电势稳定性和重现性等。 不同研究体系可以选择不同的参比电极,水溶液体系中常见的参比电极有：饱和甘汞电极（SCE)、Ag ／ＡｇCl 电极、标淮氢电极(ＳHE 或N ＨE)等。许多有机电化学测量是在非水溶剂中进行的,尽管水溶液参比电极也可以使用,但不可避免地会给体系带入水分,影响研究效果,因此,建议最好使用非水参比体系。常用的非水参比体系为Ag ／Ａg+(乙腈)。工业上常应用简易参比电极,或用辅助电极兼做参比电极.在测量工作电极的电势时,参比电极内的溶液和被研究体系的溶液组成往往不-样,为降低或消除液接电势,常选用盐桥；为减小末补偿的溶液电阻，常使用鲁金毛细管。 3.试描述双电层理论的概要。 解：电极/溶液界面区的最早模型是19世纪末H ｅlmho ｌｔz 提出的平板电容器模型（也称紧密层模型）,他认为金属表面过剩的电荷必须被溶液相中靠近电极表面的带相反电荷的离子层所中和,两个电荷层间的距离约等于离子半径,如同一个平板电容器．这

应用电化学部分习题答案(供参考)

第一章习题解答： 1试推导下列各电极反应的类型及电极反应的过程。 (1)++ →+242Ce e Ce 解：属于简单离子电迁移反应，指电极/溶液界面的溶液一侧的氧化态物种4Ce + 借助于电极得到电子，生成还原 态的物种2Ce + 而溶解于溶液中，而电极在经历氧化-还原后其物理化学性质和表面状态等并未发生变化， (2) -→++OH e O H O 44222 解：多孔气体扩散电极中的气体还原反应。气相中的气体2O 溶解于溶液后，再扩散到电极表面，然后借助于气体扩散电极得到电子，气体扩散电极的使用提高了电极过程的电流效率。 (3) Ni e Ni →++22 解：金属沉积反应。溶液中的金属离子2Ni + 从电极上得到电子还原为金属Ni ，附着于电极表面，此时电极表 面状态与沉积前相比发生了变化。 (4) -+→++OH s MnOOH O H e s MnO )()(22 解：表面膜的转移反应。覆盖于电极表面的物种(电极一侧)经过氧化-还原形成另一种附着于电极表面的物种，它们可能是氧化物、氢氧化物、硫酸盐等。 (5)2)(22OH Zn e OH Zn →-+-；--→+242])([2)(OH Zn OH OH Zn 解：腐蚀反应：亦即金属的溶解反应，电极的重量不断减轻。即金属锌在碱性介质中发生溶解形成二羟基合二价锌络合物，所形成的二羟基合二价锌络合物又和羟基进一步形成四羟基合二价锌络合物。 2．试说明参比电极应具有的性能和用途。 参比电极(reference electrode ，简称RE)：是指一个已知电势的接近于理想不极化的电极，参比电极上基本没有电流通过，用于测定研究电极(相对于参比电极)的电极电势。 既然参比电极是理想不极化电极，它应具备下列性能：应是可逆电极，其电极电势符合Nernst 方程；参比电极反应应有较大的交换电流密度，流过微小的电流时电极电势能迅速恢复原状；应具有良好的电势稳定性和重现性等。 不同研究体系可以选择不同的参比电极，水溶液体系中常见的参比电极有：饱和甘汞电极(SCE)、Ag/AgCl 电极、标淮氢电极(SHE 或NHE)等。许多有机电化学测量是在非水溶剂中进行的，尽管水溶液参比电极也可以使用，但不可避免地会给体系带入水分，影响研究效果，因此，建议最好使用非水参比体系。常用的非水参比体系为Ag/Ag+(乙腈)。工业上常应用简易参比电极，或用辅助电极兼做参比电极。在测量工作电极的电势时，参比电极内的溶液和被研究体系的溶液组成往往不—样，为降低或消除液接电势，常选用盐桥；为减小末补偿的溶液电阻，常使用鲁金毛细管。 3．试描述双电层理论的概要。 解：电极/溶液界面区的最早模型是19世纪末Helmholtz 提出的平板电容器模型(也称紧密层模型)，他认为金属表面过剩的电荷必须被溶液相中靠近电极表面的带相反电荷的离子层所中和，两个电荷层间的距离约等于离子半径，如同一个平板电容器。这种由符号相反的两个电荷层构成的界面区的概念，便是“双电层”一词的起源。

应用电化学 简单题附答案

1.何谓电毛细曲线？何谓零电荷电势？由lippman 公式可进一步得到界面双电层的微分电容Cd ，请给出Cd 的数学表达式。 答：①将理想极化电极极化至不同电势（Φ），同时测出相应的界面张力（σ值），表征Φ-6关系的曲线为“电毛细曲线”。②“零电荷电势”是指σ-Φ曲线上最高点处d σ/d Φ=0即q=0（表面不带有剩余电荷）相应的电极电势，用Φ0表示。③由lippman 公式：q=-（d σ/d Φ)μ 1 ,μ 2 ,...μi ;及Cd=dq/d Φ得Cd=-d 2σ/d Φ2 2.何谓电化学极化？产生极化的主要原因是什么？试分析极化在电解工业（如氯碱工业）﹑电镀行业和电池工业的利弊。 答：①电化学极化是指外电场作用下，由于电化学作用相对于电子运动的迟缓性改变了原有的电偶层而引起电极电位变化。（即电极有净电流通过时，阴、阳电流密度不同，使平衡状态受到了破坏，而发生了电极电位的“电化学极化”）。②原因：电化学反应迟缓、浓差极化。③从能量角度来看，极化对电解是不利的；超电势越大，外加电压越大，耗能大。极化在电镀工业中是不利的，氢在阴极上析出是不可避免的副反应，耗能大，但同时使阴极上无法析出的金属有了析出的可能。极化使电池放电时电动势减少，所做电功也减小，对电池工业不利 3.参比电极需选用理想极化电极还是不极化电极？目前参比电极有那些类型？选择参比电极需考虑什么？ 答：① 参比电极选用理想不极化电极。②类型：标准氢电极，饱和甘汞电极，Ag/Agcl 电极，Hg/HgO/OH -电极。③考虑的因素：电极反应可逆，稳定性好，重现性好，温度系数小以及固相溶解度小，与研究体系不反应 4.零电荷的电势可用哪些方法测定？零电荷电势说明什么现象？能利用零电荷电势计算绝对电极电位吗？ 答：①电毛细法和微分电容法。②零电荷电势表明了“电极/溶液”界面不会出现由于表面剩余电荷而引起的离子双电层现象；③不能将此电势看成相间电势的绝对零点，该电势也是在一定参比电极下测得的，所以不能用于计算绝对电极电位。 5.为什么卤素离子在汞电极上吸附依F ﹤Cl ﹤I 的顺序而增强，特性吸附在电毛细曲线和微分电容曲线上有何表现？ 答：①卤素离子为表面活性物质，阴离子吸附主要发生在比零电荷电势更正的电势范围，由于 F - 、cl - 、 I -离子半径依次增大，可极化度增大，吸附能力增强，所以在汞电极上，I ->cl ->F -.②特性吸附在两种曲线上的左半支曲线不同，零电荷电势负移。 6.何谓非稳态扩散？其初始条件和一个边界条件是什么？另一边界条件由极化条件决定。 答：①非稳态扩散：在电化学反应开始阶段，由于反应粒子浓度变化幅度较小，液相传质不足，粒子被消耗，此时浓度极化处于发展阶段，称之为传质过程的非稳态阶段②初始条件：C i （x,0）=C i 0 开始电极前扩散粒子完全均匀分布在液相中。边界条件：C i （∞，t ）=C i 0，无穷远处不出现浓度极化。③另一边界条件：极化条件 7.溶液中有哪几种传质方式，产生这些传质过程的原因是什么？ 答：对流、扩散、电迁移。①对流：由于流体各部分之间存在浓度或温度差或者外部机械作用力下所引起；②扩散：由于某一组分存在浓度梯度，粒子由高浓度向低浓度转移；③电迁移：在外电场作用下，液相中带电粒子作定向移动。 8.稳态扩散和非稳态扩散的特点是什么，可以用什么定律来表示？ 答：①稳态扩散：扩散粒子的浓度只与距离有关，与时间无关。用Fick 第一定律 表示，J 表示扩散流量。②非稳态扩散：扩散粒子的浓度同时是距离和时间的函数。用Fick 第二定律 9.说明标准电极反应速度常数k S 和交换电流密度i 0的物理意义，并比较两者的区别。 答：①k S ：当电极电势为反应体系的标准平衡及反应粒子为单位浓度时，电极反应进行的速率（md/s ）。i 0：反应在平衡电势下的电流密度，即有i 0=i a =i k ②相同点：数值越大，表示该反应的可逆性越强。不同点：k S 与浓度无关，i 0与反应体系各种组分的浓度有关。 10.为什么有机物在电极上的可逆吸附总是发生在一定的电位区间内？ 答：越正的电势，有机物易被氧化；电势越负，易被还原，因此其可逆吸附发生在平衡电势附近值，即一定的电位区间内。 11.试说明锂离子电池的正极和负极材料是何物质？为什么其溶剂要用非水有机溶剂? 锂离子电池比一般的二次电池具有什么特点？ 答：①正极：主要是嵌锂化合物，包括三维层状的LiCoO 2,LiNiO 2,三维的TiO 2。负极：主要是碳素材料，如石墨、碳纤维。②锂遇水反应生成H 2，可能有爆炸的危险，所以要用非水有机溶剂。③

应用电化学思考题

应用电化学 第一部分电化学基础 什么是三电极体系？试画出三电极体系示意图，通过它如何测得所需参数？ 物质的传递形式有哪些？如果溶液中存在大量的惰性电解质，则电极过程中的液相传质步骤主要由哪些形式的传质作用所决定？试分析说明。 试说明参比电极应具有的性能和用途。 为什么说电极过程是一特殊的异相氧化还原反应？ 影响电极表面反应能力的因素有哪些？ 名词解释：电极极化零电荷电势恒电位法理想极化电极速度控制步骤 第二部分化学电源 试分析锌-锰电池中二氧化锰的电极过程，并说明二氧化锰电极的可逆性。 写出镉-镍电池的表达式，并计算其理论质量比能量。 写出碱性锌锰电池的表达式，并计算其理论质量比能量。 金属氢化物-镍电池的优点是什么？ 什么是镉-镍电池的镉氧循环？ 写出铅酸电池的表示式，并计算其理论质量比能量。 密封镉-镍电池的工作原理是什么？应采取什么措施？ 什么是电池的记忆效应？什么是电池失效？ 金属氢化物-镍电池中吸氢电极用贮氢材料应具备什么条件？ 影响电池容量的因素有那些？ 什么是放电制度？ 影响电池自放电的因素有哪些？应采取什么措施？ 粉末多孔电极的优点是什么？采用多孔电极的主要目的是什么？ 名词解释： 开路电压工作电压终止电压容量和能量（理论、实际、额定） 写出铅酸电池的表示式及电极反应，并计算其理论质量比容量和理论质量比能量。已知铅酸电池的电动势为2.044V。有关物质的摩尔质量为：Pb 207.2 g·mol-1；PbO2 239.2 g·mol-1；H2SO4 98 g·mol-1。 第三部分金属电沉积 什么是阴极性镀层？什么是阳极性镀层？作为镀层它们是如何对基体金属起防护作用的？什么是镀液的分散能力？如何测量？ 什么是阴极除油和阳极除油？各有什么优缺点？ 写出高碳钢的镀前工艺流程，并说明各工序的目的？为什么不采用阴极除油和阴极电解活化？ 超声波清洗的原理是什么？ 弱浸蚀作为镀前处理的最后一道工序，其目的和作用是什么？ 电沉合金积的条件有哪些？应采取什么措施？ 什么是化学镀？与电镀相比化学镀有什么优点？可以使用的还原剂有哪些？ 什么是复合镀层？复合电镀的基本条件是什么？ 在塑料电镀中粗化、敏化、活化的目的是什么？ 什么是化学转化膜？什么是铝的阳极氧化？其膜层具有哪些性质？ 氧化膜封闭的目的是什么？可采用什么方法？

应用电化学--简单题附答案

lippman公式可进一步得到界面双电层的微分电xxCd，请给出Cd的数学表达式。 答：①将理想极化电极极化至不同电势（Φ）， 同时测出相应的界面张力（σ值），表征Φ-6关 系的曲线为“电毛细曲线”。②“零电荷电势” 是指σ-Φ曲线上最高点处dσ/dΦ=0即q=0（表 面不带有剩余电荷）相应的电极电势，用Φ 0表示。 ③由lippman公式：q=-（dσ/dΦ)μ 1,μ 2,... μ i;及Cd=dq/dΦ得Cd=-d2σ/dΦ2 2.何谓电化学极化？产生极化的主要原因是什 么？试分析极化在电解工业（如氯碱工业）﹑电 镀行业和电池工业的利弊。 答：①电化学极化是指外电场作用下，由于电化 学作用相对于电子运动的迟缓性改变了原有的 电偶层而引起电极电位变化。（即电极有净电流 通过时，阴、阳电流密度不同，使平衡状态受到 了破坏，而发生了电极电位的“电化学极化”）。

②原因：电化学反应迟缓、浓差极化。③从能量角度来看，极化对电解是不利的；超电势越大， 外加电压越大，耗能大。极化在电镀工业中是不 利的，氢在阴极上析出是不可避免的副反应，耗 能大，但同时使阴极上无法析出的金属有了析出 的可能。极化使电池放电时电动势减少，所做电 功也减小，对电池工业不利 3.参比电极需选用理想极化电极还是不极化电 极？目前参比电极有那些类型？选择参比电极 需考虑什么？ 答：①参比电极选用理想不极化电极。②类型：标准氢电极，饱和甘汞电极，Ag/Agcl电极， Hg/HgO/OH-电极。③考虑的因素：电极反应可逆，稳定性好，重现性好，温度系数小以及固相溶解 度小，与研究体系不反应 4.零电荷的电势可用哪些方法测定？零电荷电 势说明什么现象？能利用零电荷电势计算绝对 电极电位吗？ 答：①电毛细法和微分电容法。②零电荷电势表明了“电极/溶液”界面不会出现由于表面剩余 电荷而引起的离子双电层现象；③不能将此电势

应用电化学思考题

应用电化学思考题

《应用电化学》思考题 第三章 化学电源 1. 什么是化学电源？试述其结构和类型。 （1）由两类不同导体组成，且在电荷转移时不可避免地伴随有物质变化的体系，通常有原电池、电解池、腐蚀电池三大类型。 （2）1.电极 2.电解质溶液 3.隔膜 2. 试述有关化学电源主要性能的概念，如电动势、开路电压、工作电压、截止电压 电池容量、连续放电、间歇放电、电池的寿命、自放电、过充电等.。 电动势E ：又称理论电压，是指没有电流流过外电路时电池正负两极之间的电极电势差。 开路电压OCV ：是在无负荷情况下的电池电压，一般 OCV ≤E ，只有可逆电池的OCV ＝E 。工作电压V ：是指电池有电流流过时的端电压。 额定电压：指电池工作时公认的标准电压。 中点电压：指电池放电期间的平均电压。 截止电压：指电池放电终止时的电压值。 电池容量C ：指在一定放电条件下，电池放电到终止电压时所能放出的电量，单位为库仑（C ）或安时（ A ·h ） C=mzF/M 由图可知，间歇放电时电池的容量要较连续放电时的大。 电池的寿命包含三种涵义：使用寿命是指在一定条件下，电池工作到不能使用的工作时间。循环寿命是指在二次电池报废之前，在一定条件放电条件下，电池经历充放电循环的次数，对于一次电池、燃烧电池则不存在循环寿命。贮存寿命是指电池性能或电池容量降低到额定指标以下时的贮存时间。 充电时间太长，电池可能被过充电。 3.什么是一次电池？一次的原因是什么？有何优点？ （1）一次电池（原电池）为电池放电后不能用充电的方法使它复原的一类电池。 （2）原因是由于电池反应或电极反应的不可逆性或条件限制使电池反应很难可逆地进行所决定的。 （3）主要优点：方便、简单、容易使用，维修工作量极少。其他优点有：贮存寿命长，适当的比能量和比功率，可靠，成本低。 5.写出验证锌锰一次电池表达式及电极电池反应，并说明其主要结构和特征。 电池表达式为 ：(一)Zn │浓KOH │MnO2 ，C （+） 负极反应： Zn+2OH - —2e →Zn(OH)2 Zn(OH)2+2OH-→[Zn(OH)4]2- 正极反应： MnO2+H2O+e →MnOOH+OH - MnOOH+H2O+e →Mn(OH)2+OH – 电池反应：Zn+MnO2+2H2O+2OH -→Mn(OH)2+Zn(OH)42- 电池采用浓KOH 作电解液（PH ≈5），采用Zn 和石墨分别作为负极和正极的集电器。该电池的特点是自放电小、内阻小、放电电压比盐类电解液的要高且稳定，同时由于电解MnO2(EMD)的使用，电池具有较高的容量。 6.试述锂一次电池的通性，写出Li/SO 2电池的电极和电池反应 (1)性质：(A).理论容量：较高，约为锌的4.7倍 (B).电压输出功率：锂的电负性最低，电极电势负值最高，因此锂的电压高达4v 以上，输出能量超出200w ·h ·kg-1 (2)Li/SO2电池： 电池表达式为：(-) Li │LiBr ，乙腈 │SO2，C (+) 电极：正极为多孔的C 和SO2，SO2以液态形式加到电解质溶液内，Li 为负极 电池反应：2Li+2SO2→Li2S2O4 7.试述二次电池的一般性质 一）评价二次电池性能的主要指标 除电流、电压、电池容量、比性能、比功率等以外，还有容量效率，伏特效率、能量效率和充放电行为等。 1）容量效率：蓄电池放电输出的电量和充电至原始状态时所需电量的比。 2）伏特效率：蓄电池放电和充电过程的工作电压之比。 3）能量效率：指容量效率和伏特效率的乘积，它是评价电池能量瞬时和极化行为的综合指标。 4）充放电行为：是评价二次电池优劣的重要指标 1.恒电流放电：在放电过程中改变负载电阻，维持电流不变。 2.恒电阻放电：放电过程中负载电阻阻值不变。 电压 时间

应用电化学期末复习题精讲

1.如何设计电化学反应体系？ 在电解时正极是，负极是；在原电池中正极是，负极是。(B) A. 阳极，阴极；阳极，阴极 B. 阳极，阴极；阴极，阳极 C. 阴极，阳极；阳极，阴极 D. 阴极，阳极；阳极，阴极 2. 下列属于Steam双电层模型图的是（C） A B C D 3. 以下不是电催化剂性能特点的是（D） A. 催化剂有一定的电子导电性 B. 电催化剂具有较高的催化活性 C.催化剂具有一定的电化学稳定性 D. 催化剂要具备耐高温、高压的特性 4. 评价电催化性能最常用的分析方法是（A） A.循环伏安法 B. 旋转圆盘电极法 C. 计时电流法 D. 稳态极化法 5电解硫酸铜溶液时，析出128g铜（M=64），需要通入多少电量（A） A. 96500C B. 48250C C . 386000C D. 24125C 6. 电毛细现象是界面张力随（ B ）变化的现象。 A. 溶液密度 B. 电极电位 C. 电极电流 D. 溶液正负离子数 7. 以下不属于电催化与异相化学催化不同之处的是（C） A. 电催化与电极电位有关

B. 溶液中不参加电极反应的离子和溶剂分子常常对电催化有明显影响 C. 电催化不能应用在离子浓度较高的溶液中 D. 电催化通常在相对较低的温度下即可起到催化作用 8. 电池容量的大小与电池大小（ ），与放点条件 （ ）（A ） A. 有关， 有关 B. 有关，无关 C. 无关，有关 D. 无关，无关 9. 下列关于电池寿命的叙述中错误的是 （D ） A. 在一定条件下，电池工作到不能使用的工作时间 B. 二次电池报废以前，在一定的充放电条件下，电池经历的充放电次数为 其循环寿命 C. 贮存寿命是指电池性能或电池容量降低到额定指标以下时的贮存时间 D. 燃料电池的循环寿命较长 10.电解水溶液，镍电极上的 ，当i k 增加到原来的10倍时，η的值为 （ B ） （提示：已知中的b 为0.15V ） A.0.35V B. 0.50V C. 0.63V D. 0.49V 11. 一个有机电合成产品要实现工业化必须达到以下指标中不包括哪一条 （ B ） A.电流效率>50% B. 电解能耗>81kW h kg -??最终产物 C. 在电解液中最终产物浓度>10% D. 最终产物能简单分离 12. 在其他条件不变时，电解质溶液的摩尔电导率随溶液浓度的增加而 （ B ） A. 增大 B.降低 C. 先增后减 D.不变 13. 下列对化学电源的描述哪个是不准确的：C A. 在阳极上发生氧化反应 B. 电池内部由离子传输电荷 C. 在电池外线路上电子从阴极流向阳极

精选电化学习题及答案一

学农作业——电化学习题 班级 姓名 学号 1.碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌—锰碱性电池以氢氧化 钾溶液为电解液，电池总反应式为： Zn(s)+2MnO 2(s)+H 2O(l)==Zn(OH)2(s)+Mn 2O 3(s) 下列说法错误．． 的是 （ ） A ．电池工作时，锌失去电子 B ．电池正极的电极反应式为：2MnO 2(s)+H 2O(1)+2e —=Mn 2O 3(s)+2OH —(aq) C ．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D ．外电路中每通过O.2mol 电子，锌的质量理论上减小6.5g 2．高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放 电电压。高铁电池的总反应为 3Zn + 2K 2FeO 4 + 8H 2O 3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH 下列叙述不正确．．． 的是 （ ） A ．放电时负极反应为：Zn —2e — +2OH —= Zn(OH)2 B ．充电时阳极反应为：Fe(OH)3 —3e — + 5 OH — = FeO 24 + 4H 2O C ．放电时每转移3 mol 电子，正极有1mol K 2FeO 4被氧化 D ．放电时正极附近溶液的碱性增强 3.金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe 、Zn 、Cu 、Pt 等杂质，可用电解法制备高纯度 的镍，下列叙述正确的是（已知：氧化性Fe 2＋＜Ni 2＋＜Cu 2＋）（ ） A 阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni 2＋＋2e －＝Ni B 电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等 C 电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe 2＋和Zn 2＋ D 电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu 和Pt 4.把分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、氯化铝的三个电解槽串联，在一定条件下通电一段时 间后，析出钾、镁、铝的物质的量之比为 （ ） A.1:2:3 B.3:2:1 C.6:3:1 D.6:3:2 5．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是( ) A 两烧杯中铜片表面均无气泡产生 B 甲中铜片是正极，乙中铜片是负极 C 两烧杯中溶液的pH 均增大 D 产生气泡的速度甲比乙慢 6.以惰性电极电解CuSO4溶液，若阳极析出气体0.01mol ，则阴极 上析出Cu 为（ ） A 、0．64g B 、1.28g C 、2.56g D 、5.12g 7．某同学按右图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是 （ ） A ．电解过程中，铜电极上有H 2产生 B ．电解初期，主反应方程式为：Cu+H 2SO 4 电解 CuSO 4+H 2↑ C ．电解一定时间后，石墨电极上无铜析出 D ．整个电解过程中，H ＋的浓度不断增大 8.下列叙述正确的是 （ ） A 、在原电池的负极和电解池的阴极上都是发生失电子的氧化反应 B 、用惰性电极电解Na 2SO 4溶液，阴阳两极产物的物质的量之比为1：2 C 、用惰性电极电解饱和NaCl 溶液，若有1 mol 电子转移，则生成1 molNaOH 放电 充电

应用电化学复习思考题

应用电化学复习思考题 第一章 一. 基本概念 1.法拉第过程和非法拉第过程 法拉第过程：即电荷经过电极/溶液界面进行传递而引起的某种物质发生氧化或还原反应时的过程，其规律符合法拉第定律，所引起的电流称法拉第电流。 非法拉第过程：在一定条件下，一定电势范围内施加电位时，电荷没有经过电极/溶液界面进行传递，而仅是电极溶液界面的结构发生变化的过程。形成一定的界面结构只需耗用有限的电量，只会在外电路引起瞬间电流（与电容器充电过程相似）。 2.双电层 电极和溶液界面带有的电荷符号相反，故电极/溶液界面上的荷电物质能部分地定向排列在界面两侧的现象。 3.极化 在电极上有电流通过时，随着电极上电流密度的增加，电极实际分解电位值对平衡值的偏离也愈来愈大，这种对平衡电位的偏离称为电极的极化。 4.循环伏安法 循环伏安法是指加在工作电极上的电势从原始电位E0开始，以一定速度v扫描到一定电势E1，再将扫描方向反向进行扫描到原始电位E0，然后在E0和E1之间进行循环扫描（循环三角波电压）。 二. 问答 1.试说明参比电极具有的性能和用途。 用于测定研究电势的电极。

1.参比电极应具有良好的可逆性，电极电势符合Nernst方程 2.参比电极应不易极化； 3.参比电极应具有好的恢复性， 4.参比电极应具有良好的稳定性 5.参比电极应具有良好的重现性； 2.试描述双电层理论的概要。 双电层理论的发展经历了若干发展阶段 1.亥姆荷茨（Helmholtz）模型（紧密层模型）2. 估依（Gouy）和恰帕曼（Chapman）模型3.斯特恩（Stern）模型（紧密层和分散层模型）、GCS（Gouy-Chapman-Stern）模型4. BDM（Bockris-Davanathan-Muller) 双电层模型。（详见PPT 第一章82） 3.什么是零电荷电势？零电荷电势有什么作用？可以用来测定零电荷电势的主要实验方法有哪些？ 电极表面不带电，相应的电极电势称为“零电荷电势”。 在计算电池的电动势时不能用合理电势处理电极过程动力学问题。真正起作用的仍然是相对于某一参比电极测得的相对电极电势。零电荷电势有一定参考意义。 通过测量电毛细曲线（液态金属电极，求得与最大界面张力所对应的电极电位值）和微分电容法 4.试述电极反应的种类和机理。 主要类型：1. 简单电子迁移反应2.金属沉积反应3.表面膜的转移反应 4.伴随着化学反应的电子迁移反应 5.多孔气体扩散电极中的气体还原或氧化反应6.气体析出反应7.腐蚀反应 机理：电极反应除简单电子迁移反应外，绝大多数电极反应过程是以多步骤进行的，如伴随电荷迁移过程的吸、脱附反应和化学反应。伴随化学反应的电子迁移反应的机理：CE机理、 EC机理、催化机理、ECE机理 5.试述电极过程的基本历程和特点。 历程：1. 物质传递：反应物从溶液本体相传递到电极表面以及产物