研究生電極過程與動力學(xué)考試試題及答案

1、一列舉上課學(xué)過的有關(guān)電化學(xué)術(shù)語1.1 工作電極、參比電極、輔助電極、開路電勢、背景極限、法拉第過程、非法拉第過程1.2 理想極化電極、雙電層、電壓階躍、電流階躍、電勢掃描1.3 理想非極化電極1.4 能斯特反應(yīng)交流阻抗、循環(huán)伏安、穩(wěn)態(tài)電流、支持電解質(zhì)、物質(zhì)傳遞、電荷傳遞、液接電勢、準(zhǔn)可逆過程、不可逆過程二、下圖是電化學(xué)測量常用的二電極體系，畫出該體系的等效電路，導(dǎo)出該等效電路施加一個電位階躍信號時電流-時間關(guān)系議程并作圖。WhatistheequivalentcircuitofFig3?Whatisthecurrentresponsewhenapotentialstepisappliedtot

2、hiscell?SCECd和CsCE的串聯(lián)電容CT=CdCsCE/(Cd+CSCE),通常CSCECd的所以CpCd,所以在此線可忽略CsCEqEr和電容器上的電壓EcE=Er+篇電荷q和施加的電壓EC之間函數(shù)：在任意時間內(nèi)，總電壓等于電阻上的電壓&Cd&=di若假設(shè)電容器開始并不荷電(t=0,q=0)微分后得到,"一八落三、推導(dǎo)可逆反應(yīng)O+ne=R的初始濃度為零時陰極還原的穩(wěn)態(tài)電流-電位方程并作圖。Applied媒=0初始時，R不存在,=0)=i/nFAtnCq(x=0)=nFAm0后-特瑞十冬hiCr(jv=0)=i/nFAm由于Ei/2與物質(zhì)的濃度無關(guān)，因而是O

3、/R體系的特征參數(shù)用lg(ii-i)/i對E作圖，得到一條斜率為nF/2.3RT的直線，截距為Ei/2四、根據(jù)Butler-Volmer方程£=一協(xié)一一口)向?qū)С鲭姾蓚鬟f電阻表達(dá)式和Tafel方程。沒有物質(zhì)傳遞影響的情況，如果溶液被充分?jǐn)嚢?，或電流維持在很小值時，表面濃度與本體濃度沒有較大差別令f=F/RT當(dāng)?shù)兑?時，ex=1+xi=i0(1-ofy)1+(1-a)ft=-ic)f刀-刀/iW電阻的量綱，常稱為電荷轉(zhuǎn)移電阻Rctl-Rct=-W=1/iof=RT/Fi0(2)當(dāng)?shù)兑怀?，在很?fù)的過電勢時e-"刃e(1-")f"i=ioe-f"ln

4、i=lni0-f打=a+blgi即Tafel方程為r=a+blgi五、列舉三個參比電極并講述其中一個制作過程標(biāo)準(zhǔn)氫電極、甘汞電極、銀|氯化銀電極、汞|氧化汞電極、汞|硫酸汞電極電解法制備銀|氯化銀電極”取銀絲一根，用丙酮除油，再用3NHNO3溶液浸蝕，用蒸儲水洗凈后放在0.1mol/LHCl溶液中進(jìn)行陽極氧化,用金屬鉆作陰極，電解陽極電流密度為0.4mA/cm2,時間是30min,氧化后氯化銀電極呈紫色，用蒸儲水洗凈后便可裝入?yún)⒈入姌O管中備用。ATerminologyexplanation術(shù)語解釋I.Faradaiccurrent法拉第電流：由于發(fā)生法拉第過程而產(chǎn)生的電流叫法拉第電流2.Ide

5、apolarizedeletrode理想極化電極：無論外部所加電勢如何，都沒有跨越金屬-溶液界面的電荷轉(zhuǎn)移的電極，稱為理想極化電極3.Solutionresistance溶液電阻：溶液中阻礙粒子定向移動的能力。4 .practicalreversibility實際可逆性：由于所有的實際過程都是以一定的速率進(jìn)行的，他們不具有嚴(yán)格的熱力學(xué)可逆性。然而，實際上一個過程在要求的精度內(nèi)，熱力學(xué)公式仍然適用，在這些情況下，人們可以稱此過程為可逆。5 .formalpotential形式電勢：形式電勢是。和R的濃度比密,嚶為1和其他特定的物質(zhì)，如介質(zhì)中各種組分的濃度均為定值時，測得的半電池電勢6 .Elec

6、trochemicalpotential電化學(xué)電勢：像離子這樣的帶電粒子，除受濃度梯度的作用外，還要受電力的驅(qū)動，這兩種力合稱電化學(xué)勢7Migrration遷移：荷電物質(zhì)在電場(電勢梯度)作用下的運動。8 Supportingelectrolyte支持電解質(zhì)：一種使溶液電阻降低的電解質(zhì)，本身不參與電化學(xué)反應(yīng)。9 Exchangecurrent交換電流：在活化過程中沒有大量能量損失下體系釋放的凈電流能力的量度。10 concentrationoverpotential濃度過電勢：可看做為支持此電流的物質(zhì)傳遞速率所需時的活化能。BMechanismorphenomenondescription原理

7、和現(xiàn)象描述1 .TodescribethemechanismonoxidationorreductionreactionofaspeciesatelectrodebasedonFig.1描述圖片1物質(zhì)的還原或氧化反應(yīng)的原理EtectrodeO1VacantMOPo:entialPdentilEnergyhsvelofelectronsESBCtrodsSolutionMOVacantMOEnergylevelerfelectronsOccuDieQMOSaluiicr甚中ESoiuilcn(a)還原反應(yīng)A+A-通過外加負(fù)電勢，使電極達(dá)到更負(fù)的電勢，電子的能量升高。當(dāng)能量高到一定程度時,電子從電

8、極轉(zhuǎn)移到電解液中物質(zhì)的空軌道上，溶液中的物質(zhì)被還原o(b)氧化反應(yīng)A-e-A+通過外加正電勢，電子能量降低，當(dāng)能量降到一定值時，電子從溶液轉(zhuǎn)移到電極上，溶液中物質(zhì)被氧化。2 .Todrawthepotentialprofileacrossthedouble-layerregionofFig2畫出圖片2雙電層的電勢分布圖-SoJurtonA人c二%t*)Solvatedcation學(xué)3©aO、*(3h&對ofanion但pdledt01Hp卜所創(chuàng)®<trDd電surface3 .whatistheequivalentcircuitofFig3?Whatisthe

9、currentresponsewhenapotentialstepisappliedtothiscell?畫出圖片3的等效電路，施加一個電壓階躍后電流是如何的？b闈dropelectrodeSCECT=CdCsCE/(Cd+CSCE)cd«sCsm|p-Cd和Csce的串聯(lián)電容aq1k1_<>b通常CsCECd的所以Cvd,所以在此線可忽略CscET=貪50電何q和施加的電壓Ec之間函數(shù)：q=CEc在任意時間內(nèi)，總電壓等于電阻上的電壓Er和電容器上的電壓ECE=Er+Ec=1”風(fēng)+q若假設(shè)電容器開始并不荷電（t=0,q=0）q=ECW-k婚微分后得到二言一"於&

10、quot;因此，施加一個電勢階躍，電流隨時間呈指數(shù)衰減4 .WhataretheconditionsfortheresultsofFig4tobeobtained?caihodicAnodic初始時，R不存在，ri：:-CR(Jt=0)=i/nFAm>一隊如料0rnFC=0)(Z-'rFTTTTJ0*RTI用。當(dāng)*="2E=Em=E一春In原由于Ei/2與物質(zhì)的濃度無關(guān)，因而是O/R體系的特征參數(shù)故£=&+題(4)用lg(il-i)/i對E作圖，得到一條斜率為nF/2.3RT的直線，截距為Ei/25 .Togivethepossiblemechanis

11、mfortheinfluenceofexchangecurrentdensityandtransfercoefficientonthecurrent-overpotentialcurvesbasedonfig5圖a反映了在Eq處電流-過電勢曲線的變形程度與交換電流密度的關(guān)系。這里沒有考慮物質(zhì)傳遞的影響，任意給定的電流下的過電勢僅用提供異相反應(yīng)過程以該電流所表征的速率進(jìn)行所需的活化能。交換的電流越小，動力學(xué)越遲緩，因此特定凈電流下的反應(yīng)活化過電勢越大。圖b反映了傳遞系數(shù)對電流-過電勢曲線對稱性的影響。因為，如果溶液被充分?jǐn)嚢?，或電流維持在很小值時，j=i次一/】一砌向.其表面濃度與本體濃度沒有較

12、大的差別，L，在小刀時,=凈電流和過電勢有線性關(guān)系，在大的刀時的Tafel行為，對于較大刀值時，括號中的某項可忽略，如在很負(fù)電勢時e-"f刃e(1-")f/=棧M以F53aFin'因此傳遞系數(shù)E越小，特定凈電流下的反應(yīng)活化能過電勢就越大。6TotellthemeaningofGibbsfreeenergy,enthalpyandentropychangesinareversibleelectrochemicalreactions.7Toexplainthemechanismfortheformationofaliquidjunctionpotentialandpro

13、posethemethodstominimizeit由于兩個電極各自具有不同的支持電解質(zhì)，在兩種溶液間某處有一界面存在，在此界面處物質(zhì)傳遞過程使溶液混合。除非初始時是相同的溶液，否則液接界將處于不平衡態(tài)，因為發(fā)生連續(xù)凈的物質(zhì)流動通過它。電池的電勢也與兩成電解液之間的電勢差相關(guān)。減少日常用方法是用一個高濃度體系的鹽橋來取代液接部分，而鹽橋的溶液正負(fù)離子具有幾乎相等的淌度。8Todescribetheeffectofsupportingelectrolyteonmeasuredcurrent.幾乎消除了遷移對于電活性物質(zhì)傳遞的影響 高濃度粒子的存在降低了溶液電阻，因而降低了在工作電極和參比電極之間

14、未補(bǔ)償電阻降提高了對工作電極電勢的控制和測量的精度。 本體溶液電導(dǎo)的提高也可降低在電池中電能地消耗，大大簡化測量儀器CEquationinference1 .ToinferchargetransferresistanceRctandTafelequationsfromButler-Volmerequation沒有物質(zhì)傳遞影響的情況，如果溶液被充分?jǐn)嚢?，或電流維持在很小值時，表面濃度與本體濃度沒有較大差別令f=F/RT當(dāng)?shù)兑?時，ex=1+x.i=i0(1-f刀)一1+(1-a)ft=-ic)f刀 刀/iW電阻的量綱，常稱為電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct l-Rct=-W=1/iof=RT/Fi0(2)當(dāng)?shù)?/p>

15、一相寸，在很負(fù)的過電勢時e-“9e(1-")f" i=ioe-f"lni=lni0-f打RTi.2.3RT,.,-23RT.，-一/='+"丁=a+b即Tafel方程為r=a+blgi2.ToinferFick'sfirstandsecondlaws.第一定律：通過乘以等到O的濃度是，門="0供"工之2±占)一三*)2isr_J4羽打；Do.，所以世第二定律<X7q(Jit)_J(x,t)-Jx+dx、/)靛dxJ(x+dx、f=J®14dx4K7q氏T)=%苑w30JxWA*,8_dn&qu

16、ot;/，由r-dx&x比力冽當(dāng)Do不是x的函數(shù)時，得到ElectrochemicalThermodynamicsandElectrodeprocessKinetics電化學(xué)熱力學(xué)和電極過程動力學(xué)Chapterl1.Drawathree-electrodeelectrochemicalcellforelectrochemicalexperiments,nameitscompositions.畫出一個三電極電池，說出其組成IncisNnoEHtlonfWorkinflarindicawrRaterenMAuxiliaryoreiwirodM2. Wecanpredictthepossib

17、ilityforanyreactiontotakeplaceinasolutionbasedonthermodynamicdata.Canyoutelltheconditionsforanoxidationreactionorreductionreactiontotakeplacebasedontherelationshipbetweenmolecularorbitalofspeciesandelectronenergylevelofanelectrode?(a)還原反應(yīng)A+A-通過外加負(fù)電勢，使電極達(dá)到更負(fù)的電勢，電子的能量升高。當(dāng)能量高到一定程度時，電子從電極轉(zhuǎn)移到電解液中物質(zhì)的空軌道上，

18、溶液中的物質(zhì)被還原。(b)氧化反應(yīng)A-e-A+通過外加正電勢，電子能量降低，當(dāng)能量降到一定值時，電子從溶液轉(zhuǎn)移到電極上，溶液中物質(zhì)被氧化。3. Whatisfaradicprocess?WritedowntherelationofthereactedamountofOwithpassedelectricityqualityforthereactionO+ne-R.什么是法拉第過程，寫下當(dāng)初始濃度為零時陰極還原反應(yīng)通過的電量法拉第過程，即反應(yīng)遵循法拉第定律，電流通過引起化學(xué)反應(yīng)的量與所通過的電量成正比Q=nF4Electrochemicaldoublelayerisanimportantconc

19、eptinelectrochemistry.Estimatethechangeofelectricityquantityofelectrodewhenelectrodepotentialchangesby1V,assumingthatthereisnofaradaiccurrentduringpotentialchanging.解答：q=CdE雙電層電容Cd一般在1040科F/cm2.qmin=10科F/cr2iX1V=10科C/cnS；qmax=40F/crriiX1V=40C/cm5Whatisthecurrentcorrespondencewhenapplyingapotencialst

20、eptoatwo-electrodecellwithanidealpolarizedmercurydropelectrodeandanSCE.Cd和CSCE的串聯(lián)電谷CT=CdCsCe/(Cd+CsCE),通常CsCECd的所以CTCd,所以在此線可忽略Csce電荷q和施加的電壓Ec之間函數(shù)：g=Q£cq在任意時間內(nèi)，總電壓等于電阻上的電壓.E的f'-,Tj凡Qq-diEr和電容器上的電壓ECE=Ek+Ec=+磊T=感£d若假設(shè)電容器開始并不荷電(t=0,q=0)q=EQ1一廠31微分后得到':'因此，施加一個電勢階躍，電流隨時間呈指數(shù)衰減e=a6I

21、nfertheequationanddrawthecurrent-potentialcurveforanenstiansystem.必三CR(JV=0)=，一匕flFAtUn初始時。與R均存在時，Co(x=0)=O時陰極極限電流心，Cr(x=0)=時陽極極限電流心Chapter21. TellthephysicalmeaningofH,AS,Gforanaelectrochemicalreactionataconstantpressure2. Tellthedifferencebetweenformalpotentialandstandardpotential3. Infertheelectr

22、odepotentialexpressionequationforthecellreactionZn+2AgCl-Zn2+2Ag+2Cl-basedontheconceptofelectrochemicalpotential.(p43)Zn+2AgO+MCu')尹+2cli+2f(Cu)Atequilibrium,42謨射十2口”=&+2"鋁+酉彘r十2譴”班”砂尸R/+之唆+2砧一臉-2隨SBut.2(-.”)=-2F(-力伽)=-2FEExpanding(2,2.22),wehave-2FE=圖+Rfln當(dāng)n+2F+2M疑+2gg-+2RTln哈-牙斯-忌？一加菇-2FE=+&Tln總工*唱產(chǎn)wliereAG。=心+卯群+2第f翳-2典因=-2F£°Thusd宙uarriveat£*£0-畀1口(巡：*)(南)44. Howdoesaliquidjunctionpotentialformandhowcanweminimizeit?Chapters5. Infertheequation三且2lan6+lan&a是能壘的對稱性量度liin8-aFE/xUtn嫉=(i