電化學(xué)原理習(xí)題課ppt課件

1、 電化學(xué)原理作業(yè)電化學(xué)原理作業(yè) 第一章 緒論 思索題思索題1 1、第一類導(dǎo)體和第二類導(dǎo)體有什么區(qū)別？、第一類導(dǎo)體和第二類導(dǎo)體有什么區(qū)別？答：區(qū)別：載流子的不同。第一類導(dǎo)體載流子為物體內(nèi)部自答：區(qū)別：載流子的不同。第一類導(dǎo)體載流子為物體內(nèi)部自在電子或空穴，第二類導(dǎo)體的載流子為正負(fù)離子。在電子或空穴，第二類導(dǎo)體的載流子為正負(fù)離子。問題：不要漏掉空穴，部分同窗以為載流子在各自導(dǎo)體問題：不要漏掉空穴，部分同窗以為載流子在各自導(dǎo)體間導(dǎo)電過程涉及化學(xué)變化。這是不對的，只需在兩類導(dǎo)體間導(dǎo)電過程涉及化學(xué)變化。這是不對的，只需在兩類導(dǎo)體界面上傳送時才會出現(xiàn)化學(xué)反響。界面上傳送時才會出現(xiàn)化學(xué)反響。 2、什么是電化

2、學(xué)體系？他能舉出兩三個實例加以闡明嗎？ 答：電化學(xué)體系是指由兩類不同導(dǎo)體組成的，是一種在電荷轉(zhuǎn)移時不可防止地伴隨有物量變化的體系。 實例:鍍鋅的電解池，其外電路是由第一類導(dǎo)體組成的，而電解質(zhì)是由第二類導(dǎo)體組成，在正極上發(fā)生氧化反響Zn 和OH-失去電子的反響，在負(fù)極上發(fā)生復(fù)原反響Zn2+和H+得電子的反響。 丹尼爾電池，其外部電路時由第一類導(dǎo)體組成，而溶液是由第二類導(dǎo)體組成，其陽極上發(fā)生復(fù)原反響，陰極上發(fā)生氧化反響。問題：問題： 例子不能寫得過于簡單，要詳細(xì)闡例子不能寫得過于簡單，要詳細(xì)闡明。明?！瓣?、陰、“陽的字跡一定寫清楚。陽的字跡一定寫清楚。4、能不能說電化學(xué)反響就是氧化復(fù)原反響？為什么

3、？答：不能。由于電化學(xué)反響是發(fā)生在電化學(xué)體系中的，并伴隨有電荷的轉(zhuǎn)移的化學(xué)反響。而氧化復(fù)原反響那么是指在反響前后元素的化合價具有相應(yīng)的升降變化的化學(xué)反響。留意：強(qiáng)調(diào)電化學(xué)體系，電化學(xué)反響要在兩類導(dǎo)體組成的體系中發(fā)生反響。而氧化復(fù)原反響那么沒有導(dǎo)體類型的限制。6、影響電解質(zhì)溶液導(dǎo)電性的要素有哪些？為什么？答：電解質(zhì)溶液的幾何要素。對單位體積溶液，電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電性與離子在電場作用下遷移的路程和經(jīng)過的溶液截面積有關(guān)，這同單位體積金屬導(dǎo)體受其長度和橫截面積的影響類似。離子運(yùn)動速度。離子運(yùn)動速度越大，傳送電量就越快，導(dǎo)電才干就越強(qiáng)。離子運(yùn)動速度又遭到離子本性、溶液總濃度、溫度、溶劑粘度等的影響。離子濃

4、度。離子濃度越大，那么單位體積內(nèi)傳送的電量就越大，導(dǎo)電才干越強(qiáng)。但假設(shè)離子濃度過大，離子間間隔 減少，其相互作用就加強(qiáng)，致使離子運(yùn)動的阻力增大，這反而能降低電解質(zhì)的導(dǎo)電性能。溶劑性質(zhì)。影響離子的電離、水化半徑、粘度等。電解質(zhì)溶液導(dǎo)電性的影響是多方面的，而各要素間又能相互影響。問題：容易忽略第一條，同時詳細(xì)影響情況應(yīng)盡量全面。2 解：電極反響： + 電池反響： 此題可視為無限稀釋的溶液，用濃度替代活度計算。 由于 422SneSn23222FeeFe243222FeSnFeSnVFeFePt771. 0)|(230，VSnSnPt154. 0)|(420，VSnSnPtFeFePtE617. 0

5、154. 0771. 0)|()|(4202300，PtkgmolFeClkgmolFeClkgmolSnClkgmolSnClPt| )/001. 0()/01. 0(|)/01. 0()/001. 0(|2342，習(xí)題2、計算25時以下電池的電動勢。 第二章電化學(xué)熱力學(xué) 所以，問題： 時， 同時第6章習(xí)題4也有類似情況。C0200581. 03 . 2FRTC0250591.03 .2FRTVccccFRTEEFeSnFeSn6505. 0)001. 0(01. 0)01. 0(001. 0log20591. 0617. 0log23 . 2222202432時，能斯特方程“+“-號，平衡

6、電位氧化態(tài)、復(fù)原態(tài)電動勢反響物、生成物活度計算公式 其中 為離子的活度系數(shù)， 為溶液中離子濃度。但在稀釋溶液中可以用濃度來替代活度計算?；疃认禂?shù)見附錄2cac3Ag| 0.1mol/kg| 1mol/kg |Ag 3AgNO3AgNO查表知25時，VAgAg799. 0)|(00.1mol/kg 溶液中1 mol/kg 溶液中72. 040. 0電極反響：- eAgAgAgeAg+)40. 01log(3 . 20FRT)72. 01log(3 . 20FRTVFRTE044. 0)72. 01 . 0log()40. 01log(3 . 2留意：用活度計算 設(shè)計電池時要寫對電池組。 41 欲

7、求以下電極的規(guī)范電極電位，試設(shè)計出相應(yīng)的電池，寫出電池反響和計算規(guī)范電位的公式：解：電池: 電極反響： + 電池反響： AgAg |)(|)(34AgNOAgZnSOZn22ZneZnAgeAg222AgZnAgZn222該電池的電動勢：所以， 的規(guī)范電極電位為： AgAg|20/0/22ln2AgZnZnZnAgAgaaFRTE20/0/220222ln2)(ln2AgZnZnZnAgAgAgZnAgZnaaFRTaaaaFRTEE留意：正負(fù)號14、從平衡常數(shù)計算電動勢。反響 在25時的平衡常數(shù)Kp =9.710-81 以及水蒸氣壓為3200Pa。求25 時電池Pt,H2 101325Pa

8、H2SO40.01mol/kg O2101325Pa，Pt的電動勢。在0.01mol/kgH2SO4溶液中的離子平均活度系數(shù))(O)(H2)(2222氣氣氣OH544. 0解：對于電池Pt,H2 101325Pa H2SO40.01mol/kg O2101325Pa,Pt|電極反響：- +eHH4422)(24422gOHeOH電池反響：OHOH22222電池電動勢：22222222220ln4ln4ln4OHOHOHOHpppFRTKFRTpppFRTEEVFRTKFRTp226. 1031. 0log40591. 0107 . 9log40591. 0111013453200ln41ln4

9、28122第三章 電極/溶液界面的構(gòu)造與性質(zhì)3、假設(shè)電極 的雙電層電容與電極電位無關(guān)，數(shù)值為 。該電極的 。試求：1平衡電位時的外表剩余電荷密度。2在電解質(zhì)溶液中參與1mol/L的 后，電極外表剩余電荷密度和雙電層電容會有什么變化？3經(jīng)過一定大小的電流，使電極電位變化到 時的電極外表剩余電荷密度。) 1(|4aZnSOZn2/36cmFVV63. 0,763. 00平解：1由于電極的雙電層電容為恒定值，根據(jù)公式 ，可得平衡電位時的外表剩余電荷密度為：qC 20/9.74)3.60763. 0(36)(cmCCCq平3 當(dāng)電極通入電流使電極電位變化到 時，外表剩余電荷密度為：20/2 .34)6

10、3. 032. 0(36)(cmCCCqV32.02 當(dāng)在電解質(zhì)溶液中參與1mol/L的NaCl 后，會發(fā)生Cl-的特性吸附，導(dǎo)致嚴(yán)密層的厚度減小，從而使雙電層的電容添加。標(biāo)題，吸附使雙電層電容改動時電極電位不發(fā)生變化，而電極外表剩余電荷密度是與電極電位相關(guān)的，電極電位不變，電極外表剩余電荷密度不變，只是原來被水分子吸附的位置改由氯離子吸附了。4、畫出 電極在零電荷電位 和平衡電位時雙電層構(gòu)造表示圖和雙電層內(nèi)離子濃度分布與電位分布圖。解：由于AgNO3濃度很低，可以作為無線稀釋的溶液。電極反響:kgmolAgNOAg/002. 03V7 . 00eAgAg所以電極外表帶正電。當(dāng)電極在零電荷電位

11、時電極外表無雙電層構(gòu)造，界面層中正負(fù)離子濃度相等，電位為0，如以以下圖所示。00aC+=Cx XX0Ag0AgNOAg64. 0002. 0log0591. 07991. 0lnaFRT3V平電極在平衡電位時，其雙電層構(gòu)造表示圖和雙電層內(nèi)離子濃度分布與電位分布圖如以以下圖。 1aa 5.某電極的微分電容曲線如以下圖。試畫出圖中 三個電位下的雙電層構(gòu)造表示圖和電位分布圖，并列式闡明 電位大小。 210和，1留意：畫圖嚴(yán)密層厚度為d； 外電位寫法為1 ，而不是1。 解：從圖中可知， 為零點(diǎn)荷電位但電極電位不 等于零 。 時，該電極外表帶正電荷。 時， 該電極外表帶負(fù)電荷。 電極電位為 時， a當(dāng)電

12、極外表沒有特性吸附時，電極/溶液界面上不存在離子雙電層 。 其雙電層構(gòu)造及電位分布如以以下圖。001020 01 b當(dāng)電極外表發(fā)生陰離子特性吸附時，那么可構(gòu)成吸附雙電層，其電位差為 ，此時分散層電位 。其雙電層構(gòu)造和電位分布如以以下圖。 1=1當(dāng)電極電位為 時，由于 ，該電極外表帶正電荷。a當(dāng)電極上不發(fā)生超載吸附時，其雙電層構(gòu)造和電位分布如以以下圖。其外表電位為：101)(lnln21為常數(shù)AcFRTFRTAa b當(dāng)電極外表發(fā)生超載吸附時，其雙電層構(gòu)造和電位分布如以以下圖。其外表電位 與總電極電位 方向相反。1a01 ，0201 此電極外表帶負(fù)電荷，同時又處在電容的平臺區(qū)。其雙電層構(gòu)造和電位分

13、布如以以下圖。此時雙電層的電位主要分布在嚴(yán)密層，故外表電位 。6、汞在0.5mol/kgNa2SO4溶液中的電毛細(xì)和微分電容曲線如圖3.45中曲線1所示。參與某物質(zhì)后，這兩種曲線改動為曲線2的方式。試分析參與了什么類型的物質(zhì)？并畫出對應(yīng)于圖3.45中 處汞在后一種溶液中的雙電層構(gòu)造表示圖和電位分布圖。0 解：由圖知電毛細(xì)曲線的零電荷電位向負(fù)方向發(fā)生挪動，微分電容曲線上在 段的Cd增大，闡明雙電層的厚度降低，可以推斷電極外表有陰離子吸附，即參與了外表活性陰離子。 電位中汞在該溶液的雙電層構(gòu)造和電位分布圖如以以下圖所示。00 第四章 電極過程概述 3、 時，用二塊鋅板作電極在0.1mol/L 和0

14、.1mol/L的混合水溶液中，以 的電流密度進(jìn)展電解。測得溶液歐姆電壓降為0.5。假設(shè)陽極極化可以忽略不計，氫在鋅上的析出的過電位為1.06V。求欲使陰極上只發(fā)生鋅的堆積時的最高電解槽槽電壓。此時鋅在陰極堆積的過電位是多少？ 解：在0.1mol/L溶液中， 假設(shè)陰極上只發(fā)生鋅的堆積時，其電極反響為 : 15. 0ZneZn22C0254ZnSO42SOH2/1 . 0cmA 那么 氫在鋅上析出時的電極反響為 : 氫能析出的電位為： 為不讓氫析出那么其電位為 ，設(shè) 那么 此時最高槽壓為：VacHcH1354. 106. 1)265. 02 . 0log(0591. 0log0591. 0,平析V

15、aFRTZn817. 0)15. 01 . 0log(20591. 0763. 0log2.3220平222HeH析V35.11Vc318. 0135. 1817. 0平VIRVca818. 05 . 0135. 1817. 0 第五章 液相傳質(zhì)步驟動力學(xué) 思索題思索題 2、在什么條件下才干實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)分散過程？、在什么條件下才干實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)分散過程？實踐穩(wěn)態(tài)分散過程的規(guī)律與理想穩(wěn)態(tài)分散過實踐穩(wěn)態(tài)分散過程的規(guī)律與理想穩(wěn)態(tài)分散過程有什么區(qū)別？程有什么區(qū)別？ 答：只需當(dāng)對流與分散同時存在時，才干答：只需當(dāng)對流與分散同時存在時，才干實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)分散過程，故經(jīng)常把一定強(qiáng)度的對實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)分散過程，故經(jīng)常把一定強(qiáng)度的對

16、流作用的存在，作為實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)分散過程的必流作用的存在，作為實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)分散過程的必要條件。要條件。 實踐穩(wěn)態(tài)分散過程的規(guī)律與理想穩(wěn)態(tài)分實踐穩(wěn)態(tài)分散過程的規(guī)律與理想穩(wěn)態(tài)分散過程的區(qū)別：散過程的區(qū)別： 1理想條件下，分散區(qū)和對流區(qū)可截然分開了。而在真實的條件下，分散區(qū)和對流區(qū)沒有明確界限，不能截然分開，它們之間有相互重疊區(qū)域。2在理想分散條件下，分散層有確定的厚度，其厚度等于毛細(xì)管的長度 ；而在真實體系中，由于對流作用于的存在，只能根據(jù)一定的實際來近似地求解分散層的有效厚度。3實踐穩(wěn)態(tài)分散過程中對流分散電流密度由于對流的存在使得其受分散系數(shù)D的影響減小。即j與D2/3成正比。4實踐穩(wěn)態(tài)對流分散電流密度受

17、對流傳質(zhì)的影響，其影響要素發(fā)生變化。如對流速度u0、電極外表位置y，溶液粘度等。 8、試用數(shù)學(xué)表達(dá)式和極化曲線闡明穩(wěn)態(tài)濃差極化的規(guī)律。 答：1當(dāng)反響產(chǎn)物不可溶時 此時濃差極化的動力學(xué)方程式為： 濃差極化的極化值為：)1ln()1ln(ln00ddOOjjnFRTjjnFRTcnFRT平)1ln(nFRTdjj平當(dāng) 很小時，由于 ， 從公式可以看出，當(dāng) 較大時， 和 之間含有對數(shù)關(guān)系；當(dāng) 較小時，與 之間是線性關(guān)系。其極化曲線如圖1所示。jdjj djjnFRTjjjj1圖)1ln(djj 從圖中可以看出，隨著電流密度的添加，陰極電位越來越負(fù)，當(dāng)電流密度到達(dá)時，分散電流不隨電極電位的變化而變化，

18、到達(dá)極大值要對圖稍做文字闡明。 第六章 電子轉(zhuǎn)移步驟動力學(xué) 4. 時，鎳在1mol/L 溶液中的交換電流密度為 用的電流密度 電堆積鎳時，陰極發(fā)生電化學(xué)極化。假設(shè)傳送系數(shù) ，試問陰極電位是多少？ 解：陰極反響為： 在1mol/L 溶液中， ，查表知 25時， ， 留意溫度系數(shù) C0204NiSO。29/102cmA2/4.00cmA0.1NieNi224NiSO051. 01051. 022ZnNicaV250. 00VV2516. 010531. 0250. 03200KTVaFRTNi293,289. 0)051. 0log(20581. 02516. 0log23 . 22200平 所以

19、， ，符合高過電位的電化學(xué)極化規(guī)律，那么有:又由于： 即陰極電位為： 2290/04. 0,/102cmAjcmAjc0jjc平cVjFRTjFRTcc424. 0)04. 0log(0 . 10591. 0)102log(0 . 10591. 0log3 . 2log3 . 290留意：最終求陰極電位Vcc713. 0424. 0289. 0平9、 時測得鉑電極在1mol/L 溶液中的陰極極化實驗數(shù)據(jù)如表6.7所列。假設(shè)速度控制步驟是電化學(xué)反響步驟，試求 1該電極反響在 時的交換電流密度。 2該極化曲線塔菲爾區(qū)的a值和b值。 表6.7 陰極極化實驗數(shù)據(jù)KOHC020C020 對表進(jìn)展處置可得

20、：留意：作logj的曲線圖0 0.0553.3010.0803.0000.1222.5230.1712.0000.2201.5230.2661.0000.3100.523cjlogVc/OHeOOH44222由圖可得直線的斜率，即b=0.093；直線的截距，即a=0.358。85. 3093. 0358. 0log0baj240/1041. 1cmAj10、測出 時電極反響O+e R的陰極極化電流與過電位的數(shù)據(jù)如表6.8所列。求該電極反響的交換電流密度和傳送系數(shù) 。0.0020.5930.0060.7890.0100.8530.0150.8870.0200.9010.0300.934)/(2c

21、mAjcVc/作logj的曲線圖由圖可看出過電位與電流密度的對數(shù)呈線性關(guān)系，即為高過電位下的極化過程。由擬合直線可以得到：直線斜率值Slope，即b=0.289；直線的截距Intercept，即a=1.401。289. 00591. 03 . 2tanFRT204. 084. 4289. 0400. 1log0baj250/1045.1cmAj求得闡明：作圖的誤差會影響到計算結(jié)果對圖中直線作延伸線，當(dāng)logj=0，求得a值。 第七章 氣體電極過程2、2、 25時，用鈦板作陰極分別在pH=3和pH=5的鈦鹽溶液中，以恒定的電流密度電解析氫。問在兩種溶液中鈦上的析氫過電位相差多少伏？假設(shè)兩種溶液的

22、總濃度一樣，1電位一樣， 均為0.48。假想象在不改動溶液 pH值的前提下，使鈦在兩種溶液中的析氫過電位相等，可以采取什么措施？解：在酸性溶液中，電極過程由電化學(xué)反響步驟控制并思索 效應(yīng)，那么有：cHHjFRTcFRTln1ln11常數(shù)當(dāng)電流恒定， 1電位一樣時，兩種溶液中鈦上的析氫過電位差為：VccFRTpHHpHHpHpH128. 01010log0591. 048. 048. 01ln153) 5() 3(35假想象在不改動溶液的pH值的前提下，使鈦在兩種溶液中的析氫過電位相等，可添加pH=3的溶液總濃度，由 總濃度添加，1增大，從而使析氫過電位增大。cHHjFRTcFRTln1ln11

23、常數(shù) 5.實驗測得 時， 的酸性水溶液中，氫在某金屬上析出的極化曲線符合塔菲爾關(guān)系，且值為0.7V，b值為0.128V。試闡明該電極過程的機(jī)理。并計算該電極反響的交換電流密度和外電流密度為1mA/cm2時的極化電位。 解：由于氫在某金屬上析出的極化曲線符合塔菲爾關(guān)系且b=0.128V，而緩慢放電機(jī)理的b值約為118mV且符合塔菲爾關(guān)系，所以該電極過程為緩慢放電機(jī)理。 C0251pH由公式 可得：所以 陰極反響：那么 由于 那么260/10398. 3cmAjVjbaH316. 010log128. 07 . 0log322H2He VcFRTcFRTHH0591. 010log0591. 0l

24、og3 . 2ln1平平HVH3751. 0316. 00591. 0平bFRTajFRT3 . 2log3 . 20，469. 5128. 07 . 0log0baj 第八章 金屬的陽極過程 1.鎳陽極溶解反響是電化學(xué)極化過程，其 下的塔菲爾斜率 ，交換電流密度為 。求在離子活度為1的溶液中，電極電位為0.02V時鎳的陽極溶解速度。 當(dāng)電極電位為0.4V時，鎳陽極溶解的電流密度為0.01A/m2。將它與上面計算出的溶解速度相比，闡明了什么？C025Vb052. 0250/102cmAj解：陽極反響為: ，查表得 其平衡電位為：所以 由于該陽極溶解反響是電化學(xué)極化過程，且符合塔菲爾關(guān)系，那么有

25、：即：所以 j=3.1610-4A/cm2 =3.16A/m222NieNi12NiaV250. 00VanFRTNi250. 01log20591. 0250. 0log3 . 220平Va270. 0)250. 0(2.00平452. 0)10102log(052. 0loglog3 . 24500jbjFRTajbaalog5 . 3052. 0244. 0270. 0logbaja 當(dāng)電極電位為0.4V時，鎳陽極溶解的電流密度為 ，與上面計算結(jié)果3.16A/m2相比闡明了鎳陽極溶解速度減少，而電極電位卻在添加。闡明鎳陽極反響過程為由活化形狀向鈍化形狀轉(zhuǎn)變。問題：單位一致，如電流密度選用

26、A/cm2 ； 過電位計算值一定為正值。2/01.0mA 4.在0.5mol/L溶液中的穩(wěn)態(tài)鈍化電流密度為 ，試計算每分鐘有多少離子從電極上溶解下來。 解：電極反響為： 穩(wěn)態(tài)鈍化電流密度為 ,那么陽極溶解電流為 710-6 A/cm22/7cmA22FeeFe2/7cmA)/(1063. 3/964802/10721126scmmolmolCcmAFzjJ2960/1018. 2cmmolJs272960/1022. 1/561018. 2cmgcmgms 2.測得 下從含 離子的溶液中電堆積 時過電位 與電流密度 的關(guān)系如表9.6所列。假設(shè)該電極過程是電化學(xué)極化，試求電極反響的交換電流密度。

27、 表9.6 過電位與電流的關(guān)系C0252SnSnjmV/)/(2dmAj 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -101.020.820.600.410.19 00.200.370.570.791.03 第九章 金屬的電堆積過程 解：可以看出低過電位下，過電位與電流呈線性關(guān)系。根據(jù)低過電位下電化學(xué)規(guī)律有： 0jjFRTAVdmAmVdmj/1075. 9/75. 92322230/63. 2/1075. 91/96480298)/(314. 81dmAAVdmmolCKmolKJjFRTFRTjj 問題：看數(shù)值變化情況，初步確定變量間變化關(guān)系，選用適宜的極化方程。第五章思索題4、分散層中有沒有剩余電荷？電極/溶液界面存在著離子雙電層時，金屬一側(cè)的剩余電荷來源于電子的過剩或缺貧。雙電層一側(cè)的剩余電荷那么由正負(fù)離子在界面層中的濃度變化所呵斥。而雙電層區(qū)可以以為各種離子濃度分布只受雙電層電場影響，不受其他傳質(zhì)包括分散過程的影響。因此分散層中沒有剩余電荷。5、假設(shè)一個穩(wěn)態(tài)電極過程受傳質(zhì)步驟控制，并假設(shè)該電極過程為陰離子在陰極復(fù)原。試問在電解液中參與大量局外電解質(zhì)后，穩(wěn)態(tài)電流密度應(yīng)增大還是減少？為什么？解：由于是陰離子在陰極復(fù)原，當(dāng)參與大量局外電解質(zhì)后，陰離子向陰極傳質(zhì)的電遷移效果減弱，穩(wěn)態(tài)電流密度應(yīng)增大。與陽離子在陰極的復(fù)原過程相反。部分同窗問到