电极过程动力学 电化学
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电化学第3章电化学极化讲解第3章电化学极化(电荷转移步骤动⼒学)绪论中曾提到:⼀个电极反应是由若⼲个基本步骤形成的,⼀个反应⾄少有三个基本步骤:00R R ze O O s s →→+→-1) 反应粒⼦⾃溶液深处向电极表⾯的扩散——液相传质步骤。
2) 反应粒⼦在界⾯得失电⼦的过程——电化学步骤。
3) 产物⽣成新相,或向溶液深处扩散。
当有外电流通过电极时,?将偏离平衡值,我们就说此时发⽣了极化。
如果传质过程是最慢步骤,则?的偏离是由浓度极化引起的(此时0i s i C C ≠,e ?的计算严格说是⽤s i C 。
⽆浓度极化时0i s i C C =,?的改变是由s i C 的变化引起)。
这时电化学步骤是快步骤,平衡状态基本没有破坏。
因此反映这⼀步骤平衡特征的Nernst ⽅程仍能使⽤,但须⽤?代e ?,s i C 代0i C ,这属于下⼀章的研究内容。
如果传质等步骤是快步骤,⽽电化学步骤成为控制步骤,则这时?偏离e ?是由电化学极化引起的,也就是本章研究的内容。
实际上该过程常常是⽐较慢的,反应中电荷在界⾯有积累(数量渐增),?随之变化。
由此引起的?偏离就是电化学极化,这时Nernst ⽅程显然不适⽤了,这时?的改变将直接以所谓“动⼒学⽅式”来影响反应速度。
3.1 电极电位与电化学反应速度的关系电化学反应是⼀种特殊的氧化—还原反应(⼀个电极上既有氧化过程,⼜有还原过程)。
若⼀个电极上有净的氧化反应发⽣,⽽另⼀个电极上有净的还原反应发⽣,则在这两个电极所构成的电化学装置中将有电流通过,⽽这个电流刚好表征了反应速度的⼤⼩,)(nFv i v i =∝[故电化学中总是⽤i 表⽰v ,⼜i 为电信号,易测量,稳态下串联各步速度同,故浓差控制也⽤i 表⽰v 。
i 的单位为A/cm 2,zF 的单位为C/mol ,V 的单位为mol/(cm 2.s )]。
既然电极上有净的反应发⽣(反应不可逆了),说明电极发⽣了极化,?偏离了平衡值,偏离的程度⽤η表⽰,极化的⼤⼩与反应速度的⼤⼩有关,这⾥就来研究i ~?⼆者间的关系。
电化学中的电极反应机理分析电化学作为一门应用广泛的学科,在各个领域中都有着广泛的应用。
在电化学研究中,电极反应是一个重要的研究方向。
电极反应的发生是通过电极表面的化学反应来完成的,包括氧化还原反应、离子转移反应等。
这些反应过程能够影响到物质的电导、电解质、电化学过程等方面,在化学分析、电解等实际应用中都有着广泛的应用。
电极反应是一个动力学过程,该过程既与电极的物理和化学性质相关,也与电解质的特性有关。
因此,研究电极反应必须深入了解其机理和动力学过程。
本文就电极反应的机理进行分析探讨。
一、电极反应的机理1. 氧化还原反应机理氧化还原反应是电极反应中最常见的一种反应。
该反应中,电极上的化学物质会将其氧化或还原。
氧化还原反应可分为阳极氧化反应和阴极还原反应两种。
在阳极上,氧化还原反应一般以阴离子为反应物,通过丟失电子完成氧化反应;在阴极上,氧化还原反应则以阳离子为反应物,通过获取电子完成还原反应。
2. 离子转移反应机理离子转移反应在电极反应中同样具有重要的意义。
离子转移反应是电析、电渗析、电渗透等实验中的基础原理。
在这些实验中,电极表面的离子被转移至电解质中,从而完成电解质中离子组分的分离和提纯。
离子转移反应中,阳极上的离子往往以氧化形式在氧化反应中被处理,被还原成中性或负离子;阴极上的离子则以还原形式在还原反应中被处理,被氧化成中性或正离子。
因此,在离子转移反应中,离子的迁移是通过氧化还原反应完成的。
3. 反应速率控制机理在电极反应中,反应速率控制机理的研究同样具有重要意义。
在反应速率控制机制中,反应速率是由反应的限制步骤控制的,因此该步骤将成为影响反应速率的瓶颈。
反应速率控制机理的探讨,将有助于我们更好地了解反应过程,通过调整反应条件,优化化学反应,提高反应速率。
二、电极反应的动力学过程电化学反应的动力学过程是指电化学反应中化学反应进程与电流进度之间的关系。
电化学反应的机理是更深入了解动力学过程的基础。
电化学课程标准解读
电化学课程标准解读应由本人根据自身实际情况书写,以下仅供参考,请您根据自身实际情况撰写。
电化学是化学的一个重要分支,涉及到电能和化学能的相互转化。
在现代工业、能源、环保、生命科学等领域,电化学都有着广泛的应用。
因此,电化学课程是化学专业的重要课程之一。
在电化学课程中,学生需要掌握电化学的基本概念、原理和方法,了解电化学在各个领域的应用。
同时,学生还需要掌握电化学实验的基本技能和方法,能够独立完成实验,并对实验结果进行分析和解释。
在电化学课程中,学生需要学习的内容包括:电化学基础知识、电极过程动力学、电解与电镀、电池与燃料电池、光电化学等。
其中,电极过程动力学是电化学的核心内容,涉及到电极反应的速率、反应机理、反应动力学方程等知识点。
电解与电镀是电化学在工业上的应用,涉及到电解反应的原理、电解槽的设计、电极材料的制备等知识点。
电池与燃料电池是电化学在能源领域的应用,涉及到电池的原理、电极材料的制备、燃料电池的原理等知识点。
光电化学是电化学与光学的交叉学科,涉及到光电转换的原理、光电材料的制备等知识点。
在电化学课程中,学生需要掌握的实验技能包括:电极的制备和表征、电解实验、电池性能测试等。
通过这些实验,学生可以加深对电化学知识的理解,提高实验技能和数据分析能力。
总之,电化学课程是一门重要的化学专业课程,涉及到的知识点广泛,需要学生具备扎实的基础知识和实验技能。
通过学习电化学课程,学生可以更好地理解电能和化学能的相互转化,为今后的学习和工作打下坚实的基础。
电化学反应的机理和动力学电化学反应是指在电化学电池中,通过电子和离子在电极之间的转移而发生的化学反应。
电化学反应的机理和动力学是研究这些反应发生的原理和速率的重要内容。
本文将分别介绍电化学反应的机理和动力学,并探讨它们在实际应用中的意义。
一、电化学反应机理电化学反应机理研究的是反应本质和反应过程中电子和离子的转移路径。
在电化学反应过程中,通常涉及两种基本类型的反应:氧化和还原。
氧化反应是指电子从物质中转移到电极上,形成正离子,同时释放出负离子或氧气等。
例如,铁的腐蚀就是一种氧化反应,它的机理是通过电子在金属铁和氧气的相互作用下发生。
还原反应是指电子从电极向物质中转移,将正离子还原为中性物质。
例如,电池的充电过程就是一种还原反应,其机理是通过电子在电极上与正离子发生反应,将其还原为中性物质。
电化学反应机理的研究对于理解反应过程和控制反应速率具有重要意义。
通过研究反应的电子和离子转移路径,可以揭示反应过程中可能存在的限制因素,并优化反应条件,提高反应效率。
二、电化学反应动力学电化学反应动力学研究的是反应速率与反应条件之间的关系。
反应速率是指单位时间内反应物消失或生成的量,它受到反应物浓度、温度、电子转移速率等因素的影响。
反应速率可以用电流大小来表示。
电流是单位时间内通过电解池的电子或离子的数量。
根据法拉第定律,反应速率与电流之间存在着一定的关系。
在有些电化学反应中,反应速率会随着反应过程的进行逐渐减慢,这是因为反应物浓度减小导致反应速率减小。
这种现象被称为极化现象,可以通过改变电解质浓度或电极材料的选择来减轻极化效应,提高反应速率。
电化学反应动力学的研究对于优化反应条件、设计高效电化学电池和改善电化学催化剂等具有重要意义。
通过揭示反应速率与反应条件的关系,可以为实际应用中的电化学反应提供理论指导,提高反应效率和能量利用率。
三、电化学反应的应用意义电化学反应的机理和动力学研究不仅对于理解和控制电化学过程具有重要意义,还有着广泛的应用。
电极过程动力学
电极过程动力学是一门研究电极表面的化学、物理过程的科学。
它涉及电化学反应的定义、电解池运行的机制以及电极间相互作用的步骤。
它涵盖了催化作用、阴阳极反应和过渡状态等一系列电化学过程,影响着电极表面反应活性、微结构、表面形貌和表面拓扑等,进而影响着电极表面电化学反应机制,比如电子传递机制、还原反应、氧化反应等。
此外,它还涉及电极表面涂层和金属原子的形成、失效及变质等现象。
电极过程动力学的研究在很大程度上受益于先进的检测技术,例如电化学显微镜(ECM)、原子力显微镜(AFM)以及等离子体质谱(ICP)等。
利用这些技术,可以观测电极表面形貌,检测指示电极和硫化物等微生物物质,还可以用于测定电极表面的微结构和电化学反应的机制。
电极过程动力学研究前景广阔,对于新型电极产品的研发尤其重要,它广泛应用于电池、燃料电池、水处理和电子器件的开发等领域。
此外,它还可以被应用于生物传感器的开发,以便检测病毒、细胞和基因。
比如,已有研究表明,电极过程动力学可以用于研究蛋白质和生物标记物的电化学反应特性,以有效地开发新型生物传感器。
电极过程动力学是一个复杂的概念,受多种因素影响,在实践中它不仅为电池、燃料电池、水处理和电子器件的发展奠定基础,还有助于新型生物传感器的开发,以检测细胞、病毒和基因等。
因此,电极过程动力学对研究电池、生物传感器、氧化反应机理以及珠宝等物质的耐久性具有重要的意义。
未来,电极过程动力学的研究将发展出更加先进的技术,以提高生物传感器精度,更好地满足人们的需求。
电极过程动力学基础、技术与应用电极过程动力学是电化学领域的重要基础理论,它研究了电化学反应中电荷转移和质量传递过程的速率规律。
了解电极过程动力学的基础原理和技术应用对于实现电化学分析、电化学合成和电池材料研究具有重要意义。
首先,电极过程动力学研究的基础是泊松-布尔兹曼方程。
该方程描述了电解液中离子浓度和电势之间的关系,进而揭示了电化学反应速率与电场强度、电荷转移的关系。
这为我们理解电极反应速率的控制机理奠定了基础。
其次,了解电极过程动力学的技术应用有助于优化电化学分析的方法。
通过研究反应速率与电极电位、离子浓度等参数的关系,我们可以确定最佳的测量条件,提高电化学分析的灵敏度和准确性。
例如,在电化学传感器中,我们可以通过修改电极材料和电位的控制,来实现对特定物质的高选择性检测。
此外,电极过程动力学的理论还可以指导电化学合成的优化。
通过调控反应条件和电极材料,我们可以增强所需产物的选择性和活性,提高电化学合成的效率和经济性。
这在有机合成和能源转换领域具有广阔的应用前景。
最后,电极过程动力学的研究对于电池材料的开发和性能改进也至关重要。
通过了解电极反应速率的控制机制,我们可以设计更高效的电池材料,提高其能量密度、循环寿命和安全性能。
在新能源领域,电极过程动力学的研究将有助于推动电池技术的突破和革新。
综上所述,电极过程动力学是电化学领域的基础理论,具有广泛的技术应用前景。
通过深入研究电极过程动力学的基础原理和应用技术,我们可以在电化学分析、电化学合成和电池材料研究等领域取得更加创新和突破性的进展。
电极过程动力学电极过程动力学是电化学中的一个重要分支,它着重研究电极电荷转移过程和相关的动力学机制。
电极过程动力学的研究对象包括电化学反应速率、电极化学反应的机理以及电化学反应的动态过程等。
本文将从电极反应速率、电位调控机理以及实际应用方面对电极过程动力学进行详细的介绍和分析。
一、电极反应速率1. 项里反应速率常数项里反应速率常数是衡量电极反应速率的重要参数。
它表示单位时间内反应物和产物之间的数量变化率。
在计算过程中,可以根据电荷转移过程中的动力学机制来确定项里反应速率常数。
通常情况下,项里反应速率常数与反应物和产物之间的活化能和电荷转移系数有关。
一般来说,项里反应速率常数越大,反应速率越快。
2. 泊松分布模型泊松分布模型是一种根据电子传输动力学研究电极反应速率的经典方法。
泊松分布模型假设电子从电极表面进入液相中的分布满足泊松分布。
据此,可以利用该模型计算出电极反应速率以及与之相关的电极化学反应机理。
然而,实际情况中,由于电极表面可能存在着非均匀性和多孔性等特征,泊松分布模型过于理想化,难以准确预测电极反应速率。
3. 热力学因素对电极反应速率的影响热力学因素对电极反应速率有着重要的影响。
根据热力学定律,电位差和电极之间的电势差会影响电子传输和离子转移速率。
当电极电位愈高,电位差就愈大,因此,电子和离子的传输速率就变得更快。
此外,反应物和产物之间的物理和化学吸附现象也会影响电极反应速率。
这些因素的影响程度需要结合具体的条件和反应机理来进行考虑。
二、电位调控机理1. 电位和电场电位是电子在电场作用下所具有的势能差。
由于电场力是由电荷带来的,因此,电位和电场强度是密切相关的。
在电极过程动力学中,电位的变化会影响电子传输过程,进而影响电极化学反应的速率和机理。
2. 离子选择电位离子选择电位可以影响电极的电化学反应机理和速率。
当电极表面存在多种离子时,离子选择电位会决定电极表面上离子种类的比例。
因此,在研究电极过程动力学时,需要对离子选择电位进行分析和控制。
电化学反应中的电极动力学电化学反应是一种重要的化学反应,它可以在不同的领域中得到应用。
电化学反应的核心是电极动力学,即电势差与电化学反应的关系。
本篇文章将重点讨论电化学反应中的电极动力学。
一、电极反应和电极电势电化学反应是指在电解质溶液中发生的化学反应,包括氧化还原反应和非氧化还原反应等。
其反应过程可以分为两个步骤:电化学反应发生时,电荷转移在电极上发生,同时伴随着反应物的变化。
电极反应的产生是由于溶液中离子和电极表面的相互作用造成的。
而电极电势是指电极内外之间产生的电势差,其大小与溶液中溶质的浓度有关。
当电极电势增加时,其化学反应的速率也会加快。
因此,电极电势是检验电化学反应发生程度的一个重要指标。
二、电极电势的来源电极电势的来源包括两类,一类是电极反应本身的化学性质,即电极反应的标准电位。
另一类是电荷转移引起的电势,在电化学反应中电荷转移发生产生电势是因为反应物的不同。
这两种电势是相互独立的。
电极反应的标准电位是指在标准溶液中电极与外部参考电极(如标准氢电极)之间的电势差。
标准电位通常用 E^0 表示,其值与反应物、反应条件有关。
当标准电位为正时,化学反应皆能发生;当标准电位为负时,反应物难以还原或难以氧化。
电极反应的化学性质决定了标准电位的大小。
例如,铁离子的还原反应是 Fe3+ + e^- ⇌ Fe2+,其标准电位为-0.44 V。
而氢离子的还原反应是 H+ + e^- ⇌ 1/2 H2 ,其标准电位为0 V,是电化学反应中最常用的参考电极。
三、电极电势的计算对于某一电化学反应,如果其电极反应和标准参考电极的电势已知,那么可以使用以下公式计算电极电势:E = E^0 + (RT/nF)lnq其中,E^0 是标准电位,R 是理想气体常量,T 是绝对温度,n 是反应的电子数,F 是法拉第常数,q 是反应物和产物的浓度比。
这个公式是基于吉布斯自由能变化ΔG=-nFE 设计的,ΔG 表示反应物与产物的能量差,n 表示电极反应的电子数,F 表示法拉第常数(电场强度为1伏/厘每摩尔电子的电量),E 表示电极电势,E^0 表示标准电位。
锂离子电池电化学测量方法解析锂离子电池电极过程动力学探究中常用的有循环伏安法(CV)、电化学阻抗谱(EIS)、恒电流间歇滴定技术(GITT)、恒电位间歇滴定技术(PITT)、电流脉冲弛豫(CPR)、电位阶跃计时电流(PSCA)和电位弛豫技术(PRT)等。
1、锂电池的主要电极反应电池中电极过程一般包括溶液相中离子的传输,电极中离子的传输,电极中电子的传导,电荷转移,双电层或空问电荷层充放电,溶剂、电解质中阴阳离子,气相反应物或产物的吸附脱附,新相成核长大,与电化学反应耦合的化学反应,体积变化,吸放热等过程。
这些过程有些同时进行,有些先后发生。
电极过程的驱动力包括电化学势、化学势、浓度梯度、电场梯度、温度梯度。
2、分清两电极和三电极电化学测量一般采用两电极电池或三电极电池,较少使用四电极电池。
(1)两电极两电极由研究电极(W),亦称之为工作电极和辅助电极(C),亦称之为对电极组成。
锂电池的研究中多数为两电极电池,两电极电池测量的电压是正极电势与负极电势之差,无法单独获得其中正极或负极的电势及其电极过程动力学信息。
(2)三电极三电极电池包括,W和C分别是工作电极和对电极,R是参比电极。
W和C 之间通过极化电流,实现电极的极化。
W和R之间通过极小的电流,用于测量工作电极的电势。
通过三电极电池,可以专门研究工作电极的电极过程动力学。
3、参比电极的特征●参比电极应为可逆电极;●不易被极化,以保证电极电势比较标准和恒定●具有较好的恢复特性,不发生严重的滞后现象●具有较好的稳定性和重现性●快速暂态测量时,要求参比电极具有较低的电阻,以减少干扰,提高测量系统的稳定性●不同的溶液体系,采用相同的参比电极的,其测量结果可能存在差异,误差主要来源于溶液体系间的相互污染和液接界电势的差异。
4、常用的参比电极水溶液体系参比电极:可逆氢电极、甘汞电极、汞一氧化汞电极、汞一硫酸亚汞电极等;非水溶液体系参比电极:银一氯化银电极、Pt电极以及金属锂、钠等电极。
实验九、电分析化学方法原理、应用及电极过程动力学参数测定一、 实验目的1. 了解循环伏安法、脉冲伏安法、方波伏安法和计时电流(电量)法的基本原理。
2. 掌握基本电化学实验的操作方法。
3. 了解上述方法的实验操作和在电极过程动力学参数的应用。
4.学会计算电极过程的动力学参数。
二、 原理1. 线性扫描循环伏安法(Cyclic Voltammetry)循环伏安法是以一线性变化的直流扫描电压施加于电解池上,再回过头来扫描到原来的起始电位值,所得的电流-电压曲线为基础的分析和研究方法。
所施加扫描电位与时间的关系为:E =E i ± νt若溶液中存在电活性物质的氧化态O ,电极上将发生还原反应:O +ne =R反向回扫时,电极上生成的还原态R 将发生氧化反应:R =O +ne对于完全可逆的电极反应,其氧化和还原的峰电流可表示为:I p =2.69×105n 3/2D 1/2A ν1/2C峰电流与被测物质浓度C 、扫描速度ν等因素有关。
由所得的循环伏安曲线可确定峰电流i pa 、i pc 和峰电位E pa 、E pc 值。
对于动力学可逆的扩散控制的电极过程,i p 与扫速的二分之一次方呈正比关系,即i p ~ν1/2为一直线。
对于可逆体系,阳极峰电流与阴极峰电流之比等于1:i pa /i pc =1阳极峰电位与阴极峰电位差:∆E p =E pa -E pc =0.059/n (V) (25℃)式量电位E °:由此可判断电极过程的可逆性和电流性质。
循环伏安法主要用于电极过程的研究。
2. 常规脉冲伏安法(Normal Pulse Voltammetry)在恒定预置电压E i 的基础上,叠加一振幅随时间等差增加的单向方波脉冲电压,测量脉冲电压后期的法拉第电流,记录脉冲后期法拉第电流与施加脉冲时电位关系(i~E 曲线)的方法,称为常规脉冲伏安法。
对于电极反应:O+ne=R2'pcpa E E E +=︒其可逆波方程式为:用E 对ii i w -log作图,为直线,斜率为nF RT303.2,由此可求出电子转移数n 。
电化学过程中离子迁移与电极反应的动力学研究电化学是研究电能与化学能的相互转换和作用的科学领域。
在电化学过程中,离子迁移和电极反应是两个重要的动力学过程。
本文将从动力学的角度探讨这两个过程。
一、离子迁移的动力学研究离子迁移是电化学反应发生的基础,它涉及离子在电解质溶液中的扩散和迁移行为。
离子迁移的速率与浓度梯度直接相关,一般遵循离子扩散定律。
这个定律可以用离子迁移的弥散系数来表示,弥散系数与温度、离子半径、电荷数等因素有关。
研究者通过实验和理论计算,不断提高对离子迁移动力学规律的理解。
例如,传统的纳维-斯托克斯方程描述了电场作用下离子的迁移行为,但在一些极端条件下,这个方程不再适用。
近年来,研究者通过引入涨落力和非线性响应等新理论,不断完善离子迁移动力学模型。
除了离子迁移的速率,迁移的方向也是电化学研究中的一个关键问题。
离子在电解质溶液中的自由扩散与电场驱动扩散相互作用,决定了离子迁移的方向。
这种电场对离子迁移的影响被称为电泳效应。
通过研究电泳效应,人们可以更好地理解离子在电化学反应中的迁移行为。
二、电极反应的动力学研究电极反应是电化学过程中另一个重要的动力学过程。
电极反应涉及化学物种在电极表面的吸附、解吸和电子转移等步骤。
电极反应的动力学特性对于电化学反应的速率和效率具有重要影响。
研究者通过实验和理论模拟,对电极反应的动力学进行深入研究。
例如,双氧水在电极表面的还原反应是电化学反应中的一个典型例子。
研究者通过纳米尺度电极和电化学技术,不断深化对双氧水还原反应的动力学认识。
他们发现,电极表面的结构和活性位点对反应速率起到重要作用。
不仅如此,电极表面的改性也是电极反应动力学研究的热点之一。
通过在电极表面引入催化剂或纳米材料,可以有效地改善电化学反应的动力学性能。
这为电化学技术的应用提供了新的思路和方法。
结论电化学过程中离子迁移和电极反应的动力学研究是电化学领域的重要课题。
通过不断深化对离子迁移和电极反应动力学的理解,可以推动电化学技术的发展。
吸附对电极/溶液界面性质的影响:
①在电极/溶液界面上不但有静电吸附,而且有特性吸附,只有当电极表面剩余电荷足够多时,静电吸附足够大时,特性吸附才消失;
②当电极表面发生吸附时,电毛细管曲线和微分电容发生变化;
③由于静电吸附和特性吸附共同存在,会出现超载吸附与三电层结构;
④无特性吸附时,分散层电位与紧密层电位方向相同,当有阴离子特性吸附时,紧密层与分散层方向相反。
电极过程——电极表面附近薄液层中进行的过程与电极表面上发生的过程的总称。
电极过程单元步骤:
①液相传质——反应粒子向电极表面传递;
②表面转化(前置)——反应粒子在电极表面或附近液层发生某些转化;
③电化学——反应粒子在电极/溶液界面得到电子或失去电子;
④表面转化(后置)——反应产物在电极表面或附近液层发生某些转化;
⑤a、新相生成——反应产物不溶时,反应产物生成新相;
b、液相传质——反应产物可溶时,产物粒子从电极表面向溶液中或溶液电极内部迁移。
电极极化——电流通过电极时,电极电势偏离平衡电极电势的现象。
过电势——表示某一电流密度下极化电势与平衡电势之差。
①阳极过电势:
②阴极过电势:
控制步骤——电极过程中最慢的单元步骤。
极化曲线——电极上电势随电流密度变化的关系曲线。
传质过程(溶液):
①对流——物质粒子随液体流动而移动。
A、自然对流——液体各部分之间由于存在浓度差或温度差产生的密度差或密度梯度而产生的对流;
B、强制对流——通过搅拌而引起的对流。
②扩散——溶液中某一组分由于存在浓度梯度(或化学势梯度)而发生该组分向减少这种梯度的方向转移的过程。
③电迁移——带电粒子在电场梯度或电势梯度的作用下而引起的迁移过程。
扩散层——通过电流时,由于物质迁移缓慢而引起浓度发生扩散的液层。
稳态扩散——溶液中任意一点的浓度不再随时间变化的扩散过程。
(扩散速度与时间无关,反应粒子浓度分布只与空间有关,扩散层厚度一定)
非稳态扩散——溶液中任意一点的浓度随时间变化的扩散过程。
(反应粒子浓度同时是空间和时间的函数,扩散层厚度随时间变化)
扩散电流密度——由带电粒子的扩散引起的电流。
极限扩散电流密度——电极反应所能达到的最大电流密度。
一、在电化学研究中,常常会加入惰性电解质,请归纳惰性电解质的作用。
解答:支持电解质就是提高化学电池中溶液导电率的电解质,本身不参与电化学反应。
主要作用如下:
①在电荷转移控制的反应中,支持电解质是消除Ψ1效应;
②在扩散控制的反应过程中,支持电解质是消除反应物的电迁移,只用考虑其扩散作用;
③而对于本身不参加电化学反应的支持电解质,其扩散流量和电迁移流量总和为零,所以不会引起电流密度的变化。
1什么是三电极体系?试画出三电极体系示意图,通过它如何测得所需参数?2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。
3试说明参比电极应具有的性能和用途。
4为什么说电极过程是一特殊的异相氧化还原反应?
5影响电极表面反应能力的因素有哪些?
6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
平衡电位:当金属正离子进入溶液成为水合金属离子后,由于静电作用不仅水合了该
金属正离子能回到金属中去,而且也能将溶液中水合了的其他正离子吸引到金属上去。
当这两个相反过程速率相等且又可逆时,会产生一个稳定的电极电位,称为平衡电位。
腐蚀电位:
在金属腐蚀过程中,腐蚀金属电极表面上常常有两个或更多个电极电极反应同时进行,当这些电极反应的阴极反应和阳极反应痛同时以相等的速率进行时,电极反应将发生相互耦合,阴、阳极反应的电位由于极化原因而相互靠拢,最后达到一个共同的非平衡电位,此电位称之为混合电位,也称为腐蚀电位。
绝对电位:浸在某一电解质溶液中并在其界面发生电化学反应的导体称之为电极。
当金属和电解质溶液接触时,在金属/溶液界面处将产生电化学双电层,此双电层的金属相与溶液相直接的电位差称之为电极电位。
单个电极上的双电层电位差的绝对值称之为绝对电位。
但是单个电极的绝对电位无法测定。
3.第二次世界大战后不久,美国制造了一艘豪华游船
“海洋在召唤号”,船体用蒙乃尔(Monel)做外壳,用钢钉铆接。
可在海洋中试航不久,船体
主要构架发生了严重的破坏,最后不得不报废了,请你分析一下是什么原因?属什么形态腐蚀,你认为用什么防护措施可以减轻或防止其腐蚀破坏。
答:船体报废的原因:船体用钢钉铆接后,钢钉与蒙乃尔合金的金属活泼性不同,在海水这种电解质溶液中形成原电池的原理,加速了两种金属中间的化学腐蚀,致使船体主要构架严重破坏,最后报废。
所属的腐蚀类型:这种腐蚀是一种电化学腐蚀,是电偶腐蚀,也是缝隙腐蚀,均是局部腐蚀的一种形式。
电偶腐蚀是两种或两种以上不同电极电位的金属处于腐蚀介质内相互接触而引起的电化学腐蚀,又称接触腐蚀或双金属腐蚀。
缝隙腐蚀它可能发全于溶液停滞的缝隙之中或屏蔽的表面内,这样的缝隙可以在金属与金属或金属与非金属的接合处形成。
防护措施:
电偶腐蚀的主要防止措施有:
①选择在工作环境下电极电位尽量接近(最好不超过50毫伏)的金属作为相接触的电偶对;
③减小较正电极电位金属的面积,尽量使电极电位较负的金属表面积增大;
④尽量使相接触的金属电绝缘,并使介质电阻增大;
④充分利用防护层,或设法外加保护电位。
选择防护方法时应考虑面积律的影响,以及腐蚀产物的影响等。
2.为了防止双金属腐蚀,有人把涂料涂刷在贱金属(电位较负的金属)上,以防贱金属加速腐蚀,你对这种做法有何看法?
答:这种做法是不对的,会加速贱金属的腐蚀,原因如下:
涂料一般指有机涂层,除添加锌粉等的特殊涂层外,一般有机涂层不导电,多为阴极性涂层,而且有空隙,避免不了水分子的渗透,因此单独使用涂料很容易出现大阴极小阳极的局部腐蚀电池情况。
而电化学腐蚀原理表明:小阳极大阴极组合会加速阳极腐蚀,反之大阳极与小阴极的连接则会降低腐蚀速率。
因此,大阴极小阳极的组合不是过早穿孔,就是空隙处膜下发生腐蚀而产生的腐蚀产物使涂层鼓泡、脱落,其防腐寿命很短。