電化學(xué)原理簡答題(共8頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第三章 電極/溶液界面的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1.為什么電毛細(xì)曲線是具有極大值的拋物線形狀?溶液界面存在雙電層，剩余電荷無論帶正電還是負(fù)電，同性電荷間相互排斥，使界面擴(kuò)大，而界面張力力圖使界面縮小，兩者作用效果相反，因此帶電界面的張力比不帶電時(shí)小，且電荷密度越大，界面張力越小，因此電毛細(xì)曲線是具有極大值的拋物線形狀。2.標(biāo)準(zhǔn)氫電極的表面剩余電荷是否為零？不一定，標(biāo)準(zhǔn)氫電極電位為0指的是氫標(biāo)電位，是人為規(guī)定的，電極表面剩余電荷密度為0時(shí)的電位指的是零電荷電位,其數(shù)值并不一定為0;因?yàn)樾纬上嚅g電位差的原因除了離子雙電層外,還有吸附雙電層 偶極子雙電層金屬表面電位。3.影響雙

2、電層結(jié)構(gòu)的主要因素是什么？為什么？ 靜電作用和熱運(yùn)動。靜電作用使符號相反的剩余電荷相互靠近，貼于電極表面排列，熱運(yùn)動使荷電粒子外散，在這兩種作用下界面層由緊密層和分散層組成。4.什么叫1電位？能否說1電位的大小只取決于電解質(zhì)總濃度而與電解質(zhì)本性無關(guān)? 1電位的符號是否總是與雙電層總電位的符號一致？為什么？ 距離電極表面d處的電位叫1電位。不能，因?yàn)椴煌木o密層d的大小不同，而緊密層的厚度顯然與電解質(zhì)本性有關(guān)，所以不能說1電位的大小只取決于電解質(zhì)總濃度而與電解質(zhì)本性無關(guān)。當(dāng)發(fā)生超載吸附時(shí)1電位的符號與雙電層總電位的符號不一致。5.簡要概括電極/溶液界面發(fā)展的四個(gè)階段、優(yōu)缺點(diǎn)及

3、其主要內(nèi)容。亥姆赫茲緊密雙電層模型：主要內(nèi)容：將雙電層比作是平行板電容器優(yōu)點(diǎn)：a能夠解釋界面張力隨電極電位變化b能夠解釋微分電容曲線上所出現(xiàn)的平臺區(qū)域缺點(diǎn)：a解釋不了界面電容隨電極電位和溶液總濃度的變化規(guī)律b解釋不了在稀溶液中，零電荷電位下微分電容最小等實(shí)驗(yàn)事實(shí)Gouy和Chapman分散層模型：主要內(nèi)容：溶液中的離子在靜電作用和熱運(yùn)動作用下，按位能場中粒子的波爾茲曼分配律分布，完全忽略緊密層，只考慮分散層。優(yōu)點(diǎn)：a能較好解釋微分電容最小值的出現(xiàn)b能較好解釋電容隨電極電位的變化規(guī)律缺點(diǎn)：a理論計(jì)算微分電容值與實(shí)驗(yàn)事實(shí)相差太大b解釋不了微分電容曲線上的“平臺區(qū)”的出現(xiàn)Stern模型（雙電層靜電模

4、型）:主要內(nèi)容：雙電層由緊密層和分散層兩部分組成。優(yōu)點(diǎn)：a說明了微分電容隨電極電位絕對值和溶液總濃度增大而增加的原因b從理論上估算表征分散層特征的某些重要參數(shù)c能較好的反映界面結(jié)構(gòu)的真實(shí)情況缺點(diǎn)：a斯特恩雙電層方程式對界面結(jié)構(gòu)的描述只是一種近似的、統(tǒng)計(jì)平均的結(jié)果，不能用作準(zhǔn)確的計(jì)算b對緊密層的描述過于粗糙，只是簡單地把緊密層描述成厚度d不變的離子電荷層。BDM模型:主要內(nèi)容：在Stern模型的基礎(chǔ)上，對緊密層結(jié)構(gòu)，考慮電極表面的“水化”和有無特性吸附優(yōu)點(diǎn):能夠解釋微分電容曲線上，兩個(gè)“平臺區(qū)”高低不同的原因6.什么是特性吸附？哪些類型的物質(zhì)具有特性吸附的能力？ 溶液中的各種粒子還可能

5、因非靜電作用力而發(fā)生吸附稱為特性吸附。大部分無機(jī)陰離子，部分無機(jī)陽離子以及表面活性有機(jī)分子可發(fā)生特性吸附。 7. 試根據(jù)微分電容曲線和電毛細(xì)曲線的變化，說明有機(jī)分子的特性吸附有哪些特點(diǎn)？吸附發(fā)生在零電荷電位附近的一定電位范圍內(nèi)，而且表面活性有機(jī)分子的濃度越高，發(fā)生吸附的電位范圍越寬，界面張力下降的越多。 零電荷電位正移負(fù)移視情況而定 界面張力下降，且濃度上升，下降的程度越大 濃度上升，微分電容下降，兩側(cè)出現(xiàn)電容峰值8. 有機(jī)表面活性物質(zhì)在電極上的特性吸附為什么有一定的吸附電位范圍？無機(jī)離子發(fā)生特性吸附時(shí)，有沒有一定的吸附電位范圍？ 這種變化是由于表面活性有機(jī)分子的介電常數(shù)通常比水小，

6、而分子體積比水大得多而引起的。無機(jī)離子吸附主要發(fā)生在比零電荷電位更正的范圍內(nèi)，即發(fā)生在帶異號電荷的電極表面。9.什么是零電荷電位？為什么說它不是電極絕對電位的零點(diǎn)？ 零電荷電位指的是電極表面剩余電荷密度為0時(shí)的電位,其數(shù)值并不一定為0;因?yàn)樾纬上嚅g電位差的原因除了離子雙電層外,還有吸附雙電層偶極子雙電層金屬表面電位專心-專注-專業(yè)第四章：電極過程概述1、什么是電極的極化現(xiàn)象？電極極化的原因是什么？試用產(chǎn)生極化的原因解釋陰極極化和陽極極化的區(qū)別.有電流通過時(shí)電極電位偏離平衡電位的現(xiàn)象叫電極的計(jì)劃。原因：電子運(yùn)動速率大于電極反應(yīng)單位時(shí)間內(nèi)陰極還原反應(yīng)來不及消耗流入的電子，造成電子在陰極積累，陰極電

7、極電位比平衡電位更負(fù)，而當(dāng)氧化反應(yīng)來不及補(bǔ)充流出的電子，造成正電荷的積累，陽極的電極電位比平衡電位更正。2、極化有哪些類型？為什么可以分成不同的類型 極化分為濃差極化和電極極化。按照控制步驟的不同來分類。濃差極化：液相傳質(zhì)步驟成為控制步驟時(shí)引起的電極極化叫濃差極化。電極極化：電化學(xué)反應(yīng)步驟成為控制步驟時(shí)引起的電極極化叫電極極化。3、名詞解釋  平衡電位：可逆電極的電極電位  標(biāo)準(zhǔn)電位：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的平衡電位穩(wěn)定電位：電荷交換速度平衡而物質(zhì)交換速度不平衡時(shí)界面的電極電位 極化電位：有電流通過時(shí)離平衡電位的的電極電位  過電位：在一定電流密

8、度下，電極電位偏離平衡電位的差值  極化值：有電流通過時(shí)電極電位與靜止電位的差值 4.簡述電極過程的基本歷程：反應(yīng)粒子向電極表面附近液層遷移，稱為液相傳質(zhì)步驟。反應(yīng)粒子在電極表面或電極表面附近的液層中進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)前的某些轉(zhuǎn)化過程，通常這些過程沒有電子參與反應(yīng)，反應(yīng)速度與電極電位無關(guān)，稱為表面的前置轉(zhuǎn)化步驟。反應(yīng)粒子在電極/溶液界面上得到或失去電子，生成還原或氧化反應(yīng)的產(chǎn)物，稱為電子轉(zhuǎn)移步驟或電化學(xué)反應(yīng)步驟。反應(yīng)產(chǎn)物在電極表面或表面附近的液層中進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)后的轉(zhuǎn)化過程，稱為隨后的表面轉(zhuǎn)化。反應(yīng)產(chǎn)物生成新相，稱為新相生成步驟?；蚍磻?yīng)產(chǎn)物可溶時(shí)，產(chǎn)物粒子自電極表面向溶液內(nèi)部或

9、液態(tài)電極內(nèi)部遷移，成為反應(yīng)后的液相傳質(zhì)步驟。第五章 液相傳質(zhì)步驟動力學(xué)1.在電極界面附近的液層中，是否總是存在著三種傳質(zhì)方式？為什么？每一種傳質(zhì)方式的傳質(zhì)速度如何表示？ 電極界面附近的液層通常是指擴(kuò)散層，可以同時(shí)存在著三種傳質(zhì)方式（電遷移、對流和擴(kuò)散），但當(dāng)溶液中含有大量局外電解質(zhì)時(shí)，反應(yīng)離子的遷移數(shù)很小，電遷移傳質(zhì)作用可以忽略不計(jì)，而且根據(jù)流體力學(xué)，電極界面附近液層的對流速度非常小，因此電極界面附近液層主要傳質(zhì)方式是擴(kuò)散。三種傳質(zhì)方式的傳質(zhì)速度可用各自的電流密度J來表示:電遷移流量：Ji±civi=±ciuiE 對流流量：Ji=vxci擴(kuò)散流量：Ji=-Didcidx2.

10、在什么條件下才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程？實(shí)際穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程的規(guī)律與理想穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程有什么區(qū)別？ 當(dāng)電極反應(yīng)所消耗的反應(yīng)粒子數(shù)和擴(kuò)散補(bǔ)充來的反應(yīng)粒子數(shù)相等，就可以達(dá)到一種動態(tài)平衡狀態(tài)，即擴(kuò)散速度與電極反應(yīng)速度相平衡。這時(shí)反應(yīng)粒子在擴(kuò)散層中各點(diǎn)的濃度分布不再隨時(shí)間變化而變化，而僅僅是距離的函數(shù)；擴(kuò)散層的厚度不再變化；離子的濃度梯度是一個(gè)常數(shù)，這就是穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程。理想條件下，人為地把擴(kuò)散區(qū)和對流區(qū)分開了，因此理想穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程中，擴(kuò)散層有確定的厚度；而實(shí)際情況下，擴(kuò)散區(qū)與對流區(qū)是相互重疊、沒有明顯界限的，只能根據(jù)一定的理論來近似求得擴(kuò)散層的厚度。二者在擴(kuò)散層內(nèi)都是以擴(kuò)散作用為主。因此二者具有相似的擴(kuò)散動力學(xué)規(guī)

11、律，但推導(dǎo)實(shí)際情況下的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散動力學(xué)公式需要借用理想穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的動力學(xué)公式。 3.旋轉(zhuǎn)圓盤電極和旋轉(zhuǎn)圓環(huán)圓盤電極有什么優(yōu)點(diǎn)？它們在電化學(xué)測量中有什么重要用途？旋轉(zhuǎn)圓盤電極和旋轉(zhuǎn)圓環(huán)圓盤電極上各點(diǎn)的擴(kuò)散層厚度是均勻的，因此電極表面各處的電流密度分布均勻。這克服了平面電極表面受對流作用影響不均勻的缺點(diǎn)。它們可以測量并分析極化曲線，研究反應(yīng)中間產(chǎn)物的組成及其電極過程動力學(xué)規(guī)律。 4.試比較擴(kuò)散層、分散層和邊界層的區(qū)別。擴(kuò)散層中有沒有剩余電荷？ 根據(jù)擴(kuò)散傳質(zhì)理論，緊靠電極表面附近，有一薄層，此層內(nèi)存在反應(yīng)粒子的濃度梯度，這層叫做擴(kuò)散層；電極表面的荷電粒子由于熱運(yùn)動而傾向于均勻分布，從而使剩余電荷不可能完

12、全緊貼著電極表面分布，而具有一定的分散性，形成所謂分散層；靠近電極表面附近的液流層叫做邊界層，越接近電極表面，其液流流速越小。 5.假定一個(gè)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還原。試問在電解液中加入大量局外電解質(zhì)后，穩(wěn)態(tài)電流密度應(yīng)增大還是減??？為什么？ 當(dāng)電解液中沒有加入大量局外電解質(zhì)，電遷移作用不能忽略，而該電極過程為陰離子在陰極還原，此時(shí)電遷移與擴(kuò)散兩者作用方向相反，起互相抵消的作用。因此在電解液中加入大量局外電解質(zhì)后，擴(kuò)散作用增大，穩(wěn)態(tài)電流密度應(yīng)增大。6.穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散和非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散有什么區(qū)別？是不是出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散之前都一定存在非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散階段？為什么？穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散與非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的

13、區(qū)別，主要看反應(yīng)粒子的濃度分布是否為時(shí)間的函數(shù)，即穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散時(shí)ci=f(x)，非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散時(shí)ci=f(x,t)。穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散出現(xiàn)之前都一定存在非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散階段，因?yàn)榉磻?yīng)初期擴(kuò)散的速度比較慢，擴(kuò)散層中各點(diǎn)的反應(yīng)粒子是時(shí)間和距離的函數(shù)；而隨著時(shí)間的推移，擴(kuò)散的速度不斷提高，擴(kuò)散補(bǔ)充的反應(yīng)粒子數(shù)與反應(yīng)所消耗的反應(yīng)粒子數(shù)相等，反應(yīng)粒子在擴(kuò)散層中各點(diǎn)的濃度分布不再隨時(shí)間變化而變化，達(dá)到一種動態(tài)平衡狀態(tài)。 7.為什么在濃差極化條件下，當(dāng)電極表面附近的反應(yīng)粒子濃度為零時(shí)，穩(wěn)態(tài)電流并不為零，反而得到極大值（極限擴(kuò)散電流）？ 當(dāng)電極表面反應(yīng)粒子濃度下降到零，則反應(yīng)粒子的濃度梯度達(dá)到最大值，擴(kuò)散速度也最大，整個(gè)電極過程由擴(kuò)

14、散步驟來控制，這時(shí)的濃差極化稱為完全濃差極化。意味著擴(kuò)散過來一個(gè)反應(yīng)粒子，立刻就消耗在電極反應(yīng)上了，擴(kuò)散電流也就達(dá)到了極大值。 8.什么是半波電位？它在電化學(xué)應(yīng)用中有什么意義？ 當(dāng)電流密度等于極限擴(kuò)散電流密度的二分之一時(shí)的電極電位，叫做半波電位。半波電位代表指定氧化-還原系統(tǒng)之特征性質(zhì)，可以用來作為定性分析的依據(jù)。 9.對于一個(gè)穩(wěn)態(tài)電極過程，如何判斷它是否受擴(kuò)散步驟控制？ 可以根據(jù)是否出現(xiàn)濃差極化的動力學(xué)特征，來判別電極過程是否由擴(kuò)散步驟控制。濃差極化的動力學(xué)特征如下：當(dāng)電極過程受擴(kuò)散步驟控制時(shí)，在一定的電極電位范圍內(nèi)，出現(xiàn)一個(gè)不受電極電位變化影響的極限擴(kuò)散電流密度jd，而且jd受溫度變化的影

15、響較小，即jd的溫度系數(shù)較小。濃差極化的動力學(xué)公（產(chǎn)物可溶、產(chǎn)物不可溶）。電流密度j和極限電流密度jd隨著溶液攪拌強(qiáng)度的增大而增大。擴(kuò)散電流密度與電極表面的真實(shí)表面積無關(guān)，而與電極表面的表觀面積有關(guān)。 10. 什么是過渡時(shí)間？它在電化學(xué)應(yīng)用中有什么用途？ 在恒電流極化條件下使電極表面反應(yīng)粒子濃度降為零所需要的時(shí)間，稱為過渡時(shí)間。通常也把過渡時(shí)間定義為：從開始恒電流極化到電極電位發(fā)生突躍所經(jīng)歷的時(shí)間。利用過渡時(shí)間，可以測定電極體系的動力學(xué)參數(shù)。 11. 小結(jié)平面電極在不同極化條件下非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程的特點(diǎn)。 在完全濃差極化條件下，反應(yīng)粒子表面濃度、擴(kuò)散層有效厚度和擴(kuò)散電流密度都隨著時(shí)間而不斷變化。產(chǎn)

16、物不溶時(shí)恒電位陰極極化下，反應(yīng)粒子表面濃度不變，擴(kuò)散層有效厚度和擴(kuò)散電流密度都隨著時(shí)間而不斷變化。在恒電流陰極極化下，電流密度恒定，反應(yīng)粒子和產(chǎn)物粒子的表面濃度都是與t呈線性關(guān)系；電極電位隨時(shí)間變負(fù)。12. 從理論上分析平面電極上的非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散不能達(dá)到穩(wěn)態(tài)，而實(shí)際情況下卻經(jīng)過一定時(shí)間后可以達(dá)到穩(wěn)態(tài)。這是為什么？ 在理論上，當(dāng)僅存在擴(kuò)散作用時(shí)，反應(yīng)粒子濃度隨時(shí)間不斷發(fā)生變化，始終不能建立穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散。然而在實(shí)際情況下，由于液相中不可避免地存在對流作用，非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程不會持續(xù)很長的時(shí)間，當(dāng)非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散層的有效厚度接近或等于由于對流作用形成的對流擴(kuò)散層厚度時(shí)，電極表面的液相傳質(zhì)過程就可以轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)。 13.

17、球形電極表面上的非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程與平面電極有什么不同？ 平面電極只考慮了垂直于電極表面一維方向上的濃度分布，而對于球形電極，當(dāng)擴(kuò)散層的有效厚度大體上與電極表面曲率半徑相當(dāng)時(shí)，就要考慮三維空間的非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散。 此外，在沒有對流傳質(zhì)作用存在的條件下，球形電極表面附近液層中的擴(kuò)散過程，可以自行的從非穩(wěn)態(tài)向穩(wěn)態(tài)過渡。第六章 電子轉(zhuǎn)移步驟動力學(xué)1. 人們從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出的電化學(xué)極化規(guī)律是什么？電化學(xué)極化值的大小受哪些因素的影響？ 人們從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出的最重要的電化學(xué)極化規(guī)律經(jīng)驗(yàn)公式塔菲爾公式=a+blogj。極化值的大小和電極材料的性質(zhì)、電極表面狀態(tài)、溶液組成及溫度等因素有關(guān)。2.電化學(xué)反應(yīng)

18、的基本動力學(xué)參數(shù)有哪些？說明它們的物理意義。 傳遞系數(shù)、交換電流密度和電極反應(yīng)速度常數(shù)通常被認(rèn)為是基本的動力學(xué)參數(shù)。傳遞系數(shù)和的物理意義是電極電位對還原反應(yīng)活化能和氧化反應(yīng)活化能影響的程度。交換電流密度表示平衡電位下氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的絕對速度，也可以說是平衡狀態(tài)下，氧化態(tài)粒子和還原態(tài)粒子在電極/溶液界面的交換速度。電極反應(yīng)速度常數(shù)是交換電流密度的一個(gè)特例，是指定條件電極電位為標(biāo)準(zhǔn)電極電位和反應(yīng)粒子濃度為單位濃度下的交換電流密度。  3.既然平衡電位和交換電流密度都是描述電極反應(yīng)平衡狀態(tài)的特征參數(shù)，為什么交換電流密度能說明電極反應(yīng)的動力學(xué)特征？ 對處于平

19、衡態(tài)的電極反應(yīng)來說，它既具有一定的熱力學(xué)性質(zhì)，又有一定的動力學(xué)特性。這兩種性質(zhì)分別通過平衡電位和交換電流密度來描述，二者之間并無必然的聯(lián)系。交換電流密度表示平衡電位下氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的絕對速度，所以，交換電流密度本身就表征了電極反應(yīng)在平衡狀態(tài)下的動力學(xué)特性。  4.為什么要引入電極反應(yīng)速度常數(shù)的概念？它與交換電流密度之間有什么聯(lián)系和區(qū)別？ 交換電流密度的數(shù)值隨反應(yīng)物質(zhì)的濃度改變而改變，所以應(yīng)用交換電流密度描述電極體系的動力學(xué)性質(zhì)時(shí)，必須注明各反應(yīng)物的濃度，很不方便。為此，引入了與反應(yīng)物質(zhì)濃度無關(guān)的電極反應(yīng)速度常數(shù)。電極反應(yīng)速度常數(shù)是交換電流密度的一個(gè)特例，是指定

20、條件電極電位為標(biāo)準(zhǔn)電極電位和反應(yīng)粒子濃度為單位濃度下的交換電流密度。  5. 可以用哪些參數(shù)來描述電子轉(zhuǎn)移步驟的不可逆性？這些參數(shù)之間有什么聯(lián)系與區(qū)別？ 可以用交換電流密度來描述電子轉(zhuǎn)移步驟的可逆性。交換電流密度大，反應(yīng)易于進(jìn)行的電極反應(yīng)，其可逆性也大，表示電極體系不容易極化。  6. 1電位的變化為什么會影響電化學(xué)反應(yīng)步驟的速度？在什么條件下必須考慮這種影響？ 電子轉(zhuǎn)移步驟是在緊密層中進(jìn)行的，影響反應(yīng)活化能和反應(yīng)速度的電位差是緊密層平面與電極表面之間的電位差，即緊密層電位（-1）。當(dāng)1電位不能忽略時(shí)，1電位變化就會影響電化學(xué)反應(yīng)步驟的速度。在稀溶液中，尤其是電極電位接近于零電荷電位和發(fā)生表面活性物質(zhì)特性吸附時(shí)，1電位在整個(gè)雙電層電位差中占有較大的比重。因此，在這條件下，不得不考慮1電位的變化對電化學(xué)反應(yīng)步驟速度的影響。7. 多電子轉(zhuǎn)移步驟的動力學(xué)規(guī)律與單電子轉(zhuǎn)移步驟的動力學(xué)規(guī)律是否一樣？為什么？ 多電子電極反應(yīng)的動力學(xué)規(guī)律是由其中組成控制步驟的某一個(gè)單電子轉(zhuǎn)移步驟（