应用电化学答案
【篇一：应用电化学书后习题答案杨辉_卢文庆编】
>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)ce4??2e?ce2?
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ce4?借助于电极得到电子，生成还原态的物种ce2?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) o2?2h2o?4e?4oh?
解：多孔气体扩散电极中的气体还原反应。气相中的气体o2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) ni2??2e?ni
2?解：金属沉积反应。溶液中的金属离子ni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) mno2(s)?e?h2o?mnooh(s)?oh?
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)zn?2oh??2e?zn(oh)2；
zn(oh)2?2oh??[zn(oh)4]2?
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。
继helmholtz之后，gouy和chapman在1913年不谋而合地提出了扩
散双电层模型。他们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，因此，电极表面附近溶液层中的离子浓度是沿着远离电极的方向逐渐变化的，直到最后与溶液本体呈均匀分布。该模型认为在溶液中与电极表面离子电荷相反的离子只有一部分紧密地排列在电极/溶液界面的溶液一侧(称紧密层，层间距离约为一、二个离子的厚度)，另一部分离子与电极表面的距离则可以从紧密层一直分散到本体溶液中(称扩散层)，在扩散层中离子的分布可用玻尔兹曼分布公式表示。gouy-chapman模型的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。
由于亥姆霍茨模型和古依—查普曼模型都有不足之处，1924年，
stern吸取了helmholtz模型和gouy-chapman模型的合理因素，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。stern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。
目前普遍公认的是在gcs模型基础上发展起来的bdm
（bockris-davanathan-muller）模型最具有代表性，其要点如下。
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。
4．根据电极反应ox
解：（1）??)。t=298k，忽略物质传递的影响。
*(1??)*?j0?i0/a?zfk0coxcr
(2) 对于阴极： -3 -2-9 -2-3 -2
?＝rtrtlni0?lni?zf?zf
0.059120.05912 ?lgi0?lgi?0.1971?(lgi0/i)0.30.3
对于阳极极：（1）
?＝rtrtlni0?lni?0.08446lg(i0/i) （2） ?zf?zf
5．试推导高正超电势时?～i关系式，并同tafel方程比较。
解：
高超电势时，方程(1.43)右式两项中的一项可以忽略。当电极上发
生阴极还原反应，且?很大时(此时，电极电势非常负，阳极氧化反
应是可以忽略的)，
对于一定条件下在指定电极上发生的特定反应，
(rt/?zf)lni0和?rt/?zf
化为：?为一确定的值，即方程(1.47)可以简butler-volmer?a?blgi。因此，在强极化的条件下，由
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：
6.根据文献提供的数据，pt| ?fe(cn)3?l?1)，6(20mmol
4?fe(cn)6(20mmol?l?1)，nacl(1.0mmol?l?1)在25℃时的
0.50，计j0?i0/a＝2.0ma?cm?2，这个体系的电子传递系数为
算：(1) k?的值；(2)溶液中两种络合物浓度都为1mol?l?1时，的
交换电流密度j0；(3)电极面积为0.1cm，溶液中两种络合物浓度为
2
10?4mol?l?1时的电荷传递电阻。
解：(1) k?的值:
i0
*(1??)*?azfcoxcrk??2.0ma?cm?2?1?96500c?mol?1?(20mmol?l ?1)0.5(20mmol?l?1)0.5
2.0ma?cm?2
3?3?1 =?10?1.036?10cm?s1?96500c?mol?1?20mmol?l?1
**（2）cox?cr?1mol?l?1
j0?i0
*(1??)*??k?zfcoxcr
?30.50.5?2 ?1.036?10?1?96500?1?1?99.974ma?cm
（3）
*(1??)*?i0?zfak?coxcr
?1?96500c?mol?1?0.1cm2?1.036?10?3cm?s?1?(10?4mol?l?1 )0.5?(10?4mol?l?1)0.5?9.9974?10?7c?cm?2?9.9974?10?7a?s? cm?2
rct?rt8.314?298.15??25693.92? ?7zfi01?96500?9.9974?10
7．根据文献j am．chem. soc. ，77，6488(1955)报道，研究电极反应：
当ccd(hg)?0.40mol?l时，得到如下cd2??hg?2e?cd(hg)，
实验数据：
?1
试计算?和k的值。
解：?*(1??)*?*(1??)*?j0?zfk?coxcr?zfk?ccd2?ccd(hg)
由标中数据可得：
3011???0.4??1??1?????17.30.5?0.4??0.5?
17.30.51???0.4??0.5?????10.10.251???0.4??0.25?
10.10.251???0.4??0.25?????4.940.101??0.4?0.10?1??（1）1?? （2） 1?? （3）
17.3
0.2195
k??j0
*(1??)*?zfccd2?ccd(hg)30?10?3a?cm?2?2?96500c?mol?1?(1.0 ?10?3mol?l?1)1?0.2163?(0.4mol?l?1)0.7837
30?10?3a?cm?2
?2?96500a?s?mol?1?(1.0?10?6mol?cm?3)0.7837?(0.4?10?3m ol?cm?3)0.7837
30?10?3a?cm ==0.15544cm?s?1=1..5544?10-
4m?s?1?62?96500a?s?9.681?10
【篇二：应用电化学】
ass=txt>金属腐蚀与防护
摘要：文章介绍了金属腐蚀与腐蚀机理,详细综述了材料的选用及周围介质的影响、形成保护层、电化学保护法、缓蚀剂法等几种常见
腐蚀防护方法的原理以及在金属腐蚀与防腐中的应用和研究进展。
关键词：金属腐蚀防护
引言：钢铁生锈、铜器泛绿、银具变黑等都是材料(通常是指金属)及其结构物，制件与其所处环境介质之间的化学反应或电化学反应所
引起的破坏或变质。这类破坏或变质被称之为材料的腐蚀。腐蚀科
学则是一门涉及化学、物理、冶金学、表面科学、力学、机械学和
生物学等多学科的应用科学。金属的腐蚀严重破坏了国民经济和国
防建设，研究金属的腐蚀这门科学对于提高国民经济和加强国防建
设都有重要的意义。
1、腐蚀机理
一般腐蚀的定义是指由于环境作用引起的材料破坏。这个定义包含
所有的自然存在的和人造的材料，含塑料、陶瓷和金属。本文的核
心是金属的腐蚀，腐蚀的这个定义涉及到这样的问题：首先金属为
什么会腐蚀?答案可用热力学解释，它告知我们腐蚀过程是否会发生。第二个问题是腐蚀速率是什么或者管道可使用多长时间?腐蚀动力学
可以提供我们这个问题的答案。
(2)和(3)）。
fe-fe2++2e (1) o2+2h2o+4e--4oh- (2) 2h2o+2e—h2+2oh- (3) 氧
化反应一般称为阳极反应，而还原反应一般被称为阴极反应。两个
电化学反应对腐蚀的发生是必不可少的。氧化反应造成金属的实际
损失，但还原反应必
须消耗由氧化反应释放出的电子来维持电荷的中性。否则，大量的
负电荷将会在金属和电解质间快速形成而且使腐蚀过程停止。
氧化反应和还原反应有时也被称为半电池反应，它们可以局部发生
在金属的同一点或者分开发生。当这些电化学反应被分开的时候，
这个过程称为差异腐蚀电池。金属被氧化的点被称为阳极或者阳极区。在这一区域，当金属离子离开金属表面时，直流电流(定义为正
电荷的流向)从金属表面流到电解质中。该电流流经电解质到达另一点，在该点的氧气、水、或者另外的一些物质被还原，该点称为阴
极或者阴极区。
一般腐蚀电极由四个必须的部分组成：
（1）．必须有一个阳极
（2）．必须有一个阴极
（3）．必须有一个连接阳极和阴极的导电通路。(通常这可能是管
道自身)
（4）．阳极和阴极必须浸入导电的电解质中。(通常是潮湿的土壤)
管道和另外一些设备的地下腐蚀常常是由于存在不同类型的差异腐
蚀电池。这些包括充气差异电池，此管道的不同部分暴露在土壤中
不同的氧浓度下，电池因管道表面性质或者土壤化学物质的不同而
产生。电偶腐蚀是差异电池腐蚀的一种形式，该形式中两种不同的
金属在电性上成对而且置于腐蚀性的环境。
2、金属防腐
2.1金属材料与介质
2.1.1金属材料的选用
金属材料本身的耐蚀性，主要与金属的化学成分、金相组织内部应
力及表面状态有关，还与金属设备的合理设计与制造有关。从防止
金属腐蚀的角度看，无疑应该选用耐蚀性强的材料，但是金属材料
的耐蚀性能是与它所接触的介质有密切关系的，所以应该根据金属
周围介质的性质来选用金属材料。在工业实践中，选用金属材料时，除了应考虑它的耐蚀性之外，还要考虑它的机械强度、加工特性及
材料价格等方面的因素。
2.1.2介质的处理
同金属相接触的介质，对金属材料的腐蚀性，在某些情况下是可以
改变的，也就是说，通过改变介质的某些状况，可以减缓或消除介
质对金属的腐蚀作用。例如，锅炉给水的除氧处理，就是除掉锅炉
给水中溶解氧这种有害成分，提高了水质，从而达到了防止给水对
金属腐蚀的目的。又例如，在锅炉化学清洗时，在除垢用的酸液中
加入少量缓蚀剂等药品，改变了清洗液的化学组成，就可以大大减
少了酸液对锅炉钢材的腐蚀。
2.2形成保护层
在金属表面覆盖各种保护层，把被保护金属与腐蚀性介质隔开，是
防止金属腐蚀的有效方法。工业上普遍使用的保护层有非金属保护
层和金属保护层两大类。它们是用化学方法、物理方法和电化学方
法实现的。
2.2.1金属的磷化处理
2.2.2金属的氧化处理
2.2.3 非金属涂层
用非金属物质如油漆、塑料、搪瓷、矿物性油脂等涂覆在金属表面上形成保护层，称为非金属涂层，也可达到防腐蚀的目的。例如，船身、车厢、水桶等常涂油漆，汽车外壳常喷漆，枪炮、机器常涂矿物性油脂等。用塑料(如聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等)喷涂金属表面，比喷漆效果更佳。塑料这种覆盖层致密光洁、色泽艳丽，兼具防腐蚀与装饰的双重功能。
2.2.4金属保护层
它是以一种金属镀在被保护的另一种金属制品表面上所形成的保护镀层。前一金属常称为镀层金属。金属镀层的形成，除电镀、化学镀外，还有热浸镀、热喷镀、渗镀、真空镀等方法。目前，随着科学的进步和发展，新的技术不断涌现，例如，热喷涂防腐技术的发展和应用更加丰富了防腐的方法。
3、电化学保护
研究金属腐蚀的目的是提出高效，价廉而易行的措施，避免或减缓金属的腐蚀。由于金属电化学腐蚀的机理复杂，形式多种多样，影响因素千差万别，在防腐实践中，人们研究了多种应对金属腐蚀的措施和方法，其中电化学保护，金属选材和结构设计，覆盖层保护和缓蚀剂是用的最多的几种。作为一种有效的防护措施，电化学保护方法广泛地应用于船舶，海洋工程，石油，化工等领域，是需要重点了解的方法之一。
电化学保护是金属腐蚀防护的重要方法之一,其原理是利用外部电流使被腐蚀金属电位发生变化从而减缓或抑制金属腐蚀。电化学保护可分为阳极保护和阴
极保护两种方法。阳极保护是向金属表面通入足够的阳极电流,使金属发生阳极极化即电位变正并处于钝化状态,金属溶解大为减缓。阴极保护是向腐蚀金属表面通入足够的阴极电流,使金属发生阴极极化,即电位变负以阻止金属溶解。阴极保护根据电流来源不同分为牺牲阳极法和外加电流法两种方法。
前者牺牲阳极法是将被保护金属与电位更负的牺牲阳极直接相连，构成电流回路，从而使金属发生阴极极化。此法是用电极电势比被保护金属更低的金属或合金做阳极，固定在被保护金属上，形成腐蚀电池，被保护金属作为阴极而得到保护。后者外加电流法则是利用外加电源,将被保护金属与电源负极相连,通过辅助阳极构成电流回
路,使金属发生阴极极化。此法主要用于防止土壤、海水及河水中金
属设备的腐蚀。
牺牲阳极一般常用的材料有铝、锌及其合金。此法常用于保护海轮
外壳，海水中的各种金属设备、构件和防止巨型设备(如贮油罐)以及
石油管路的腐蚀。采用牺牲阳极法进行阴极保护时,保护效果好坏与
牺牲阳极材料本身的性能有着直接关系。牺牲阳极材料必须具备以
下条件：(1)电位负,极化小。牺牲阳极的电位一定要比被保护金属的
电位更负,以保证被保护金属发生显著的阴极极化。同时,在工作过程中,牺牲阳极的电位变化要小,不能随着输出电流增加发生较大改变；
(2)单位质量的阳极放出的电量大；(3)阳极腐蚀小、电流效率高,阳
极溶解时产生的电流大部分用于被保护金属的阴极极化；(4)溶解均
匀性良好；(5)价格低廉,来源广泛,加工方便。目前研制成功并被广泛
用于钢铁设施阴极保护的牺牲阳极材料有3大类：镁阳极、锌阳极
和铝阳极。
4、缓蚀剂法
缓蚀剂法是一种常用的防腐蚀措施,在腐蚀环境中加入少量缓蚀剂就
能和金属表面发生物理化学作用,从而显著降低金属材料的腐蚀。由
于缓蚀剂在使用过程中无须专门设备,无须改变金属构件的性质,因而
具有经济、适应性强等优点,广泛应用于酸洗冷却水系统、油田注水、金属制品的储运等工业过程中。
缓蚀剂分为无机盐(如硅酸盐、正磷酸盐、亚硝酸盐、铬酸盐等)和有机物(一般是含n、s、o的化合物如胺类、吡啶类、硫脲类、甲醛、
丙炔醇等)。缓蚀剂的作用是通过吸附与腐蚀产物生成沉淀而覆盖在
金属电极表面形成保护膜,从而减缓电极过程的速度,达到缓蚀的目的。缓蚀剂也可分为阳极缓蚀剂和阴极缓蚀剂。阳极缓蚀剂是直接阻止
阳极表面的金属进入溶液,或在金属表面上形成保护膜,使阳极免于腐蚀。如果加入缓蚀剂的量不足,阳极表面覆盖不完全,则导致阳极的电
流密度增大而使腐蚀加快,故有时也将阳极缓蚀剂称为危险性缓蚀剂。阴极缓蚀剂主要抑制阴极过程的进行,增大阴极极化,有时也可在阴极
上形成保护膜。阴极缓蚀剂则不具有“危险性”。随着社会进步和人
类环保意识的增强,缓
蚀剂的开发和运用越来越重视环境保护的要求。绿色化学及其技术
将广泛应用于腐蚀防护领域。ciba公司已开发出两种低毒有机涂层
缓蚀剂irgcor252和
irzcor53。
6、寻找新的耐腐蚀替代品
上述几大对策只能防护不能根治。解决金属腐蚀问题的根本方法是
研制开发新的耐腐蚀材料,如特种合金、新型陶瓷、复合材料等。比
如实验室中常用铂作坩锅或惰性电极,防腐效果很好,但因其成本太高
而不可能在工业上大规模使用。不锈钢则是便宜得多因而也用得较
为普遍。钛也是一种很好的耐腐蚀金属。由爆炸焊接新技术制造出
的一种钛钢复合材料,既不怕酸、碱、盐等的腐蚀,价格也较低。化工
厂的反应罐、输液管道,用钛钢复合材料来替代不锈钢,使用寿命可大
大延长。科学家研制成功的一种貌似玻璃的透明金属,称“金属玻璃”,
它具有很高的抗张强度,还对外界酸碱的侵蚀显现出惊人的抵抗力。
精密陶瓷,已开始在精密机械和化工领域取代金属材料和高分子材料。在宇航、核能等领域中,工程陶瓷可取代昂贵的耐蚀、耐热合金。随
着科技的进步,新的耐腐蚀材料正层出不穷。 7、结束语
腐蚀破坏遍及国民经济和国防建设的各个部门。随着工业的发展,广
泛地采用在高参数条件下的强化生产工艺。在这些生产工艺中,普遍
涉及高温、高压、强腐蚀性介质、高负荷应力或高热流、高质流等
高参数条件下的强化操作,从而对材料保护提出愈来愈高的要求。如
果不能切实可靠地解决腐蚀问题,它往往会引起突发的恶性事故,造成
巨大的经济损失,严重的社会后果和影响战备。腐蚀破坏不仅会使设
备早期失效,而且往往会引起突发的恶性事故,造成巨大的经济损失,带来严重的社会后果,而腐蚀保护不仅是安全生产的需要,而且往往是建
立某些新型工业,采用新工艺的先决条件。因此,腐蚀科学与保护技术
的研究与发展,将直接影响到国民经济与国防建设所有部门的安全保障、经济效益和发展水平。随着我国科学技术日益发展，防止大气
污染对金属的腐蚀方法必将会愈来愈多，效果也会愈来愈好，这就
像百花园中盛开的鲜花一样愈来愈为众多的人所青睐。
【篇三：应用电化学】
>摘要
通过电化学课程的学习，以及从文献等资料搜集的资料，我们对于
燃料电池的历史和发展做了一个简单的研究和讨论。燃料电池的技术，虽然很早就有了，但是在目前能源越来越匮乏的情况下，燃料
电池的重要性日渐凸现出来，因此对于燃料电池的历史和发展的研
究就显得尤为重要。
关键词
燃料电池，历史，进展
1 燃料电池简介
1.1燃料电池定义
燃料电池是一种化学电池，它利用物质发生化学反应时释出的能量，直接将其变换为电能。从这一点看，它和其他化学电池如锰干电池、铅蓄电池等是类似的。但是，它工作时需要连续地向其供给活物质（起反应的物质）--燃料和氧化剂，这又和其他普通化学电池不大一样。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以
被称为燃料电池。1.2燃料电池工作原理
燃料电池是利用水的电解的逆反应的发电机。工作时向负极供给燃
料（氢），向正极供给氧化剂（空气）。氢在负极分解成正离子h+
和电子e-。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向正极。
用电的负载就接在外部电路中。在正极上，空气中的氧同电解液中
的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆
过程。
利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，所
以也可称它为一种发电机。
1.3燃料电池的分类
燃料电池根据所使用的电解质不同可分为碱性燃料电池（afc）、磷
酸燃料电池（pafc）、熔融碳酸盐燃料电池(mcfc)、固体氧化物燃
料电池（sofc）、质子交换膜燃料电池（pemfc）等。在燃料电池中，磷酸燃料电池(pafc)、质子交换膜燃料电池（pemfc）可以冷起
动和快起动，可以用作为移动电源，适应fcev使用的要求，更加具
有竞争力。
1.4 燃料电池历史
1839年英国人willian grove(格罗夫)发明了第一个燃料电池，是把
封有铂电极的玻璃管浸在稀硫酸中，先由电解产生氢和氧，接着连
接外部负载，这样氢和氧就发生电池反应，产生电流。
格罗夫清楚地认识到燃料电池的工作行为只能发生在反应气体、电
解液和导电电极催化剂铂箔相互接触的三相反应区，并指出，强化
在气体、电解液与电极三者之间的相互作用是提高电池性能的关键。如今，如何制取尽可能扩展的三相反应区的电极仍是燃料电池研制
的主要课题。格罗夫当时就预见到，如果氢气可以被煤、木材和其
他易燃材料所替代，燃料电池就可以作为一种商业化的电源。
1896年，w.w.jacques描绘了直接用当时的主要燃料——煤作燃
料的燃料电池(dcfd)。他的想法引起了公众的极大关注。但由于无法
解决炭对电解质的污染，dcfd没有取得满意的效果，最终被放弃。1897年，w.nernst(能斯特)发现了“能斯特物质”——氧化钇稳定氧
化锆(85％zro2一15％y2o3)。1900年，他用“能斯特物质”作为电
解质，制作了一个固体氧化物燃料电池(sofc)。
1900年早期，熔融碳酸盐燃料电池（mcfc）诞生在德国e.baur研
究小组。1910年，baur学生i.taitelbaum在熔融naoh(380℃）作
为电解质的燃料电池中加入多孔的mgo隔膜。
在50年代早期j．a．a．letelaar和g．h．j．broers用覆盖金属
网的金属粉末薄层作电极，银作阴极(o2，co2)，镍作阳极(燃料)，
包含li2-k2co3或li2-na2-k2co3组成的低共溶体盐电解质的多孔烧
结mgo电解质基板，带孔的不锈钢基板作为支撑物。第一个加压mcfc在80年代早期运行。
1902年j．h．reid和1904年p．g．l．noel首先开始研究碱质型
燃料电池(afc)，采用碱性koh溶液作为电解质。
但直到20世纪30年代末，f．t．bacon(培根)的afc研究工作方为
燃料电池创立了声名,并在60年代早期第一个应用于太空计划。其改进后被作为阿波罗登月计划的宇宙飞船用电池。bacon电池使燃料
电池由实验走向实用，具有里程碑意义。
1906和1907年，f．haber等人研究了h2-o2燃料电池可逆电动势的热力学。他们用一个两面覆盖铂或金的薄玻璃圆片作为电解质，
并与供气体的管子连接，被认为是固体聚合物燃料电池(spfc)的原型。第一个spfc是60年代由美国通用电气公司(ge)为nasa开发出来的。固态氧燃料电池（sofc）的理论解释由能斯特的学生w．schotthy
于1935年发表。受schottky的工作启发，e．baur和h．preis
于1937年制造出第一个实用性的sofc。它是用氢气和氧气为反应物，包括炭的阳极，feo的阴极，“nemst物质”的电解质，在l 050℃下工作。这个电池产生了1 ma／cm2的电流密度和650 mv的电压。 1962年，j．weissbart和r．j．ruka报道了他们用ca稳定zro2
的电解质，archer等首次在1965年展示了采用此种电解质，用烧
结铂作电极的100 w的电池组sofc发电机。
后来，ni—zro2金属陶瓷作阳极和电子电导氧化物作阴极代替了昂
贵的铂。
1.5 燃料电池分类介绍
1.5.1固体氧化物燃料电池(sofc)
固体氧化物燃料电池采用固体氧化物作为电解质，除了高效，环境
友好的特点外，它无材料腐蚀和电解液腐蚀等问题；在高的工作温
度下电池排出的高质量余热可以充分利用，使其综合效率可由50%
提高到70%以上；它的燃料适用范围广，不仅能用h2，还可直接用co、天然气（甲烷）、煤汽化气，碳氢化合物、nh3、h2s等作燃料。这类电池最适合于分散和集中发电。
和一般燃料电池一样，固体氧化物燃料电池也是由阳极、阴极及两
极之间的电解质组成, 但工作温度相对较高，一般在800~1000℃。
在阳极一侧持续通入燃料气，例如h2、ch4、煤气等，具有催化作
用的阳极表面吸附燃料气体例如氢，并通过阳极的多孔结构扩散到
阳极与电解质的界面。在阴极一侧持续通入氧气或空气，具有多孔
结构的阴极表面吸附氧，由于
2-2-阴极本身的催化作用，使得o2得到电子变为o ，在化学势的作
用下，o进入起电解质作用
的固体氧离子导体，由于浓度梯度引起扩散，最终到达固体电解质
与阳极的界面，与燃料气体发生反应，失去的电子通过外电路回到
阴极。
固体氧化物燃料电池是一种新型全固体燃料电池，具有以下优点：
使用全固体组件，不存在对漏液、腐蚀管理问题；可以用天然气作
燃料，通过内部或外部重整利用石化燃料，有利于环境保护；不需
要使用贵金属催化剂，从而节约了贵金属；余热温度较高，可以直
接利用；可忽略正负极极化损失，极化损失集中在电解质电阻上;电
解质的性能较稳定，抗毒性
较好；连续供给燃料、氧化物，电池就可连续发电。
1.5.2 质子交换膜燃料电池(pemfc)
质子交换膜燃料电池以磺酸型质子交换膜为固体电解质,无电解质腐
蚀问题，能量转换效率高，无污染，可室温快速启动。质子交换膜
燃料电池在固定电站、电动车、军用特种电源、可移动电源等方面
都有广阔的应用前景，尤其是电动车的最佳驱动电源。它已成功地
用于载人的公共汽车和奔驰轿车上。
1.5.3 熔融碳酸盐燃料电池(mcfc)
熔融碳酸盐燃料电池是由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解质隔膜、多
孔金属阳极、金属极板构成的燃料电池。其电解质是熔融态碳酸盐。
熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池（600～700℃），具有效率高（高于40%）、噪音低、无污染、燃料多样化（氢气、煤气、天然
气和生物燃料等）、余热利用价值高和电池构造材料价廉等诸多优点，是未来的绿色电站。
1.5.4 碱性燃料电池（afc）
碱性燃料电池是技术发展最快的一种电池，主要为空间任务，包括
航天飞机提供动力和饮用水。
碱性燃料电池的设计基本与质子交换膜燃料电池的设计相似，但其
使用的电解质为水溶液或稳定的氢氧化钾基质，且电化学反应也与
羟基（oh）从阴极移动到阳极与氢反应生成水和电子略有不同。这
些电子是用来为外部电路提供能量，然后才回到阴极与氧和水反应
生成更多的羟基离子。
碱性燃料电池的工作温度与质子交换膜燃料电池的工作温度相似，
大约80℃。因此，它们的启动也很快，但其电力密度却比质子交换
膜燃料电池的密度低十来倍，在汽车中使用显得相当笨拙。不过，
它们是燃料电池中生产成本最低的一种电池，因此可用于小型的固
定发电装置。
如同质子交换膜燃料电池一样，碱性燃料电池对能污染催化剂的一
氧化碳和其它杂质也非常敏感。此外，其原料不能含有一氧化碳，
因为一氧化碳能与氢氧化钾电解质反应生成碳酸钾，降低电池的性能。
1.5.5 磷酸燃料电池（pafc）
磷酸燃料电池是当前商业化发展得最快的一种燃料电池。正如其名
字所示，这种电池使用液体磷酸为电解质，通常位于碳化硅基质中。磷酸燃料电池的工作温度要比质子交换膜燃料电池和碱性燃料电池
的工作温度略高，位于150 - 200℃左右，但仍需电极上的铂金催化
剂来加速反应。
其阳极和阴极上的反应与质子交换膜燃料电池相同，但由于其工作
温度较高，所以其阴极上的反应速度要比质子交换膜燃料电池的阴
极的速度快。
较高的工作温度也使其对杂质的耐受性较强，当其反应物中含有1-2%的一氧化碳和百万分之几的硫时，磷酸燃料电池照样可以工作。
磷酸燃料电池的效率比其它燃料电池低，约为40%，其加热的时间
也比质子交换膜燃料电池长。
虽然磷酸燃料电池具有上述缺点，它也拥有许多优点，例如构造简单，稳定，电解质挥发度低等。
磷酸燃料电池可用作公共汽车的动力，而且有许多这样的系统正在
运行。
在过去的20多年中，大量的研究使得磷酸燃料电池能成功地用于固定的应用，已有许多发电能力为0.2 – 20 mw的工作装置被安装在
世界各地，为医院，学校和小型电站提供动力。
1.5.6 再生氢氧燃料电池（rfc)
再生氢氧燃料电池将水电解技术(电能+2h2o→2h2+o2)与氢氧燃料
电池技术(2h2+o2→h20+电能)相结合 ,氢氧燃料电池的燃料 h2、氧
化剂o2可通过水电解过程得以“再生”, 起到蓄能作用。可以用作空
间站电源。
2 燃料电池进展
2.1 国内研究进展
我国燃料电池的研究工作始于1958年，开始研究碱性燃料电池，
取得了一些成果。例如天津电源所1979年制成1kw碱性燃料电池。中国科学院大连化学物理研究所完成a型和b型碱性石棉膜燃料电池，并通过地面航天环境模拟试验。20世纪80年代末，该所还研制成功1kw水下用afc电池组。
1996年10月，在北京香山召开的科学会议第59次讨论会，中心论题是燃料电池的研究、开发现状及其发展趋势。会议认为在能源领
域中燃料电池作为新兴技术，在不久的将来会有举足轻重的作用，
高度重视并切实做好燃料电池技术的研究开发工作，是具有跨世纪
意义的重大战略。这次会议促进了我国燃料电池的大发展。
在九五期间，国家科技部组织燃料电池研制项目重点攻关，经过研
究人员的协作攻关，在质子交换膜燃料电池研究上取得突出成绩。
在200w、1kw、30kw燃料电池组及相关生产工艺技术、甲醇重整
制氢技术、质子交换膜原材料国产化、驱动与控制系统等方面都取
得重要进展，获得35项专利。
北京富源高科技公司、中科院大连化学物理所、上海神力科技有限
公司、重庆绿能研究所和清华大学成功制备出质子交换膜燃料电池组，功率达到5kw、10kw、30kw。
中科院上海有机所成功开发新型单体合成聚合条件优化和磺化新技术，制备出离子交换膜sh117a、sh117b等，不但性能好，而且价
格相当低。
上海交通大学燃料研究所在2001年完成1kwmcfc发电，连续工作300h。
质子交换膜燃料电池动力的公交汽车和小车的样车于2002年分别
在北京、上海试车成功，各项技术指标取得重大突破。
2008年北京奥运会，为办成绿色奥运，燃料电池发挥重要作用。北
京奥委会在计划建设的100辆清洁动力车中，燃料电池动力汽车占
有20％的份额。由上海燃料电池汽车动力系统有限公司、同济大学、上汽集团等提供动力系统，上海大众汽车有限公司负责制造的20辆
帕萨特领驭氢燃料电池轿车为奥运服务。
在专为世博会奔跑的新能源汽车中，燃料电池汽车共有196辆，包
括了专用于贵宾接待的90辆燃料电池轿车，跑在世博园区世博大道
线上的6辆燃料电池公交客车和跑在世博园区浦东区域地面博成路
和高架步道两条观光线上的100辆燃料电池观光车。
我国燃料电池的开发工作受到前所未有的重视，今后的发展工作任
重道远。结合我国国情和科技发展趋势，我们的发展重点是燃煤燃
料电池技术，电动汽车应用燃料电池技术、分散发电燃料电池技术
和农村燃料电池技术。这就是为了高效合理使用煤炭资源和环境清洁，开发以煤和天然气为燃料的燃料电池技术，要积极推进mcfc和sofc的应用研究。顺应电动汽车发展大趋势，大力开发车用燃料电
池技术。努力建设小型、分散、低价、实用的燃料电
池电站，改善山乡僻地、交通闭塞地区的无电缺电状况。注意开发
利用农村再生资源作为燃料的燃料电池技术，促进资源的综合利用。
2.2 国外研究进展
发达国家都将大型燃料电池的开发作为重点研究项目，企业界也纷
纷斥以巨资，从事燃料电池技术的研究与开发，现在已取得了许多
重要成果，使得燃料电池即将取代传统发电机及内燃机而广泛应用
于发电及汽车上。值得注意的是这种重要的新型发电方式可以大大
降低空气污染及解决电力供应、电网调峰问题，2 mw、4.5 mw、11 mw
成套燃料电池发电设备已进入商业化生产，各等级的燃料电池发电
厂相继在一些发达国家建成。燃料电池的高效率、无污染、建设周
期短、易维护以及低成本的潜能将引爆21世纪新能源与环保的绿色
革命。如今，在北美、日本和欧洲，燃料电池发电正以急起直追的
势头快步进入工业化规模应用的阶段，将成为21世纪继火电、水电、
核电后的第4代发电方式。燃料电池技术在国外的迅猛发展必须引
起我们的足够重视，现在它已是能源、电力行业不得不正视的课题。
2.2.1美国
美国燃料电池的开发研究早在1960年代就开始。从20世纪70年
代开始大规模研究开发民用燃料电池，磷酸型电池完全进入商业化
应用，生产多套1mw、4.5mw、11mw的电池设备安装在美国本土、欧洲、日本等地，有的最长运行时间达3．7万小时。美国对熔融碳
酸盐电池的开发重点在大容量的兆瓦级机组的开发，2mw内部改质
型设备已经投运。西屋公司2000年8月开始在加州进行220kw加
压运行的sofc电站的试验。并计划向250kw和2．8mw级联合循
环发电装置发展。美国是在燃料电池研究方面投入最多的国家，开
发应用也始终处于世界的前列。
2.2.2日本
2.2.3加拿大
加拿大主要集中力量研究pemfc。其技术水平居世界领先地位。pemfc的比功率超过了doe制定的电动汽车标准．引起发达国家和
有关企业的高度重视，竞相投入巨资发展pemfc以用于交通、移动
电源、分散电源等领域．引发了pemfc的研究热潮。总部位于加拿
大温哥华的bauard power svstem公司被公认为是世界开发、生产
和营销零排放质子交换膜(pem)燃料电池的领先者。ballard公司与daim-ler-benz公司合作用5kw级pemfc作动力源组装出零排电动
汽车，ballard公司还用10kw级pemfc组装出200kw电动汽车，
以高压氢为燃料，其最高时速和爬坡能力均与柴油发动机一样，而
加速性能还优于柴油发动机。ballard公司1996年制造
第六章电化学原理及其应用 一、选择题 1．下列电极反应中，溶液中的pH值升高，其氧化态的氧化性减小的是(C) A. Br2+2e = 2Br－ B. Cl2+2e=2Cl— C. MnO4—+5e+8H+=2Mn2++4H2O D. Zn2++2e=Zn 2．已知H2O2在酸性介质中的电势图为O2 0.67V H2O2 1.77V H2O，在碱性介质中的电势图为O2-0.08V H2O2 0.87V H2O，说明H2O2的歧化反应（C） A.只在酸性介质中发生 B.只在碱性介质中发生 C.无论在酸、碱性介质中都发生Ｄ.与反应方程式的书写有关 3．与下列原电池电动势无关的因素是Zn |Zn2+‖H+，H2 | Pt （B） A. Zn2+的浓度 B. Zn电极板的面积 C.H+的浓度 D.温度 4．298K时，已知Eθ（Fe3+/Fe）=0.771V，Eθ（Sn4+/Sn2+）=0.150V，则反应2Fe2++Sn4+=2Fe3++Sn2+的△r G mθ为（D）kJ/mol。 A. －268.7 B. －177.8 C. －119.9 D. 119.9 5．判断在酸性溶液中下列等浓度的离子哪些能共存（D） A Sn2+和Hg2+ B. SO32—和MnO4— C. Sn4+和Fe D. Fe2+和Sn4+ 已知Eθ(Hg2+/Hg)=0.851V，Eθ(Sn4+/Sn2+)=0.15V ，Eθ(MnO4—/Mn2+)=1.49V Eθ(SO42—/H2SO3)=1.29V ，Eθ(Fe2+/Fe)= —0.44V 6．已知下列反应在标准状态下逆向自发进行 Sn4++Cu = Sn2++Cu2+ Eθ(Cu2+/Cu)=(1) , Eθ(Sn4+/Sn2+)=(2) 则有（C） A. (1) = (2) B. (1)＜(2) C. (1)＞(2) D. 都不对 二、填空题 1．将下列方程式配平 3PbO2 + 2 Cr3+ + ____H2O___ ＝1Cr2O72—+ 3Pb2+ + __2H+___ (酸性介质) 2MnO2 + 3 H2O2 +__2OH-___ ＝2MnO4—+ ___4H2O______ （碱性介质）2．现有三种氧化剂Cr2O72—，H2O2，Fe3+，若要使Cl—、Br—、I—混合溶液中的I—氧化为I2，而Br-和Cl-都不发生变化，选用Fe3+最合适。(EθCl2/Cl-=1.36V, EθBr2/Br-=1.065V, EθI2/I-=0.535V) 3．把氧化还原反应Fe2++Ag+=Fe3++Ag设计为原电池，则正极反应为Ag++ e = Ag，负极反应为Fe3++e= Fe2+ ，原电池符号为Pt︱Fe3+(c1),Fe2+(c2)‖Ag+(c3)︱Ag。 4．在Ｍn++n e＝M(s)电极反应中，当加入Ｍn+的沉淀剂时，可使其电极电势值降低，如增加Ｍ的量，则电极电势不变 5．已知EθAg+/Ag=0.800V, K sp=1.6×10—10则Eθ（AgCl/Ag）= 0.222V。 6．已知电极反应Cu2++2e=Cu的Eo为0.347Ｖ,则电极反应2Cu - 4e =2Cu2+的Eθ值为0.347V 。7．用氧化数法配平下列氧化还原反应。 （1）K2Cr2O7＋H2S＋H2SO4K2SO4＋Cr2(SO4)3＋S＋H2O K2Cr2O7＋3H2S＋4H2SO4 =K2SO4＋Cr2(SO4)3＋3S＋7H2O
第七章电化学练习题 一、是非题，下列各题的叙述是否正确，对的画√错的画× 1、设ZnCl 2水溶液的质量摩尔浓度为b ，离子平均活度因子为 ± γ，则离子平均活度θγαb b B ±=34。（ ） 2、298K 时，相同浓度（均为）的KCl 、CaCl 2和LaCl 3三种电解质水溶液，离子平均活度因子最大的是LaCl 3。（ ） 3、 BaCl 2水溶液，其离子强度I=。（ ） 4、实际电解时，在阴极上首先发生还原作用的是按能斯特方程计算的还原电势最大者。（ ） 5、对于一切强电解质溶液—I Z AZ -+-=±γln 均适用。（ ） 6、电解质溶液与非电解质溶液的重要区别是电解质溶液含有由电解质离解成的正负离子。（ ） 7、电解质溶液可以不偏离理想稀溶液的强电解质溶液。（ ） 8、离子迁移数 t ++t -<1。（ ） 9、离子独立移动定律只适用于无限稀的强电解质溶液。（ ） 10、无限稀薄时，KCl 、HCl 和NaCl 三种溶液在相同温度、相 同浓度、相同单位电场强度下，三种溶液中的Cl －迁移数 相同。（ ） 11、在一定的温度和较小的浓度情况下，增大弱电解质溶液的 浓度，则该弱电解质的电导率增加，摩尔电导率减少。（ ）
12、用Λm 对C 作图外推的方法，可以求得HAC 的无限稀释之摩尔电导。（ ） 13、恒电位法采用三电极体系。（ ） 14、对于电池()() ()() s Ag b AgNO b NO Ag s Ag 2313，b 较小的一端 为负极。（ ） 15、一个化学反应进行时，10220--=?mol KJ G m r ..，如将该化学反应安排在电池中进行，则需要环境对系统做功。（ ） 16、原电池在恒温、恒压可逆的条件下放电时，0=?G 。（ ） 17、有能斯特公式算得电池的E 为负值，表示此电池反应的方向是朝正向进行的。（ ） 18、电池()()()() s Ag s AgCl kg mol Cl Zn s Zn 01002012.,..,=±-γ其反应为 ()()()()010*******.,..,=+→+±-γkg mol ZnCl s Ag s Zn s AgCl ， 所以其电动势的计算公式为 ()010020222..ln ln ?-=-=F RT E F RT E E ZnCl θθα。（ ） 19、标准电极电势的数据就是每个电极双电层的电势差。（ ） 20、电池反应的E 与指定电池反应计量方程式的书写无关，而 电池反应的热力学函数m r G ?等则与指定电池反应计量方 程式的书写有关。（ ） 21、锌、银两金属片同时插入HCl 水溶液中，所构成的电池是可逆电池。（ ） 22、电解池中阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。（ ）
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。
2021届新课标高考化学一轮复习同步测控（教师版） 专题2：电化学基础及其应用（1）（精品） 第I卷选择题（50分） 一、选择题（本题共10小题，共50分。在每小题给出的A、B、C、D四个选项中， 只有一项是符合题目要求的。） 1、（2020·盐城模拟）下列各组中，每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是 A. HCl、 CuCl2、 Ba(OH)2 B. NaOH、CuSO4、 H2SO4 C. NaOH、H2SO4、 Ba(OH)2 D. NaBr、 H2SO4、 Ba(OH)2 2、（2020郴州模拟）将镁片、铝片平行插入到一定浓度的NaOH溶液中，用导线连接成闭合回路，该装置在工作时，下列叙述正确的是 A．镁比铝活泼，镁失去电子被氧化成Mg2＋ B．铝是电池的负极，开始工作时溶液中会立即有白色沉淀生成 C．该装置的内、外电路中，均是电子的定向移动形成电流 D．该装置开始工作时，铝片表面的氧化膜可不必处理 【解析】对NaOH溶液而言Al比Mg活泼，故Al为负极，Mg为正极，负极电极反应式为：Al＋4OH－－3e－===AlO－2＋2H2O，故A、B两项均不正确；内电路 是阴、阳离子定向移动形成电流，故C项不正确；Al表面氧化膜不必另外处理， 溶液中NaOH即可使其溶解，故D项正确。 3、（2020江西五校联考）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＋2MnO2＋2H2O＝Zn(OH)2＋2MnOOH，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：2MnO2＋2H2O＋2e－＝2MnOOH＋2OH－ 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0.2 mol 电子，锌的质量理论上减少6.5 g 4、(2020·天津高考，4)锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,下列有关叙述正确的是 A.铜电极上发生氧化反应 B.电池工作一段时间后,甲池的c(S)减小 C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加 D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡 【解析】由锌铜原电池原理可知,锌电极为负极,失电子,发生氧化反应,铜电极为正极,得电子,发生还原反应,A项错误;阳离子交换膜只允许阳离子和水分子 通过,两池中c(S)不变,B项错误;电解过程中Zn2+由甲池通过阳离子交换膜进 入乙池,乙池中Cu2++2e-Cu,其溶液中的离子转换为Cu2+→Zn2+,摩尔质量 M(Cu2+) 电化学练习 １.铁镍蓄电池又称爱迪生电池,放电时的总反应为Fe+Ni2Ｏ3＋３H2O===Fe(OＨ)2+2Ｎi（OH)２ 下列有关该电池的说法不正确的是( ）。 A.电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2Ｏ3,负极为Fｅ B．电池放电时，负极反应为Fe+2OＨ－－2e－===Fe(OH）2 C．电池充电过程中，阴极附近溶液的ｐH降低 D.电池充电时，阳极反应为2Ni（OH)2+2OH-－２e-===Ｎi2O3＋3H２O 2．镀锌铁在发生析氢腐蚀时,若有０.2 ｍｏｌ电子发生转移，下列说法正确的是( ） ①有5.６g金属被腐蚀②有６.5 g金属被腐蚀③在标准状况下有２.2４ L气体放出④在标准状况下有1.12 L气体放出 A.①② B.①④ C．②③D．③④3．某固体酸燃料电池以CsHSO４固体为电解质传递H+，其基本结构如图，电池总反应可表示为:2H2+Ｏ2＝=＝2Ｈ2O，下列有关说法正确的是( ） A.电子通过外电路从ｂ极流向a极 B．b极上的电极反应式为：O２＋２H2O+4e－===4OH- C．每转移0.1 moｌ电子,消耗１．1２ L的H2 D．Ｈ＋由a极通过固体酸电解质传递到b极 4.如图是某公司批量生产的笔记本电脑所用的甲醇燃料电池的构造示意图。甲醇在催化剂作用下提供质子（H+）和电子，电子经过电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，该电池总反应式为:２CH3ＯH＋3O2===2CO２+4Ｈ2Ｏ。下列有关该电池的说法错误的是（) A．右边的电极为电池的负极,b处通入的是空气 B.左边的电极为电池的负极，a处通入的是甲醇C．电池负极的反应式为:2CＨ3OH＋２Ｈ2O－12ｅ-==＝2CO2↑＋12H+ D．电池正极的反应式为:３O2+12H＋＋12e－===6H2Ｏ 5．铅蓄电池的工作原理为:Pb+ＰbＯ2＋2Ｈ2SO4=＝＝2PbSO4+２H2O，研读下图,下列判断不．正确的是（ ) Ａ.K闭合时,ｄ电极反应式:PｂSＯ4＋2H2O－2e-===PｂＯ２+4H＋＋ B.当电路中转移0.2 moｌ电子时,Ⅰ中消耗的H２ＳO4为0.2 mol Ｃ.Ｋ闭合时，Ⅱ中SＯ４2-向c电极迁移 D．Ｋ闭合一段时间后,Ⅱ可单独作为原电池,ｄ电极为正极 6．获得“8６3”计划和中科院“百人计划”支持的环境友好型铝碘电池已研制成功，电解液为ＡlI3溶液,已知电池总反应为:２Al＋３I２===2AlI3。下列说法不．正确的是( ） A．该电池负极的电极反应为:Al-3e-＝==Ａｌ3＋ B.电池工作时,溶液中铝离子向正极移动 Ｃ．消耗相同质量金属时，用锂作负极时，产生电子的物质的量比铝多 D.该电池可能是一种可充电的二次电池 7最近,科学家研制出一种纸质电池,这种“软电池”采用薄层纸片作为载体和传导体,在一边附着锌，在另一边附着二氧化锰。电池总反应为:Zn+2MｎO２＋Ｈ2O＝=＝ZｎＯ＋2MnOＯＨ。下列说法不．正确的是( ） A．该电池Zｎ为负极,MnＯ２为正极 B.该电池的正极反应为：ＭnＯ2＋ｅ－+Ｈ2Ｏ==＝MnOＯＨ+OH-Ｃ．导电时外电路电子由Zn流向MnＯ２，内电路电子由MnO2流向Zn D．电池工作时水分子和ＯＨ-都能通过薄层纸片 ８．防止或减少钢铁的腐蚀有多种方法:如制成耐腐蚀合金、表面“烤蓝”、电镀另一种金属以及电化学保护等方法。(1)钢铁的腐蚀主要是吸氧腐蚀,请写出钢铁吸氧腐蚀的电极反应:正极：____________＿___；负极:＿____________＿__。 (２)在海洋工程上,通常用铝合金(Ａl－Zn-Cd)保护海底钢铁设施，其原理如图所示：其中负极发生的 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得微分电容Cd，请给出Cd得数学表达式。 答：①将理想极化电极极化至不同电势（Φ），同时测出相应得界面张力（σ值），表征Φ-6关系得曲线为“电毛细曲线”。②“零电荷电势”就是指σ-Φ曲线上最高点处dσ/dΦ=0即q=0（表面不带有剩余电荷）相应得电极电势，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？产生极化得主要原因就是什么？试分析极化在电解工业（如氯碱工业）﹑电镀行业与电池工业得利弊。 答：①电化学极化就是指外电场作用下，由于电化学作用相对于电子运动得迟缓性改变了原有得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，而发生了电极电位得“电化学极化”）。 ②原因：电化学反应迟缓、浓差极化。③从能量角度来瞧，极化对电解就是不利得；超电势越大，外加电压越大，耗能大。极化在电镀工业中就是不利得，氢在阴极上析出就是不可避免得副反应，耗能大，但同时使阴极上无法析出得金属有了析出得可能。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就是不极化电极？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，饱与甘汞电极，Ag/Agcl电极，Hg/HgO/OH-电极。③考虑得因素：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、零电荷得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电毛细法与微分电容法。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得离子双电层现象；③不能将此电势瞧成相间电势得绝对零点，该电势也就是在一定参比电极下测得得，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 得顺序而增强，特性吸附在电毛细曲线与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得电势范围，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得左半支曲线不同，零电荷 电势负移。 6、何谓非稳态扩散？其初始条件与一个边界条件就是什么？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，称之为传质过程得非稳态阶段②初始条件：C i（x,0）=C i0 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 i0，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，产生这些传质过程得原因就是什么？ 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、稳态扩散与非稳态扩散得特点就是什么，可以用什么定律来表示？ 答：①稳态扩散：扩散粒子得浓度只与距离有关，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：扩散粒子得浓度同时就是距离与时间得函数。用Fick第二定律 9、说明标准电极反应速度常数k S与交换电流密度i0得物理意义，并比较两者得区别。 答：①k S：当电极电势为反应体系得标准平衡及反应粒子为单位浓度时，电极反应进行得速率（md/s）。i0：反应在平衡电势下得电流密度，即有i0=i a=i k②相同点：数值越大，表示该反应得可逆性越强。不同点：k S与浓度无关，i0与反应体系各种组分得浓度有关。 10、为什么有机物在电极上得可逆吸附总就是发生在一定得电位区间内？ 答：越正得电势，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，即一定得电位区间内。 11、试说明锂离子电池得正极与负极材料就是何物质？为什么其溶剂要用非水有机溶剂? 锂离子电池比一般得二次电池具有什么特点？ 答：①正极：主要就是嵌锂化合物，包括三维层状得LiCoO 2 ,LiNiO 2 ,三维得TiO 2 。负极：主要就是碳素材料，如石墨、碳纤维。②锂遇水反应生 成H 2 ，可能有爆炸得危险，所以要用非水有机溶 装置特点：化学能转化为电能。 ①、两个活泼性不同的电极； 形成条件：②、电解质溶液（一般与活泼性强的电极发生氧化还原反应）； 原 ③、形成闭合回路（或在溶液中接触） 电 负极：用还原性较强的物质作负极，负极向外电路提供电子；发生氧化反应。 池 基本概念： 正极：用氧化性较强的物质正极，正极从外电路得到电子，发生还原反应。 原 电极反应方程式：电极反应、总反应。 理 氧化反应 还原反应 反应原理：Zn-2e -=Zn 2+ 2H ++2e -=2H 2↑ 1．下列变化中，属于原电池反应的是( ) A ．在空气中金属铝表面迅速氧化形成保护层 B ．镀锌铁表面有划损时，也能阻止铁被氧化 C ．红热的铁丝与水接触表面形成蓝黑色保护层 D ．铁与稀H 2SO 4反应时，加入少量CuSO 4溶液时，可使反应加速 2．100 mL 浓度为2 mol/L 的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的量，可采用的方法是( ) A ．加入适量的6 mol/L 的盐酸 B ．加入数滴氯化铜溶液 C ．加入适量的蒸馏水 D ．加入适量的氯化钠溶液 3．称取三份锌粉，分别盛于甲、乙、丙三支试管中，按下列要求另加物质后，塞上塞子，定时测定生成氢气的体积。甲加入50 mL pH ＝3的盐酸，乙加入50 mL pH ＝3的醋酸，丙加入50 mL pH ＝3的醋酸及少量胆矾粉末。若反应终了，生成氢气的体积一样多，且没有剩余的锌。请用“＞”“＝”或“＜”回答下列各题。 (1)开始时，反应速率的大小为__________。 (2)三支试管中参加反应的锌的质量为__________。 (3)反应终了，所需时间为__________。 (4)在反应过程中，乙、丙速率不同的理由是(简要说明)__________。 失e -,沿导线传递，有电流产生 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 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》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 一，简比较电子导体和离子导体的异同点 （1）电子导体（第一类导体）：荷电粒子是电子或电子空穴，它既包括普通的金属导体也包括半导体。离子导体（第二类导体）：荷电粒子是离子，例 如，电解质溶液或熔融盐。 （2）电子导体的特点： A.自由电子或电子空穴作定向移动而导电 B.导电过程中导体本身不发生变化 C.温度升高，电阻也升高 D.导电总量全部由电 子承担 （3）离子导体的特点： A.正、负离子作反向移动而导电 B.导电过程中有化学反应发生 C.温度升高，电阻下 D.导电总量分别由正、负离子分担 二，简述电极极化的原因 （1）在有限的电流通过时，电极系统的电极电势偏离其平衡电极电势的现象，称 为电极的极化现象。 （2）A，浓差极化 在有限电流通过电极时，因离子传质过程的迟缓性而导致电极表面附近离子浓度与本体溶液中不同，从而使电极电位偏离其平衡电极电位的现象，叫作浓差 极化。 B，活化极化（电化学极化） 在有限电流通过电极时，由于电化学反应进行的返缓造成电极上带电程度与可逆状态下不同，从而导致的电极电位偏离其平衡电极电位的现象，叫做‘活化极化”． 三，试说明参比电极因具有的性能和用途 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。 四，试描述双电层理论的概述 化学专题复习：电化学基础(完整版) ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： I F Z I I I F Z 高考化学专题复习：电化学基础 要点一 原电池、电解池、电镀池的比较 原电池 电解池 电镀池 定 义 将化学能转变成电能的装置 将电能转变成化学能的装置 应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置。一种特殊的电解池 装 置 举 例 形 成 条 件 ①活动性不同的两电极(连接) ②电解质溶液(电极插入其中 并与电极自发反应) ③形成闭合回路 ①两电极接直流电源 ②两电极插人电解质溶液 ③形成闭合回路 ①镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极 ②电镀液必须含有镀层金属的离子 电 极 名 称 负极：较活泼金属； 正极：较不活泼金属(或能导电的非金属等) 阳极：电源正极相连的电极 阴极：电源负极相连的电极 阳极：镀层金属； 阴极：镀件 电 子 流 向 负极正极 电源负极 阴极 电源正极 阳极 电源负极阴极 电源正极 阳极 电 极 反 应 负极（氧化反应）：金属原子失电子； 正极（还原反应）：溶液中的阳离子得电子 阳极（氧化反应）：溶液中的阴离子失电子，或金属电极本身失电子； 阴极（还原反应）：溶液中的阳离子得电子 阳极（氧化反应）：金属电极失电子； 阴极（还原反应）：电镀液中阳离子得电子 离 子流向 阳离子：负极→正极（溶液中） 阴离子：负极←正极（溶液中） 阳离子→阴极（溶液中） 阴离子→阳极（溶液中） 阳离子→阴极（溶液中） 阴离子→阳极（溶液中） 练习1、把锌片和铁片放在盛有稀食盐水和酚酞试液 混合溶液的玻璃皿中（如图所示），经一段时间后， 观察到溶液变红的区域是（ ） A 、I 和III 附近 B 、I 和IV 附近 C 、II 和III 附近 D 、II 和IV 附近 中国海洋大学本科生课程大纲 课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修 一、课程介绍 1.课程描述： 电化学基础是在学习无机化学和物理化学的基础上开设的电化学入门课程，是材料化学专业的学科基础必修课程。主要介绍电化学材料科学的基本理论、基本概念等内容，为今后学习奠定基础。 2.设计思路： 尽管先修课程物理化学中有专门一章介绍电化学，但是随着电化学材料科学的快速发展，电化学技术在材料科学与工程领域中的应用越来越广泛。本课程着重介绍电化学的基本知识、基本原理和电化学技术应用。 3.课程与其他课程的关系 本课程的先修课程是物理化学。为后期更好的学习新能源材料概论、金属腐蚀与防护、功能高分子材料等专业课程，更好的开展毕业论文（设计）工作奠定基础。二、课程目标 本课程的目标是让学生在前期学习物理化学等课程的基础上，系统学习电化学的基本理论、基本原理等内容，并能够应用于后续其他专业课程的学习。了解、掌握电 - 1 - 化学材料科学研究所涉及的基本理论和基本原理以及电化学技术的应用。 三、学习要求 本课程要求学生（或小组）及时关注网络教学（包括移动客户端）的阅读资料、思考讨论题等，按照要求在课前完成相关的资料检索汇总及思考；在课堂上认真听讲，积极参与课堂讨论；课后积极参与小组活动并完成作业。 四、教学内容 五、参考教材与主要参考书 [1] (美)巴德等. 电化学方法原理和应用（第二版）. 化学工业出版社. 2005.5 [2] 高鹏等. 电化学基础教程. 化学工业出版社. 2013.9 [3] (德)哈曼等. 电化学. 化学工业出版社. 2010 六、成绩评定 （一）考核方式 A.闭卷考试：A.闭卷考试 B.开卷考试 C.论文 D.考查 E.其他（二）成绩综合评分体系： - 1 - 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。 电化学练习 1．铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2 下列有关该电池的说法不正确的是( )。 A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3，负极为Fe B．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2 C．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低 D．电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O 2．镀锌铁在发生析氢腐蚀时，若有0.2 mol电子发生转移，下列说法正确的是( ) ①有5.6 g金属被腐蚀②有6.5 g金属被腐蚀③在标准状况下有2.24 L气体放出④在标准状况下有1.12 L气体放出 A．①② B．①④ C．②③ D．③④ 3.某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H＋，其基本结构如图，电池总反应可表示为：2H2＋O2===2H2O，下列有关说法正确的是( ) A．电子通过外电路从b极流向a极 B．b极上的电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．每转移0.1 mol电子，消耗1.12 L的H2 D．H＋由a极通过固体酸电解质传递到b极4．如图是某公司批量生产的笔记本电脑所用的甲醇燃料电池的构造示意图。甲醇在催化剂作用下提供质子(H＋)和电子，电子经过电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，该电池总反应式为：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。下列有关该电池的说法错误的是( ) A．右边的电极为电池的负极，b处通入的是空气 B．左边的电极为电池的负极，a处通入的是甲醇C．电池负极的反应式为：2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋ D．电池正极的反应式为：3O2＋12H＋＋12e－===6H2O 5.铅蓄电池的工作原理为：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，研读下图，下列判断不正确的是( ) A．K闭合时，d电极反应式：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋ B．当电路中转移0.2 mol电子时，Ⅰ中消耗的H2SO4为0.2 mol C．K闭合时，Ⅱ中SO42-向c电极迁移 D．K闭合一段时间后，Ⅱ可单独作为原电池，d电极为正极6．获得“863”计划和中科院“百人计划”支持的环境友好型铝碘电池已研制成功，电解液为AlI3溶液，已知电池总反应为：2Al＋3I2===2AlI3。下列说法不正确的是( ) A．该电池负极的电极反应为：Al－3e－===Al3＋ B．电池工作时，溶液中铝离子向正极移动 C．消耗相同质量金属时，用锂作负极时，产生电子的物质的量比铝多 D．该电池可能是一种可充电的二次电池 7最近，科学家研制出一种纸质电池，这种“软电池”采用薄层纸片作为载体和传导体，在一边附着锌，在另一边附着二氧化锰。电池总反应为：Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH。下列说法不正确的是( ) A．该电池Zn为负极，MnO2为正极 B．该电池的正极反应为：MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－ C．导电时外电路电子由Zn流向MnO2，内电路电子由MnO2流向Zn D．电池工作时水分子和OH－都能通过薄层纸片 8．防止或减少钢铁的腐蚀有多种方法：如制成耐腐蚀合金、表面“烤蓝”、电镀另一种金属以及电化学保护等方法。(1)钢铁的腐蚀主要是吸氧腐蚀，请写出钢铁吸氧腐蚀的电极反应：正极：________________；负极：________________。 (2)在海洋工程上，通常用铝合金(Al－Zn－Cd)保护海底钢铁设施，其原理如图所示：其中负极发生的 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．这电化学练习题带答案
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