應(yīng)用電化學(xué)復(fù)習(xí)

1、一、化學(xué)電源的基本概念1. 化學(xué)電源的組成和工作原理組成：電極、電解質(zhì)、隔膜、外殼。工作原理：化學(xué)電源就是一個能量轉(zhuǎn)換的裝置。放電時，電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，充電時則是將電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能貯存起來。以丹尼爾電池為例討論化學(xué)電源的工作原理：丹尼爾電池：（）znznso4|cuso4cu(+)負極： zn2e zn2 氧化正極： cu22ecu 還原電池反應(yīng)：zncu2zn2cu 成流反應(yīng)2. 化學(xué)電源的基本組成部分及其作用電極：在電池充放電過程中參與電極反應(yīng)，是直接決定電池容量和電化學(xué)性能。電解質(zhì)：電池的主要組成之一，在電池內(nèi)部擔(dān)負著傳遞正負極之間電荷的作用。隔膜：將電池正負極隔開防止兩極直接接

2、觸而短路。 外殼：電池的容器。3. 化學(xué)電源的主要性能指標(biāo)（1）電池的開路電壓與電動勢：電動勢e：電池兩極斷路時，處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)下，兩極的平衡電位之差。開路電壓u：電池斷路時，兩極的穩(wěn)定電位之差。電動勢e是可逆電極，可逆電池，可逆過程；開路電壓u是可逆電極，不可逆過程。電動勢e與開路電壓u二者關(guān)系：可逆電池u=e；不可逆電池：ue。工作電壓v：電池工作時兩端的電壓即電池中有電流通過時的端電壓，隨輸出電流的大小、放電深度、溫度等變化而變化。開路電壓u和工作電壓v之間的關(guān)系：有電流通過時，會產(chǎn)生電化學(xué)極化、濃差極化、歐姆極化等，故vu（2）電池的容量c：電池在一定的放電制度下，所放出的電量c，

3、單位為庫侖（c）或安培.小時（ah)。電池的比容量：單位質(zhì)量或單位體積電池所給出的容量，稱為重量比容量cm或體積比容量cv放電時率t：用放電時間的長短來表示放電速率，即在規(guī)定的放電時間內(nèi)，電池放出全部的額定容量，以一定的放電電流i放放完額定容量c額所需小時數(shù)。放電倍率： 放電電流為電池額定容量的倍數(shù)。（3）化學(xué)電源的自放電及其影響因素自放電：一次電池或充電后的二次電池在貯存一段時間后，容量發(fā)生自動降低的現(xiàn)象，稱為電池的自放電。對于蓄電池，又叫充電保持能力。電池存在的自放電，將直接影響到電池的儲存性能，電池自放電越小，電池的儲存性能越好。4. 一個化學(xué)電源必備條件：化學(xué)反應(yīng)中的兩個過程必須分隔在

4、兩個區(qū)域進行；物質(zhì)在發(fā)生氧化還原反應(yīng)時，電子必須經(jīng)過外電路。5. 電池和電池容量的計算：理論容量c0:實際容量c:6. 電池自放電大小計算自放電前電池容量減去自放電后電池容量。二、鋅二氧化錳電池1. 鋅二氧化錳電池中二氧化錳（正極）的反應(yīng)機理：mno2電極的電化學(xué)行為：質(zhì)子電子機理mno2陰極還原的初級過程：mnooh的生成（水錳石） 反應(yīng)：mno2 h e mnoohmno2陰極還原的次級過程：mnooh的轉(zhuǎn)移歧化反應(yīng)： 2mnooh2hmno2mn22h2o 固相質(zhì)子擴散2. 鋅二氧化錳電池中鋅負極的自放電原因：氫離子的陰極還原引起鋅的自放電（析氫腐蝕）；氧的陰極還原引起鋅電極的自放電；電

5、解液中的雜質(zhì)引起的鋅電極的自放電，引起鋅電極自放電的主要原因是氫的陰極析出所引起的鋅的腐蝕，即析氫腐蝕。降低自放電的措施：加添加劑在金屬鋅中加入添加劑或在電解液中加入緩蝕劑。保證原材料的質(zhì)量達到要求。對電液進行凈化。貯存電池的溫度低于25。電池要嚴格密封。3. 中性鋅錳電池：正極：天然mno2或電解mno2 負極： 鋅筒電解質(zhì)溶液：nh4cl(zncl2)型或zncl2 (nh4cl)型 隔膜：漿層紙 外殼：鋅筒負極特點：容量增大，電池內(nèi)阻減小，放電電流增大堿性鋅錳電池：正極：電解mno2（emd） 負極：汞齊化鋅粉（多孔鋅電極，汞的添加量為鋅粉的6%10%（質(zhì)量百分數(shù)）目的：提高析氫過電位，

6、減少鋅負極腐蝕）電解質(zhì)溶液：koh溶液 隔膜：隔膜紙 外殼：鍍鋁鋼外套特點：放電性能好，容量高，可大電流連放，放電曲線平穩(wěn)低溫性能好3.儲存性能好4.防漏液性能好4. 鋅錳電池為什么只適合小電流放電?高電流密度下，鋅負極會發(fā)生鈍化：zn24ohzno2 2- 2h2o 2e zno2 2-轉(zhuǎn)變成zn(oh)2，阻止電極反應(yīng)繼續(xù)進行三、鉛酸電池1. 簡述鉛酸電池的工作原理：2. 簡述鉛酸電池正極板柵的腐蝕和變形現(xiàn)象：正極板柵腐蝕的原因：正極板柵中的pb和其他成分如sb處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，在充電時可發(fā)生陽極溶解導(dǎo)致板柵的腐,從而破壞了極板柵與活性物質(zhì)的接觸。 正極板柵的變形現(xiàn)象：正極板柵的長大是

7、由于其表面氧化膜pbo2的生成。 pbo2比pb具有更大的比體積。正極板柵長大的后果是其線性尺寸增加、彎曲以及個別筋條的斷裂,從而造成板柵的破壞和電池正極板柵在使用過程中的變形稱為板柵的長大。 3. 鉛負極的鈍化：在電極過程中pb表面形成緊附于pb表面的結(jié)晶層pbso4，從而導(dǎo)致pb電極導(dǎo)電性和活性下降，稱為鉛負極的鈍化.鉛負極的添加劑：無機類添加劑：炭黑、baso4 有機類添加劑：木素、腐殖酸鉛負極的不可逆硫酸鹽化：活性物質(zhì)在一定條件下生成堅硬而粗大的pbso4(不同于正常放電時生成的pbso4)，幾乎不溶解，因此在充電時不能轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)，造成電池容量減?。怀３Ｊ窃陔姵亟M長期充電不足或過放

8、電狀態(tài)下長期儲存形成的；硫酸鹽化的根本原因一般認為是pbso4的重結(jié)晶。4.為什么可以通過測量電解液的密度來估算鉛蓄電池的容量？鉛酸蓄電池的電動勢只與酸的濃度有關(guān)，與蓄電池中含有的鉛、二氧化鉛或硫酸鉛的量無關(guān)。（依據(jù)電池反應(yīng)）5. 大電流低溫放電對鉛酸電池產(chǎn)生不利影響：大電流低溫放電容易導(dǎo)致產(chǎn)生硫酸鉛結(jié)晶，幾乎不溶解，因此在充電時不能轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)，造成電池容量減小。四、鋰離子電池1. 鋰離子電池的工作原理：2. 正極材料：licoo2 linio2 lixmn2o4 和lifepo4性能對比：licoo2主要優(yōu)點：工作電壓較高（平均工作電壓為3.7v），充放電電壓平穩(wěn)，適合大電流充放電，比能

9、量高，循環(huán)性能好電導(dǎo)率高，生產(chǎn)工藝簡單、容易制備等。主要缺點：價格昂貴，抗過充電性較差，循環(huán)性能有待進一步提高。linio2主要優(yōu)點：理論容量為274mah/g，實際容量已達190mah/g210mah/g，自放電率低，無污染，與多種電解質(zhì)有著良好的相容性，與licoo2相比價格便宜等linio2具有致命的缺點： linio2的制備條件非?？量?，商業(yè)化生產(chǎn)困難；linio2的熱穩(wěn)定性差，linio2的熱分解溫度最低（200左右），且放熱量最多，這對電池帶來很大的安全隱患；linio2在充放電過程中容易發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，使電池的循環(huán)性能變差。lixmn2o4主要優(yōu)點為：錳資源豐富、價格便宜；安全性高

10、，比較容易制備。lixmn2o4缺點:理論容量不高；材料在電解質(zhì)中會緩慢溶解，即與電解質(zhì)的相容性不太好；在深度充放電的過程中，材料容易發(fā)生晶格崎變，造成電池容量迅速衰減，特別是在較高溫度下使用時更是如此。lifepo4具有高穩(wěn)定性、更安全可靠、更環(huán)保并且價格低廉。在大型鋰離子電池方面有非常好的應(yīng)用前景。lifepo4的主要缺點是理論容量不高，室溫電導(dǎo)率低。3. 鋰離子電池電解液的組成：鋰離子電池電解液一般是由有機溶劑和電解質(zhì)（鋰鹽）組成。有機溶劑一般采用直鏈酯和環(huán)酯 (如ec+dmc，pc+dec)混合溶劑。電解質(zhì)有：無機鋰鹽（liclo4、libf4、lipf6、liasf6）、有機鋰鹽（三

11、氟甲基磺酸鋰 licf3so3，二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰 lin(cf3so2)2，三(三氟甲基磺酰)甲基鋰 lic(so2 cf3)）。4. 鋰離子電池和鋰電池區(qū)別：鋰電池和鋰離子電池一般指鋰一次電池和鋰二次電池。鋰電池的負極為金屬鋰，正極為mno2、socl2、 so2、(cfx)n等。鋰離子電池是以鋰離子嵌入化合物為正、負極的二次電池。六、電鍍緒論1. 電鍍定義：電鍍是用電化學(xué)方法在固體表面沉積一層金屬、合金或金屬與非金屬復(fù)合電沉積的過程。2. 電鍍技術(shù)應(yīng)用： 表面處理：增強零件的抗腐蝕性能；增強零件的裝飾功能；增強零件的特殊功能如抗高溫氧化、抗磨、減磨、 微孔吸附、增強材料強度、增強材

12、料導(dǎo)電性能等。電鑄：提純金屬或濕法冶金。電加工：某些精密的零件，機械加工困難，可采用電加工成型技術(shù)。表面處理：制備特殊用途材料如發(fā)泡鎳、中空鎳纖維等。高科技：如電沉積法制備一維納米線。材料制備：制備催化材料、復(fù)合材料、金屬膜材料等。3. 重要的電鍍技術(shù)：1856年蓋瑟（geuther）發(fā)明的鉻酸鍍鉻；1916年瓦特（o.p.watts）發(fā)明的硫酸鹽電鍍鎳。4. 陰極性鍍層：當(dāng)鍍層與基體金屬形成腐蝕電池時，鍍層因電位比基體更正，基體金屬首先受到腐蝕溶解，這時鍍層為陰極性鍍層。陽極性鍍層：當(dāng)鍍層與基體金屬形成腐蝕電池時，鍍層因電位比基體金屬更負，首先受到腐蝕溶解，這時鍍層為陽極性鍍層。七、金屬電結(jié)

13、晶1. 金屬離子還原時電化學(xué)極化較小的有那些？金屬離子還原時電化學(xué)極化較大的有那些？2. 絡(luò)合劑對金屬離子的還原有極化作用嗎？是否所有的絡(luò)合物都能增大電化學(xué)極化？絡(luò)合劑對金屬離子的還原有極化作用。 是，因為絡(luò)離子和金屬離子形成金屬絡(luò)合物后，金屬離子的濃度降低，活度降低從而使平衡電極電勢變負。絡(luò)合物穩(wěn)定常數(shù)越大,平衡電位負移越多。而平衡電位越負,金屬陰極還原的初始析出電位也越負。八、電解液分散能力1. 電解液分散能力（均鍍能力）：就是電解液能使零件表面鍍層的厚度均勻分布的能力。電解液覆蓋能力（深鍍能力）：在一定的電解條件下，電解液能使鍍層沉積金屬覆蓋整個表面的能力。2. 整平能力：整平能力又叫微

14、觀分散能力，是以鍍層在陰極表面不同部位的分布的情況來評價鍍液電鍍性能的一個重要指標(biāo)。幾何整平 b 負整平 c 正整平3. 初次電流分布：假設(shè)陰極極化不存在時的電流分布為初次電流分布，此時r極化 0。二次電流分布：在陰極極化存在時的電流分布稱為二次電流分布。4. 影響電解液分散能力因素：主要有幾何因素的影響（零件不同部位離陽極的距離導(dǎo)致電流密度大小不同）和電化學(xué)因素（陰極極化度和溶液的電導(dǎo)率）等。5. 影響電解液覆蓋能力因素：析出電位：電位越正，有利于提高覆蓋能力；基體材料特性：依材料不同各異，通常金屬析出過電位與氫析出過電位相反；基體材料表面狀態(tài)：光滑、潔凈有利于覆蓋；粗糙、油污不利于覆蓋6.

15、 整平劑的特征：能強烈阻化陰極過程，提高極化 50120m（光亮劑只能提高1030mv）；能夾雜在鍍層中或在陰極上還原而被消耗；整平劑在峰處的吸附量大于谷處的吸附量。7. 測定覆蓋能力：直角陰極法； 內(nèi)孔法； 凹穴法等。測定分散能力：彎曲陰極法；遠近陰極法； 霍爾槽等。九、電鍍前表面準(zhǔn)備1. 金屬零件鍍前機械處理：粗糙表面的整平包括：（1）磨光（2）拋光（3）滾光、震動、離心（4）刷光、噴砂處理等。待添加的隱藏文字內(nèi)容32. 金屬零件鍍前化學(xué)處理：除油：包括有機溶劑除油，化學(xué)除油及電化學(xué)除油以及超聲波除油浸蝕：包括強浸蝕、電化學(xué)浸蝕及弱浸蝕（活化拋光：化學(xué)拋光、電化學(xué)拋光活化：化學(xué)活化、電化學(xué)

16、活化3. 化學(xué)除油反應(yīng)：主要是與動、植物中的硬脂酸皂化反應(yīng)(c17h35coo)3c3h5+3naoh3 c17h35coonac3h5(oh)3 為了同時除去（非皂化）油，可在化學(xué)除油液中加入（乳化劑）。4. 電化學(xué)除油電解液中是否要加入乳化劑？由于電化學(xué)除油時，電極上不斷產(chǎn)生的氫氣和氧氣具有乳化作用，故電化學(xué)除油溶液中可以少加或不加乳化劑。5. 鋼鐵零件酸侵蝕通常采用硫酸的質(zhì)量分數(shù)為（2025），提高硫酸的濃度不能增強浸蝕能力，超過40時由于硫酸的強氧化性，對氧化皮幾乎不溶解。6. 為了防止過侵蝕，可在hcl侵蝕液中加入（六次甲基四胺）在h2so4侵蝕液中加入二鄰甲苯基硫脲7. 侵蝕液中溶

17、解產(chǎn)物累積到一定程度，會降低硫酸侵蝕液的侵蝕速度，一般控制鐵含量（60g/l）。8. 鋼鐵零件的活化處理有哪些方法？活化處理的機理時什么？ 電化學(xué)陰極活化：強烈析氫保持表面活化 活化與預(yù)鍍同時處理：大量析氫活化，少量的ni沉積在陰極表面活化與預(yù)鍍單獨處理十、電鍍鋅1. 近年來發(fā)展較快的無氰鍍鋅是哪個工藝？氯化鉀型弱酸性鍍鋅電解液是近年來發(fā)展較快的一種無氰鍍鋅工藝，簡稱鉀鹽鍍鋅。堿性鋅酸鹽電解液（答案不確定，暫以第二個優(yōu)先）2. 鍍鋅后為什么要進行鈍化處理？鋅在使用環(huán)境（例如大氣）中的化學(xué)穩(wěn)定性不高，為了保護鋅鍍層本身免受介質(zhì)腐蝕大都采用鈍化處理方法，使鋅鍍層表面形成化學(xué)穩(wěn)定性高的鈍化膜層。3.

18、 哪種鈍化工藝生成的鈍化膜耐腐蝕性能最好？ 三酸鈍化（鉻酸、硫酸、硝酸），該鈍化膜具有自修復(fù)作用。4. 堿性鋅酸鹽鍍鋅為什么zn2會不斷升高？怎樣控制？鋅酸鹽鍍液的操作溫度一般控制在1040(最佳1532)，溫度過高，則陽極溶解快，zn2+升高快。鋅酸鹽鍍液中zno與naoh的質(zhì)量比，以保持1:10最好。當(dāng)氫氧化鈉含量過高時，陽極溶解過快，鍍液中zn2+濃度過高控制方法：控制好鍍液中zno的含量在10gl左右 zno和naoh的含量比為1:10左右 定期分析鍍液，避免zn2+的升高及上述比例失調(diào)?？刂茰囟?。十一、電鍍鎳1. 論述普通鍍鎳電解液中氯離子的作用？加入氯離子，能顯著改善陽極的溶解性，提高鍍液導(dǎo)電率，改善鍍液的分散能力。氯離子是鍍鎳液中不可缺少的成分。但氯離子含量不能過高，否則會引起陽極過腐蝕或不規(guī)則溶解，產(chǎn)生大量陽極泥，懸浮于鍍液中，使鍍層粗糙或形成毛刺。2. 光亮鍍鎳工藝中，初級光亮劑有何特征？次級光亮劑有何特征？初級光亮劑對陰極極化的影響比較小，當(dāng)濃度較低時，一般使陰極超電勢增加5 mv45 mv；濃度提高時，超電勢不再明顯增加。初級光亮劑大都含有= cso2的結(jié)構(gòu)的有機含硫化合物。它