應(yīng)用電化學(xué)簡單題附答案

1、1. 何 謂 電 毛 細(xì) 曲 線 ？ 何 謂 零 電 荷 電 勢 ？ 由 lippman 公式可進(jìn)一步得到界面雙電層的微分電容Cd,請名&出Cd的數(shù)學(xué)表達(dá)式。答：將理想極化電極極化至不同電勢（）， 同時測出相應(yīng)的界面張力（b值），表征-6關(guān) 系的曲線為“電毛細(xì)曲線”?！傲汶姾呻妱荨?是指0-曲線上最高點(diǎn)處d（T /d=0即q=0（表 面不帶有剩余電荷）相應(yīng)的電極電勢，用0表示。 由lippman 公式：q=- （d o-/d）呼，2， n i；及 Cd=dq/d得 Cd=-d2（r/d 22. 何謂電化學(xué)極化？產(chǎn)生極化的主要原因是什么？試分析極化在電解工業(yè)（如氯堿工業(yè)）、電鍍行業(yè)和電池

2、工業(yè)的利弊。答：電化學(xué)極化是指外電場作用下，由于電化學(xué)作用相對于電子運(yùn)動的遲緩性改變了原有的電偶層而引起電極電位變化。（即電極有凈電流通過時，陰、陽電流密度不同，使平衡狀態(tài)受到了破壞，而發(fā)生了電極電位的“電化學(xué)極化”） 。原因：電化學(xué)反應(yīng)遲緩、濃差極化。從能量角度來看，極化對電解是不利的；超電勢越大，外加電壓越大，耗能大。極化在電鍍工業(yè)中是不利的，氫在陰極上析出是不可避免的副反應(yīng)，耗能大，但同時使陰極上無法析出的金屬有了析出的可能。極化使電池放電時電動勢減少，所做電功也減小，對電池工業(yè)不利3. 參比電極需選用理想極化電極還是不極化電極？目前參比電極有那些類型？選擇參比電極需考慮什么？答： 參比

3、電極選用理想不極化電極。類型：標(biāo)準(zhǔn)氫電極，飽和甘汞電極，Ag/Agcl 電極，Hg/HgO/OHfe極?？紤]的因素：電極反應(yīng)可逆，穩(wěn)定性好，重現(xiàn)性好，溫度系數(shù)小以及固相溶解度小，與研究體系不反應(yīng)4. 零電荷的電勢可用哪些方法測定？零電荷電勢說明什么現(xiàn)象？能利用零電荷電勢計算絕對電極電位嗎？答：電毛細(xì)法和微分電容法。零電荷電勢表明了“電極 / 溶液”界面不會出現(xiàn)由于表面剩余電荷而引起的離子雙電層現(xiàn)象；不能將此電勢看成相間電勢的絕對零點(diǎn)，該電勢也是在一定參比電極下測得的，所以不能用于計算絕對電極電 位。5. 為什么鹵素離子在汞電極上吸附依F < Cl < I的順序而增強(qiáng)，特性吸附在電毛

4、細(xì)曲線和微分電容曲線上有何表現(xiàn)？答：鹵素離子為表面活性物質(zhì)，陰離子吸附主要發(fā)生在比零電荷電勢更正的電勢范圍，由于F- 、 cl - 、 I -離子半徑依次增大，可極化度增大，吸附能力增強(qiáng)，所以在汞電極上，I ->cl - >F-. 特性吸附在兩種曲線上的左半支曲線不同，零電荷電勢負(fù)移。6. 何謂非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散？其初始條件和一個邊界條件是什么？另一邊界條件由極化條件決定。答：非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散：在電化學(xué)反應(yīng)開始階段，由于反應(yīng)粒子濃度變化幅度較小，液相傳質(zhì)不足，粒子被消耗，此時濃度極化處于發(fā)展階段，稱之為傳質(zhì)過程的非穩(wěn)態(tài)階段初始條件：Ci（ x,0 ）=Ci 0 開始電極前擴(kuò)散粒子完全均勻分布在液

5、相中。邊界條件：C （°0, t） =C°,無窮遠(yuǎn)處不出 現(xiàn)濃度極化。另一邊界條件：極化條件7. 溶液中有哪幾種傳質(zhì)方式，產(chǎn)生這些傳質(zhì)過程的原因是什么？答：對流、擴(kuò)散、電遷移。對流：由于流體各部分之間存在濃度或溫度差或者外部機(jī)械作用力下所引起；擴(kuò)散：由于某一組分存在濃度梯 度，粒子由高濃度向低濃度轉(zhuǎn)移；電遷移：在 外電場作用下，液相中帶電粒子作定向移動。8. 穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散和非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的特點(diǎn)是什么，可以用什么定律來表示？答： 穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散：擴(kuò)散粒子的濃度只與距離有關(guān)，與時間無關(guān)。用 Fick 第一定律表示，J表示擴(kuò)散流量。非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散：擴(kuò)散粒子的濃度同時是距離和時間的函數(shù)。用Fick

6、第二定律9. 說明標(biāo)準(zhǔn)電極反應(yīng)速度常數(shù)kS和交換電流密度 i 0的物理意義，并比較兩者的區(qū)別。答：kS：當(dāng)電極電勢為反應(yīng)體系的標(biāo)準(zhǔn)平衡及反應(yīng)粒子為單位濃度時，電極反應(yīng)進(jìn)行的速率（ md/s） 。 i 0：反應(yīng)在平衡電勢下的電流密度，即有i 0=i a=i k相同點(diǎn)：數(shù)值越大，表示該反應(yīng)的可逆性越強(qiáng)。不同點(diǎn)：kS與濃度無關(guān)，i0與反應(yīng) 體系各種組分的濃度有關(guān)。10. 為什么有機(jī)物在電極上的可逆吸附總是發(fā)生在一定的電位區(qū)間內(nèi)？答：越正的電勢，有機(jī)物易被氧化；電勢越負(fù)，易被還原，因此其可逆吸附發(fā)生在平衡電勢附近值，即一定的電位區(qū)間內(nèi)。11. 試說明鋰離子電池的正極和負(fù)極材料是何物質(zhì)？為什么其溶劑要用

7、非水有機(jī)溶劑? 鋰離子電池比一般的二次電池具有什么特點(diǎn)？答：正極：主要是嵌鋰化合物，包括三維層狀的LiCoQ,LiNiO 2,三維的TiOz。負(fù)極：主要是碳素材料， 如石墨、 碳纖維。 鋰遇水反應(yīng)生成H2，可能有爆炸的危險，所以要用非水有機(jī)溶劑。特點(diǎn)：工作電壓高，比能量高，穩(wěn)定性好，壽命長，自放電小，無記憶效應(yīng)，工作溫度范圍寬，不含有害金屬鉛、鎘，無污染。12. 何謂電池的放電曲線？從放電曲線可得到那些有關(guān)電池性能的信息？答：放電曲線：在指定負(fù)載和溫度下放電時， 工作電壓隨時間的變化曲線；從曲線上可知工作電壓、 終止電壓、開路電壓、理論電動勢的值，放電平臺越長，電池性能越好。13. 如何得到E

8、vans 圖？從該圖可達(dá)到那些電化學(xué)信息？在一般條件下鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕，說明鋼鐵腐蝕過程的控制步驟是什么？答：Evans圖即腐蝕極化圖，這種圖是把表征腐蝕電池的陰、陽極極化曲線畫在同一圖上而成的從該圖可知極化曲線較陡，表明電極的極化率較大，反應(yīng)阻力大；反之，反應(yīng)容易進(jìn)行。極化作用使陰陽的電位交于一點(diǎn)，對應(yīng)電位為腐蝕電位（ Ecorr ） ，電流為腐蝕電流（Icorr ） ；金屬以此電流不斷地腐蝕。過程：陰極氧的擴(kuò)散14. 鋼鐵腐蝕使用的電化學(xué)保護(hù)主要有幾種？簡述它們的基本原理。答：陽極保護(hù)法和陰極保護(hù)法。原理：陽極保護(hù)法是把被保護(hù)金屬變成陽極，用極化的方式使金屬鈍化，并維持穩(wěn)定狀態(tài)，腐蝕速率降

9、低，得以保護(hù)。陰極保護(hù)法是提供陰極極化，改變金屬表面電子能級結(jié)構(gòu)，使金屬電位負(fù)移進(jìn)入免蝕區(qū)。15. 兩種金屬共沉積形成合金的基本條件是什么？如何才能實現(xiàn)合金電沉積？答：基本條件：析出電位十分相近或相等；若析出電位相差較小，可采用改變濃度和改變沉積電流密度；若相差較大，可采用加入絡(luò)合劑和添加劑。16. 一般金屬鍍層大多為多晶體，試根據(jù)金屬電結(jié)晶理論，若要得到晶體細(xì)小的鍍層一般要采用什么措施進(jìn)行電沉積？答：即抑制核的生長速度，通過增加陰極極化、適當(dāng)?shù)慕档椭鼷}濃度，在較大的電流密度下進(jìn)行電沉積。17. 目前氯堿工業(yè)陽極廣泛使用形穩(wěn)電極代替石墨，其組成是什么？什么叫形穩(wěn)電極？答：DSA的組成：以鈦為基

10、地，涂鍍 TiO2、RuO加催化劑（Pt、 PbO2） 。形穩(wěn)電極是指電解過程中耐腐蝕、尺寸穩(wěn)定、壽命長的不溶性陽極。18. 二次電池要求充放電反應(yīng)可逆性要好，一般要求電極的結(jié)構(gòu)具備什么特點(diǎn)？試舉例說明之。答：如鋰離子電池，電極材料二維層狀；自由嵌入、嵌出；體積膨脹率??；尖晶石，三維軌道結(jié) 構(gòu)。19. 鎳氫電池（儲氫電池）是一種重要的二次電池，該電池正極和負(fù)極材料是何物質(zhì)？寫出電池反應(yīng) 。何謂儲氫合金？答：正極材料：Ni（OH）2；負(fù)極：混合稀土氫合 金（LaNiHx）或鈦鍥合金（MH）。電池反應(yīng)： MNNi5H6+6NiOHM NNi+6Ni（ OH） 2儲氫合金：在一定條件下可逆的吸收放出

11、 H的新 型合金。20. 海洋性環(huán)境下鋼鐵主要發(fā)生電化學(xué)腐蝕，其陰極電極反應(yīng)主要是什么反應(yīng)？控制步驟是什么？答：陰極反應(yīng)為吸氧反應(yīng)： Q+4H+4e -2HO 控制步驟：氧的擴(kuò)散步驟21. 何謂電解提?。亢沃^電解精煉？舉例說明兩者之間的區(qū)別？答：電解提?。褐苯永猛姷姆绞教崛‰娊?質(zhì)中的金屬。電解精煉：利用電解方法將含有 金屬的物質(zhì)進(jìn)行提純。區(qū)別：電解提取采用不 溶性陽極，如以Pt為電極，電解A12O3得到Al； 電解精煉采用可溶性陽極，如以粗銅為陽極，用以精煉 .22. 試敘述赫爾槽的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和在電鍍中的用途。答：特點(diǎn)：陰極各個部位與陽極的距離不同，有近端與遠(yuǎn)端，其電流密度不同。用途：確定

12、渡 液各組分的合適含量；確定渡液中添加劑或雜 質(zhì)的大致含量；可用于選擇不同的操作條件， 如改變?yōu)闇囟?，pH值、電流密度23. 與其它陰極過程相比，金屬電沉積有何特點(diǎn)？答：液相傳質(zhì)，反應(yīng)粒子向電極表面遷移； 前置轉(zhuǎn)化，發(fā)生化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)；電荷傳遞，反 應(yīng)粒子還原為吸附態(tài)金屬原子；電結(jié)晶，吸附 態(tài)金屬原子形成晶體。24、采用鋼鐵電極以丙稀氰為主要原料電合成己二氰，寫出陰極和陽極反應(yīng)？答：陰極：2CH=CHCN+2+2e-NC（CH） 4CN 陽極：H2O-2e-1/2O2+2I425. 堿性鋅氧化銀電池以鋅粉為負(fù)極，以氧化銀粉 （Ag2O） 壓制成正極，電解液為飽和了鋅酸鹽的濃堿溶液試寫出其正極反應(yīng)

13、，負(fù)極反應(yīng)，電池反應(yīng)。答：正極： 負(fù)極：總反應(yīng)：26. 試述有關(guān)化學(xué)電源主要性能的概念，如電動 勢、開路電壓、工作電壓、截止電壓。答：電動勢E:電池兩極在斷路且處于可逆平 衡狀態(tài)時兩極電勢之差。開路電壓U:電池兩極在斷路時的穩(wěn)定電極電勢之差。工作電壓V：有電流通過外電路時，兩極的電勢差。截止電 壓：放電時，電壓下降到不宜繼續(xù)放電的最低工作電壓。數(shù)值：E>U>V截止電壓27. 防止鋼鐵腐蝕主要措施有？答： 陰極保護(hù)法中的外加電流法；涂防銹漆；鍍上惰性金屬鍍層；用緩蝕劑加以保護(hù)28. 什么是析氫腐蝕和耗氧腐蝕？答：析氫腐蝕：以H還原反應(yīng)為陰極，生成H2 的過程。耗氧腐蝕：消耗O的還原反

14、應(yīng)為陰極， 生成OH或HO的過程。堿性介質(zhì)：2HO+2e=H+2OH （析氫）1/2O2+2e+H2O=2OH （耗氧）酸性介質(zhì)：2Hh+2e=H2 （析氫）2H+1/2O2+2e=HO（耗氧）29. 陰極保護(hù)的方法有哪幾種，畫圖并簡述一下 各種方法，也可舉例說明。答：外加電流法：在電解質(zhì)中加入輔助電極，將需要保護(hù)的金屬基體連接到外電源負(fù)極，調(diào)節(jié)施加電流，從而保護(hù)金屬。圖示，把陰極極化曲線的電流調(diào)到a 點(diǎn)，對應(yīng)的腐蝕電流I corr 即 I a變小，若調(diào)制b 點(diǎn)，則為0, 起到對陰極的保護(hù)。犧牲陽極法：在金屬基體上附上更活潑的金屬，構(gòu)成短路的原電池，活潑金屬為陽極，不斷溶解，陰極得到保護(hù)，例：

15、鋼板上鍍鋅，防止被海水腐蝕。30. 發(fā)生鈍化的金屬或合金具有的一些特點(diǎn)？有哪幾種主要的鈍化理論？答：特點(diǎn)：形成致密氧化膜，隔離腐蝕介質(zhì)，包才5 Al 0 Cr、Ti 0理論：成相膜理論和吸附理 論。31、什么叫緩沖劑，其防蝕機(jī)理如何？答：緩蝕劑：加入到一定介質(zhì)中能明顯抑制金 屬腐蝕的少量物質(zhì)。機(jī)理：形成氧化膜促進(jìn)鈍 化；形成沉淀膜；形成吸附膜32. 金屬離子還原繼而形成結(jié)晶層的電結(jié)晶一般過程由哪些基本步驟組成及次序？答：溶液中的離子向電極表面擴(kuò)散-電子遷 移反應(yīng)失去溶劑化外殼，形成吸附原子- 吸附原子經(jīng)表面擴(kuò)散，到缺陷等位置-電還原 的金屬原子聚集，核化-結(jié)合到品格中，核化 生長沉積物的結(jié)晶及

16、形態(tài)發(fā)展31、什么是電解的電流效率和電能效率？兩者區(qū)別是？7 I =4E=區(qū)別：電流效率反映副反應(yīng)的程度大小，電能效率反映能量的利用率32. 簡述電解冶金的方法，并說出電解冶金與火法冶金比較有哪些特點(diǎn)？答：電解治金可分為水溶液電解，熔鹽電解，有機(jī)溶劑電解。（水溶液電解是電解金屬氯化物或硫酸鹽的水溶液，電流效率高，操作簡單；對于堿金屬，堿土金屬，電解時易析出氫氣，采用熔鹽體系電解來提?。┨攸c(diǎn)：電解治金采用電 子作還原劑，而火法冶金一般采用 co c,k為還原劑；耗電、能耗大33. 對鍍鋅層采用什么后處理方法？鍍鋅層為什么要進(jìn)行鈍化處置？答：對鍍鋅層采用Cr2c3/H2SO鈍化后處理。為了使陽極溶

17、解速率減慢，耐腐蝕性能大大提高34. 試述一般的鍍液的組成？并說明其作用和選擇。答：主鹽：進(jìn)行沉積的金屬離子鹽，濃度高的鍍層較粗糙，電流密度大；濃度低的電流密度小，會影響沉積速度。（通常選用高濃度的硫酸鹽和氯化物）。導(dǎo)電鹽：調(diào)節(jié)pH值，降低槽壓， 增加鍍液導(dǎo)電能力，提高鍍液的分散能力（選擇導(dǎo)電能力較強(qiáng)的電解質(zhì)）絡(luò)合劑：使金屬離子的陰極還原極化得到提高，得到細(xì)致、緊密的鍍層，成本高。（通常是氰化物，現(xiàn)在已向無氰方向發(fā)展）添加劑：增加鍍層硬度，改變界面雙電層結(jié)構(gòu)，提高陰極還原過程超電勢。（對于Zn,Ni,Cu,可選擇含硫化合物的光亮劑）緩沖劑用于穩(wěn)定鍍液pH35. 電鍍的生產(chǎn)工藝有哪些？有何作用？答：鍍前處理：獲得良好鍍層，包括機(jī)械加工、酸洗、除油等步驟。電鍍：鍍上鍍層金屬或合金。鍍后處理：除去吸附著的鍍液，包括水洗和烘干。36. 在光亮硫酸鹽鍍銅中，陽極用什么材料？通常在電鍍過程中呈現(xiàn)什么狀態(tài)？答：陽極用%磷銅為材料，呈現(xiàn)微溶狀態(tài)。37. 作為復(fù)合電鍍中的固體微粒主要有哪幾類？粒徑多大？舉例說明。答：高硬度的微粒：SiO2、金剛石、SiC、氮化 硼；潤滑性能的微