第五章 电极过程概述-北航

电化学原理思考题答案-北航李荻版(总4页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--2.为什么不能测出电极的绝对电位我们平常所用的电极电位是怎么得到的答：电极电位是两类导体界面所形成的相间电位，相间电位中的内电位是无法直接测量的，故无法直接测出电极的绝对电位，我们平常所用的电极电位都是相对电极电位。

不对，虽然有电位差，但是没有电流通过，所以不能转化为电能。

17、描述腐蚀原电池的特点所在。

①阴、阳极区肉眼可分或不可分，或交替发生；②体系不稳定? 稳定，腐蚀过程是自发反应；③只要介质中存在氧化剂 (去极化剂)，能获得电子使金属氧化，腐蚀就可发生；④腐蚀的二次产物对腐蚀影响很大；⑤电化学腐蚀离不开金属/电解质界面电迁移，电子由低电位金属或地区传荷到电位高的金属或地区，再转移给氧化剂；⑥腐蚀电池包括阴极、阳极、电解质溶液和电路四部分，缺一不可；⑦阴极、阳极反应相对独立，但又必须耦合，形成腐蚀电池；⑧ia=ic ，无净电荷积累；⑨腐蚀电池不对外作功，只导致金属腐蚀破坏的短路原电池。

原电池和电解池装置原电池电解池电镀铜精炼铜形成条件镀层金属作阳极，镀件作阴极，电镀粗铜金属作阳极，精铜作阴极，CuSO4溶液作除电子转移步骤之外，其他电极过程的单元步骤能否用电流密度来表示它们的速度为什么因为J=zFvr对于我们所讨论的某一反应来说，zF为常数，故J与vr成正比。

这就是说，在电化学中总是习惯于用电流密度来表示反应速度。

由于在稳态下接续进行的各步骤速度都一样，所以在讨论液相传质等步骤时，也可用电流密度来表示它们的反应速度。

因此，在电化学中实际上已经将电流密度变成反应速度的同义语了。

己知电极反应在25℃时的反应速度为 A/cm2。

根据各单元步骤活化能计算出电子转移步骤速度为 X 10-2mol/m2s，扩散步骤速度为 mol/m2s。

试判断该温度下的控制步骤。

若这一控制步骤的活化能降低了12kJ/mol，会不会出现新的控制步骤?[解〕因为电极反应速度可用电流密度表示，即J=nFv，所以对电子转移步骤，其反应速度可表示为j电子=nFv电子。

2016北航考研复试—北京航空航天大学物理科学与核能工程学院考研复试参考书讲义讲解离子强度及强电解质溶液的离子互吸理论德拜-休克尔极限定律根据离子氛的概念，推导出强电解质稀溶液中离子平均活度系数的计算公式，称为德拜-休克尔极限定律：(6-2-3)A是与温度、溶剂有关的常数，水溶液的A值可查表。

如常温下：A=0.509 mol-1/2·kg1/2 该式只适用于强电解质的稀溶液(理论值)。

可由实验值（P16表7.4.1）对比得到浓度范围。

19二、离子强度及强电解质溶液的离子互吸理论解：20§6-3 可逆电池热力学一、组成可逆电池的必要条件原电池反应：Zn+CuSO4(a1)→ZnSO4(a2)+Cu电解池反应：ZnSO4 (a2) + Cu →Zn + CuSO4(a1)丹尼尔电池充放电过程：E外=E ±dE，I →021二、可逆电池电动势的测定——对消法可否用伏特计测量？应用电位差计测量目的：使Es.c及Ex与外接反向EW对消，I→0;Es.c为标准电池电动势(P22)22标准电池标准电池总反应：Hg2SO4(s)+Cd(Hg)(a)+8/3H2O→CdSO4·8/3H2O(s)+Hg(l)23三、可逆电池热力学1、(6-3-1)(6-3-2)(6-3-3)24三、可逆电池热力学2、E与Kθ及电池电动势的Nernst方程(6-3-4)25℃时：(6-3-5)25三、可逆电池热力学2、E与Kθ及电池电动势的Nernst方程例：Pt|H2(p1)|HCl(0.1mol·kg-1)|Cl2(p2)|Pt电池反应：H2(p1)+Cl2(p2)→2H+(aH+)+ 2Cl-(aCl-) （1）26§6-4 电极电势一、可逆电极的类型第一类电极金属与其阳离子组成的电极气体电极汞齐电极(金属－汞合金－金属阳离子) 第二类电极金属-难溶盐及其阴离子组成的电极金属-氧化物电极及其H+(OH-)组成的电极第三类电极氧化-还原电极27一、可逆电极的类型——第一类电极电极电极反应Mz+(a+)|M(s) Mz+(a+)+ze- →M(s)H+ (a+)|H2(p),Pt 2H+(a+)+2e- →H2(p)2H2O+2e- →H2(p)+2OH-(a-)OH-(a-)|H2(p),PtOH-(a-)|O2(p),Pt O2(p)+2H2O+4e- →4OH-(a-)H+(a+)|O2(p),PtO2(p)+4H+(a+)+4e- →2H2OCl- (a-)|Cl2(p),Pt Cl2(p)+2e- →2Cl-(a-)Na+(a+)|Na(Hg)(a) Na+(a+)+nHg+e- →Na(Hg)n(a)28一、可逆电极的类型——第二类电极电极电极反应Cl-(a-)|AgCl(s)|Ag(s)AgCl(s)+e- →Ag(s)+Cl-(a-)Cl-(a-)|Hg2Cl2(s)|Hg(s)企鹅号：二零五七三零七七零五Hg2Cl2(s)+2e- →2Hg(s)+2Cl-(a-)Ag2O(s)+H2O+2 e-→2Ag(s)+2OH-(a-)OH-(a-)|Ag2O|Ag(s)Ag2O+2H+(a+)+2e-→2Ag(s)+H2OH+(a+)|Ag2O(s)|Ag(s) 2016年考研复试两大关键考研复试除了专业知识和自我介绍之外，穿衣、仪表仪态也很重要，这两大学问往往被忽视，给自己复试造成减分。

第五章1、在电极界面附近的液层中，是否总存在三种传质方式？为什么？每种传质方式的传质速度如何表示？答：电极界面附近的液层通常是指扩散层，可以同时存在着三种传质方式（电迁移、对流和 扩散），但当溶液中含有大量局外电解质时，反应离子的迁移数很小，电迁移传质作用可以忽略不计，而且根据流体力学，电极界面附近液层的对流速度非常小，因此电极界面附近液 层主要传质方式是扩散。

三种传质方式的传质速度可用各自的电流密度J 来表示。

电迁移： 对流：扩散：2. 在什么条件下才能实现稳态扩散过程？实际稳态扩散过程的规律与理想稳态扩散过程有 什么区别？答：一定强度的对流的存在是稳态扩散过程的前提。

区别：在理想稳态扩散条件下，扩散层有确定的厚度，其厚度等于毛细管的长度l ；而在真实体系中，由于对流作用与扩散作用的重叠，只能根据一定的理论来近似求得扩散层的厚度。

理想稳态扩散： 实际稳态扩散： 3. 旋转圆盘电极和旋转圆环圆盘电极有什么优点？它们在电化学测量中有什么重要用途？ 答： 旋转圆盘电极和旋转圆环圆盘电极上各点的扩散层厚度是均匀的，因此电极表面各处的电流密度分布均匀。

这克服了平面电极表面受对流作用影响不均匀的缺点。

它们可以测量并分析极化曲线，研究反应中间产物的组成及其电极过程动力学规律。

4. 试比较扩散层、分散层和边界层的区别。

扩散层中有没有剩余电荷？答：紧靠电极表面附近，有一薄层，此层内存在反应粒子的浓度梯度，这层叫做扩散层；电极表面的荷电粒子由于热运动而倾向于均匀分布，从而使剩余电荷不可能完全紧贴着电极表面分布，而具有一定的分散性，形成所谓分散层；靠近电极表面附近的液流层叫做边界层，越接近电极表面，其液流流速越小。

电极/溶液界面存在着离子双电层时，金属一侧的剩余电荷来源于电子的过剩或缺贫。

双电层一侧区可以认为各种离子浓度分布只受双电层电场影响，不受其它传质（包括扩散）过程的影响。

因此扩散层中没有剩余电荷。

5. 假定一个稳态电极过程受传质步骤控制，并假设该电极过程为阴离子在阴极还原。

5．电极过程和电极过程动力学5.1电化学装置的可逆性：化学反应可逆性；热力学上可逆性5.2电极的极化5.3电极过程的控制步骤：电极反应的特点；电极反应的控制步骤5.4电荷转移动力学方程5.5交换电流密度与电极反应速度常数5.6稳态极化时的电极动力学方程5.7浓差极化及其电机动力学方程5.8化学极化分解电压E分：在可逆情况下使电解质有效组元分解的最低电压，称为理论分解电压（V e）。

理论分解电压是阳极平衡电极电位（εe（A））与阴极平衡电极电位（εe（K））之差。

Ve=εe（A）- εe（K）（10 - 5）当电流通过电解槽，电极反应以明显的速度进行时，电极反应将会明显偏离平衡状态，而成为一种不可逆状态，这时的电极电位就是不平衡电位，阳极电位偏正，阴极电位偏负。

这时，能使电解质熔体连续不断地发生电解反应所必需的最小电压叫作电解质的实际分解电压。

显然，实际分解电压比理论分解电压大，有时甚至大很多。

实际分解电压简称分解电压（V），是阳极实际析出电位（ε（A））和阴极析出电位（ε（K））之差。

V=ε（A）- ε（K）（10 - 6）当得知阴、阳极在实际电解时的偏离值（称为超电位）就可以算出某一电解质的实际分解电压。

分解电压符合能斯特方程，可以表示为如下形式：式中E i，E0分别表示实际和标准状态下组元i的分解电压；a i__组元的活度；n i __组元在熔盐中的化合价；F __ 法拉弟常数；可以看出，温度和电解质组成均会影响分解电压电极极化电解时的实际分解电压比理论分解电压要大很多，这是由于电流通过电解槽时，电极反应偏离了平衡状态。

通常将这种偏离平衡电极电位的现象称为极化现象。

电解过程实际分解电压和理论分解电压之差称为超电压。

⏹电解电极反应一般包含1：☐（1）反应离子由熔体向双电层移动并继续经双电层向电极表面靠近。

这一阶段在很大程度上靠扩散实现，扩散则是由于导电离子在熔体和双电层外界的浓度差别引起的。

☐（2）反应离子在电极表面进行电极反应前的转化过程，如表面吸附等；☐（3）在电极上的电子传递- - 电化学氧化或电化学还原反应；☐（4）反应产物在电极表面进行反应后的转化过程，例如自电极表面的脱附，反应产物的复合、分解和其它化学反应；☐（5）反应产物形成新相，或反应产物自电极表面向电解质熔体的传递。

电极过程简明教程电极过程是专业实验行为中重要的一环。

电极过程中有多种工具和知识可以使用，这些工具和知识可以帮助实验者精确测量和记录实验中的每个步骤，以获得较准确的实验结果。

本文的目的是以简明的方式介绍电极过程，为实验者提供一个简短的教程，指导实验者进行准确的电极过程实验。

一、什么是电极过程电极过程，也称为电极反应或电极反应，是一种电化学量测反应，它可以用来测量特定的化学溶液的电导率。

这种反应的发生取决于电子转移的发生，在此过程中会有电荷的转移及相应的电量变化。

在特定的电极表面上会发生放电或充电的反应，它们是电极反应的两个相反的过程。

二、实验准备在电极实验中，实验者需要准备以下几个重要的材料：1.电极：电极是电极反应的基础，实验者应选用定义明确的金属电极，如铜电极、银电极或钯电极等。

2.电极活性剂：电极活性剂是引发电极反应的重要部分，实验者应选择符合实验要求的电极活性剂，如氯化钠、氯化铵、硫酸或硫化钠等。

3.量器：量器是实验中重要的部分，实验者应准备一台标准电极，以及量测电极反应的示波器，如模拟电极、滴定电极或滴定电极等。

三、实施过程1.电极准备：实验者首先要进行电极的准备工作，将电极填满指定的活性剂，然后将电极放置在实验环境中，以确保电极的稳定性。

2.量器的准备：实验者应准备好示波器，连接到电极，以实时跟踪电极反应的变化，并记录数据。

3.实施反应：不同的实验环境下，接触的环境不同，实验者应根据实验要求进行调整，实施反应，以获得准确的实验结果。

4.记录结果：最后，实验者应记录电极反应中通过示波器测到的变化，并绘出电极曲线，由此可以得出准确的实验结果。

四、总结电极过程是一个复杂的实验过程，用于评估特定溶液中的电导率，实验者应准备好本文中介绍的设备，并且根据实验环境调整接触环境，以获得准确的实验结果。

此外，实验者还需要正确的记录和绘制电极曲线，以便在此基础上得出实验结论。

总之，电极过程是一个实用性强的实验过程，实验者应妥善处理，以获得准确的实验结果。