應(yīng)用電化學(xué)答案分析解析.doc

一， 簡比較電子導(dǎo)體和離子導(dǎo)體的異同點(diǎn) （1） 電子導(dǎo)體（第一類導(dǎo)體） ：荷電粒子是電子或電子空穴，它既包括普通的金屬導(dǎo)體也包括半導(dǎo)體。離子導(dǎo)體（第二類導(dǎo)體） ：荷電粒子是離子，例如，電解質(zhì)溶液或熔融鹽。（2） 電子導(dǎo)體的特點(diǎn)： A.自由電子或電子空穴作定向移動(dòng)而導(dǎo)電 B.導(dǎo)電過程中導(dǎo)體本身不發(fā)生變化 C.溫度升高，電阻也升高 D.導(dǎo)電總量全部由電子承擔(dān)（3） 離子導(dǎo)體的特點(diǎn)： A.正、負(fù)離子作反向移動(dòng)而導(dǎo)電 B.導(dǎo)電過程中有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生 C.溫度升高，電阻下 D.導(dǎo)電總量分別由正、負(fù)離子分擔(dān)二，簡述電極極化的原因（1）在有限的電流通過時(shí)，電極系統(tǒng)的電極電勢(shì)偏離其平衡電極電勢(shì)的現(xiàn)象，稱為電極的極化現(xiàn)象。（2）A，濃差極化 在有限電流通過電極時(shí)，因離子傳質(zhì)過程的遲緩性而導(dǎo)致電極表面附近離子濃度與本體溶液中不同，從而使電極電位偏離其平衡電極電位的現(xiàn)象，叫作濃差極化。B，活化極化（電化學(xué)極化）在有限電流通過電極時(shí)，由于電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的返緩造成電極上帶電程度與可逆狀態(tài)下不同，從而導(dǎo)致的電極電位偏離其平衡電極電位的現(xiàn)象，叫做活化極化”三，試說明參比電極因具有的性能和用途答：參比電極是理想不極化電極，它應(yīng)具備下列性能：應(yīng)是可逆電極，其電極電勢(shì)符合Nernst方程；參比電極反應(yīng)應(yīng)有較大的交換電流密度，流過微小的電流時(shí)電極電勢(shì)能迅速恢復(fù)原狀；應(yīng)具有良好的電勢(shì)穩(wěn)定性和重現(xiàn)性等。參比電極是指一個(gè)已知電勢(shì)的接近于理想不極化的電極，參比電極上基本沒有電流通過，用于測(cè)定研究電極(相對(duì)于參比電極)的電極電勢(shì)。實(shí)際上，參比電極起著既提供熱力學(xué)參比，又將工作電極作為研究體系隔離的雙重作用。四，試描述雙電層理論的概述（1）Helmholtz“平板電容器”模型（1853年） 按照這種模型，認(rèn)為“電極溶液”界面兩側(cè)的剩余電荷都緊密地排列在界面的兩側(cè)，形成類似于荷電平板電容器的界面雙電層結(jié)構(gòu)。按照這種模型，界面微分電容值只依賴于界面層厚度（d），而與q和值均無關(guān)系。顯然這種模型是過于簡單了，只有在電解液很濃及q值較大時(shí)才能這樣近似處理（2）Gouy-Chapman“分散雙電層”模型（1913） 這一模型考慮了界面溶液一側(cè)荷電粒子熱運(yùn)動(dòng)的影響，認(rèn)為溶液中的剩余電荷不可能緊密地排列在界面上而應(yīng)按照勢(shì)能場(chǎng)中粒子的分布規(guī)律統(tǒng)計(jì)分布在鄰近界面的液層中，形成電荷“分散層”；并假設(shè)離子電荷為沒有幾何尺寸的理想點(diǎn)電荷，可以（但不一定）無限靠近電極表面。 該模型比“平板電容器”模型有了發(fā)展，能較滿意地解釋稀溶液中0附近出現(xiàn)的電容極小值。主要問題來自于離子電荷并非理想點(diǎn)電荷。（3）Stern雙電層模型（1924年） 這是在上述“分散雙電層”模型的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，同時(shí)又吸取了初期“緊密雙電層”模型的合理部分。根據(jù)這一模型，雙電層可以同時(shí)具有緊密性和分散性。（4）其它模型（1950年之后） 在以上模型的基礎(chǔ)上，不少學(xué)者提出了多種更為精細(xì)的模型，但仍然難以完滿解釋已有的全部實(shí)驗(yàn)事實(shí)。五，電極過程的主要特征（1）一般電極過程的基本步驟串聯(lián)進(jìn)行，當(dāng)整個(gè)電極過程達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，各個(gè)基本步驟的凈反應(yīng)速度相等。（2）整個(gè)電極過程的速度受速度最慢（活化能最大）的基本步驟控制，該步驟稱為“控制步驟”。（3）“分區(qū)進(jìn)行”即氧化、還原反應(yīng)可以分別在陽極和陰極進(jìn)行，反應(yīng)中涉及的電子通過電極或外電路傳遞。（4）“電極/溶液”界面附近的條件（電場(chǎng)、傳質(zhì)）對(duì)電極過程的影響。在“電極/溶液”界面上我們有可能在一定范圍內(nèi)隨意的控制反應(yīng)表面的“催化活性”與反應(yīng)條件。所以說電極過程是一種很特殊的異相催化反應(yīng)過程。六, 電催化與常規(guī)化學(xué)催化反應(yīng)的區(qū)別反應(yīng)時(shí)，在反應(yīng)界面上電子的傳遞過程存在本質(zhì)差別。常規(guī)化學(xué)催化：(1)反應(yīng)物和催化劑之間的電子傳遞是在限定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行的，既不能從外電路中輸入電子，也不從反應(yīng)體系中導(dǎo)出電子。(2)電子的轉(zhuǎn)移無法從外部加以控制。電催化：(3)利用外部回路控制過電勢(shì)，使反應(yīng)速度容易控制。(4)改變電極電勢(shì)，可以控制氧化或還原反應(yīng)的方向。(5)輸入的電流可以用來作為反應(yīng)速度的依據(jù)。(6)反應(yīng)前后的自由能變化幅度大。七，影響電催化劑的因素1.電催化劑的性能具備的特點(diǎn)：（1）催化劑有一定的電子導(dǎo)電性。（2）高的催化活性。（3）催化劑的電化學(xué)穩(wěn)定性2.電催化劑的結(jié)構(gòu)和組成3.電催化劑的氧化還原電勢(shì)4.電催化劑的載體對(duì)電催化活性的影響5.電催化劑的表面微觀結(jié)構(gòu)和狀態(tài)、溶液中的化學(xué)環(huán)境八，圖示說明氧氣與電極表面的作用方式的還原機(jī)理1，氧分子在電極相表面吸附的方式： 側(cè)基式（Griffiths） 端基式 (Pauling) 橋式2，側(cè)基式吸附（4電子反應(yīng)模式）3. 橋式吸附（4電子反應(yīng)模式）4. 端基式吸附（兩電子反應(yīng)模式）九說明甲醇在Pt電極上的氧化機(jī)理甲醇在鉑電極上發(fā)生吸附，然后脫氫同時(shí)發(fā)生解離吸附反應(yīng)，生成一系列表面吸附物種(CHXOH)ad(X=03)Pt+CH3OHPt-(CH3OH)ad Pt+Pt-(CH3OH)adPt-(CH2OH)ad +Pt-Had Pt+Pt-(CH2OH)ad Pt-(CHOH)ad+Pt-Had Pt+Pt-(CHOH)ad Pt-(COH)ad+Pt-Had Pt+Pt-(COH)ad Pt-(CO)ad+Pt-Had Pt-HadPt + H+ + e （6）10.燃料電池的工作原理和特點(diǎn)（1）工作原理 燃料電池將燃料氧化反應(yīng)所釋放的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能與一般電池不同的是, 在燃料電池中燃料及氧化劑(空氣與氧氣)可以連續(xù)不斷地供給電池, 反應(yīng)產(chǎn)物可以連續(xù)不斷地從電池排出, 同時(shí)連續(xù)不斷地輸出電能和熱能。（2）燃料電池的特點(diǎn) A 能量轉(zhuǎn)化效率高 在燃料電池中,燃料不是被燃燒變?yōu)闊崮?而是直接發(fā)電, 不受卡諾熱機(jī)效率的限制 理論上能量轉(zhuǎn)化效率在90%以上, 實(shí)際效率可望在80%以上 B 比能量和比功率高 封閉體系蓄電池與外界沒有物質(zhì)的交換, 比能量不會(huì)隨時(shí)間變化,但是燃料電池由于不斷補(bǔ)充燃料,隨著時(shí)間延長,其輸出能量也越多C 污染小 D 可靠性高 電池組合是模塊結(jié)構(gòu), 維修方便; 處于額定功率以上過載運(yùn)行時(shí),它也能承受而效率變化不大;當(dāng)負(fù)載有變化時(shí),它的響應(yīng)速度也快E 適用能力強(qiáng) 可以使用多種初級(jí)燃料,包括火力發(fā)電廠不宜使用的低質(zhì)燃料 設(shè)備占地面積小,建設(shè)工期短十一，簡述鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)（1）高能量密度（2）高工作電壓（3）無記憶效應(yīng)（4）無污染十二，簡單金屬離子的還原步驟包括：（1）水化金屬離子向由本體溶液向電極表面的液相傳遞（2）電極表面溶液中金屬離子水化系數(shù)降低、水化層發(fā)生重排，使離子進(jìn)一步靠近電極表面 （3）部分失水的金屬離子直接吸附于電極表面的活化部位，并借助于電極實(shí)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移，形成吸附于電極表面的水化原子，過程表示為：（4）吸附于電極表面的水化原子失去剩余水化層，進(jìn)入金屬原子晶格。十三，如何實(shí)現(xiàn)金屬離子共沉淀依據(jù)金屬共沉積的基本條件，只要選擇適當(dāng)?shù)慕饘匐x子濃度、電極材料（決定著超電勢(shì)的大小）和標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)就可以使兩種金屬離子同時(shí)析出。（1）當(dāng)兩種離子的 相差較小時(shí)，可采用調(diào)節(jié)離子濃度的方法實(shí)現(xiàn)共沉積。（2）與兩種離子的 相差不大（ 0.2V），且兩者極化曲線（E-i或-i曲線）斜率又不同的情況下，則調(diào)節(jié)電流密度使其增大到某一數(shù)值，此時(shí)，兩種離子的析出電勢(shì)相同也可以實(shí)現(xiàn)共沉積。（3）采用配合劑采用配合劑是使電位差相差大的金屬離子實(shí)現(xiàn)共沉積的最有效方法，金屬配位離子能降低金屬離子的有效濃度，使電位較正金屬的平衡電位負(fù)移的絕對(duì)值大于電位較負(fù)的金屬。（4）采用適當(dāng)?shù)奶砑觿┨砑觿┰阱円褐械暮勘容^少，一般不影響金屬的平衡電位，有些添加劑能顯著地增大或降低陰極極化，從而明顯地改變金屬的析出電位。十四，整平劑的作用機(jī)理？ 在整個(gè)基底表面上，金屬電沉積過程是受電化學(xué)活化控制(即電子傳遞步驟是速度控制步驟）的 整平劑能在基底電極表面發(fā)生吸附，并對(duì)電沉積過程起阻化作用 在整平過程中，吸附在表面上的整平劑分子是不斷消耗的，即整平劑在表面覆蓋度不是出于平衡狀態(tài)，整平劑在基底上的吸附過程受其本身從本體溶液向電極表面的擴(kuò)散步驟控制 整平劑一般是吸附能力很強(qiáng)的物質(zhì)。十五，簡述復(fù)合電鍍的特點(diǎn)及常用固體的分類 特點(diǎn)：（1）復(fù)合電鍍：是指在電鍍或化學(xué)鍍的鍍液中加入一種或多種非溶性的固體微粒，使其與主體金屬(或合金)共沉積在基體上的鍍覆工藝。（2）當(dāng)固體微粒在進(jìn)入金屬鍍層可以顯著增加鍍層的耐磨性，并賦予鍍層一些特殊的性質(zhì)作為復(fù)合電鍍的固體微粒主要有三類 第一類是提高鍍層耐磨性的高硬度、高熔點(diǎn)、耐腐蝕的微粒。如：,-Al2O3，SiO2，SiC，TiO2，Cr2O3，ZrO2，TiC，WC，金剛石等。 第二類是提供自潤滑特性的固體潤滑劑微粒，如： MoS2，聚四氟乙烯，氟化石墨，BN，石墨等。 第三類是提供具有電接觸功能的微粒，如： WC，SiC，BN，MoS2，La2O3等十六，電化學(xué)實(shí)際應(yīng)用的范圍及分類有哪些？答：(1)電合成無機(jī)物和有機(jī)物，例如氯氣、氫氧化鈉、高錳酸鉀、己二腈、四烷基鉛；(2)金屬的提取與精煉，例如熔鹽電解制取鋁、濕法電冶鋅、電解精練銅； (3)電池，例如鋅錳電池、鉛酸電池、鎳硌電池、鋰電池、燃料電池、太陽能電池；(4)金屬腐蝕和防護(hù)的研究，采取有效的保護(hù)措施，例如電化學(xué)保護(hù)、緩蝕劑保護(hù)；(5)表面精飾，包括電鍍、陽極氧化、電泳涂漆等；(6)電解加工，包括電成型(電鑄)、電切削、電拋磨；(7)電化學(xué)分離技術(shù)，例如電滲析、電凝聚、電浮離等應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)或廢水處理；(8)電分析方法在工農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)藥衛(wèi)生等方面的應(yīng)用。十七，試說明參比電極應(yīng)具有的性能和用途。答：參比電極是理想不極化電極，它應(yīng)具備下列性能：應(yīng)是可逆電極，其電極電勢(shì)符合Nernst方程；參比電極反應(yīng)應(yīng)有較大的交換電流密度，流過微小的電流時(shí)電極電勢(shì)能迅速恢復(fù)原狀；應(yīng)具有良好的電勢(shì)穩(wěn)定性和重現(xiàn)性等。參比電極是指一個(gè)已知電勢(shì)的接近于理想不極化的電極，參比電極上基本沒有電流通過，用于測(cè)定研究電極(相對(duì)于參比電極)的電極電勢(shì)。實(shí)際上，參比電極起著既提供熱力學(xué)參比，又將工作電極作為研究體系隔離的雙重作用。十八, 試說明工作電極應(yīng)具有的性能和用途。答：工作電極(working electrode，簡稱WE)：又稱研究電極，是指所研究的反應(yīng)在該電極上發(fā)生。一般來講，對(duì)工作電極的基本要求是：所研究的電化學(xué)反應(yīng)不會(huì)因電極自身所發(fā)生的反比而受到影響，并且能夠在較大的電位區(qū)域中進(jìn)行測(cè)定；電極必須不與溶劑或電解液組分發(fā)生反應(yīng)；電極面積不宜太大，電極表面最好應(yīng)是均一、平滑的，且能夠通過簡單的方法進(jìn)行表面凈化等等。工作電極可以是固體，也可以是液體，各式各樣的能導(dǎo)電的固體材料均能用作電極。通常根據(jù)研究的性質(zhì)來預(yù)先確定電極材料，但最普通的“惰性”固體電極材料是玻碳(GC)、鉑、金、銀、鉛和導(dǎo)電玻璃等。采用固體電極時(shí)，為了保證實(shí)驗(yàn)的重現(xiàn)性，必須注意建立合適的電極預(yù)處理步驟，以保證氧化還原、表面形貌和不存在吸附雜質(zhì)的可重現(xiàn)狀態(tài)。在液體電極中，汞和汞齊是最常用的工作電極，它們都是液體，都有可重現(xiàn)的均相表面，制備和保持清潔都較容易，同時(shí)電極上高的氫析出超電勢(shì)提高了在負(fù)電位下的工作窗口，已被廣泛用于電化學(xué)分析中。十九，試說明輔助電極應(yīng)具有的性能及用途。答：輔助電極和工作電極組成回路，使工作電極上電流暢通，以保證所研究的反應(yīng)在工作電極上發(fā)生，但必須無任何方式限制電池觀測(cè)的響應(yīng)。由于工作電極發(fā)生氧化或還原反應(yīng)時(shí)，輔助電極上可以安排為氣體的析出反應(yīng)或工作電極反應(yīng)的逆反應(yīng)，以使電解液組分不變，即輔助電極的性能一般不顯著影響研究電極上的反應(yīng)。但減少輔助電極上的反應(yīng)對(duì)工作電極干擾的最好辦法可能是用燒結(jié)玻璃、多孔陶瓷或離子交換膜等來隔離兩電極區(qū)的溶液。為了避免輔助電極對(duì)測(cè)量到的數(shù)據(jù)產(chǎn)生任何特征性影響，對(duì)輔助電極的結(jié)構(gòu)還是有一定的要求。如與工作電極相比，輔助電極應(yīng)具有大的表面積使得外部所加的極化主要作用于工作電極上，輔助電極本身電阻要小，而且不容易極化，同時(shí)對(duì)其形狀和位置也有要求。二十，作為有機(jī)溶劑應(yīng)具有哪些條件?答：作為有機(jī)溶劑應(yīng)具有如下條件：可溶解足夠量的支持電解質(zhì)；具有足夠使支持電解質(zhì)離解的介電常數(shù)；常溫下為液體，并且其蒸氣壓不大；黏性不能太大，毒性要?。豢梢詼y(cè)定的電位范圍(電位窗口)大等。二十一，有哪些雙電層機(jī)構(gòu)模型？試簡單說明大意及比較其優(yōu)缺點(diǎn)。答：1，Helmholtz平板電容器模（認(rèn)為正負(fù)離子整齊地排列于界面層的兩側(cè)，正負(fù)電荷分布的情況就如同平行板電容器那樣）；2，Gouy-Chapman擴(kuò)散雙電層模型(考慮到界面溶液側(cè)的離子不僅受金屬上電荷的靜電作用，而且受熱運(yùn)動(dòng)的影響，缺點(diǎn)是忽略了離子的尺寸，把離子視為點(diǎn)電荷，只能說明極稀電解質(zhì)溶液的實(shí)驗(yàn)結(jié)果)；3，Stern模型（提出整個(gè)雙電層是出緊密層和擴(kuò)散層組成的，從而使理論更加切合實(shí)際，還指出離子特性吸附的可能性，可是沒有考慮它對(duì)雙電層結(jié)構(gòu)的影響）4，Grahame提出的GCS模型（把金屬/電解質(zhì)溶液界面區(qū)分圍擴(kuò)散層和內(nèi)層兩部分，兩者的邊界是最接近金屬表面的溶劑化離子的中心所在的平面。當(dāng)存在特性吸附離子時(shí)，它們更加貼近電極表面，其中心所在平面即IHP，是現(xiàn)代雙電層理論的基礎(chǔ)。但是沒有考慮吸附溶劑分子對(duì)雙電層性質(zhì)的影響）5，BDM模型（電極/溶液界面的雙電層的溶液一側(cè)被認(rèn)為是由若干”層”組成的，最靠近電極的一層為內(nèi)層，它包含有溶劑分子和所謂的特性吸附的物質(zhì)(離子成分子)，這種內(nèi)層也稱為緊密層、Helmholtz層或Stern層）二十二，李普曼公式可以做什么計(jì)算，說明什么問題？答：該公式表示在一定的溫度和壓力下，在溶液組成不變的條件下，、和之間存在一定的定量關(guān)系（ ）。根據(jù)該式可以由毛細(xì)曲線中任意一點(diǎn)上的斜率求出該電極電勢(shì)下的表面電荷密度。如由毛細(xì)曲線中求得某點(diǎn)的0，則0，表明電極表面帶負(fù)電。在曲線的最高點(diǎn)，0，即0，表明電極表面不帶電，達(dá)一點(diǎn)相應(yīng)的電極電勢(shì)稱為“零電荷電勢(shì)”，用表示。二十三，零電荷的電勢(shì)可用哪些方法測(cè)定？零電荷電勢(shì)說明什么現(xiàn)象？能利用零電荷電勢(shì)計(jì)算絕對(duì)電極電位嗎？。答：在毛細(xì)曲線的最高點(diǎn)，0，即0，表明電極表面不帶電，達(dá)一點(diǎn)相應(yīng)的電極電勢(shì)稱為“零電荷電勢(shì)”，用表示。零電荷電勢(shì)可以用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定，主要的方法有電毛細(xì)曲線法及微分電容曲線法(稀溶液中)，除此之外，還可以通過測(cè)定氣泡的臨界接觸角、固體的密度、潤濕性等方法來確定。零電荷電勢(shì)是研究電極/溶液界面性質(zhì)的一個(gè)基本參考點(diǎn)。在電化學(xué)中有可能把零電荷電勢(shì)逐漸確定為基本的參考電位，把相對(duì)于零電荷電勢(shì)的電極電勢(shì)稱為“合理電勢(shì)”，用()表示。二十四，電極反應(yīng)的種類主要有哪些？答：(1)簡單電子遷移反應(yīng)(2)金屬沉積反應(yīng)(3)表面膜的轉(zhuǎn)移反應(yīng)(4)伴隨著化學(xué)反應(yīng)的電子遷移反應(yīng)(7)腐蝕反應(yīng)(6)氣體析出反應(yīng)(5)多孔氣體擴(kuò)散電極中的氣體還原或氧化反應(yīng)二十五，何謂CE機(jī)理和EC機(jī)理？答： CE機(jī)理：是指在發(fā)生電子遷移反應(yīng)之前發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)為：在給定的電勢(shì)區(qū)間，溶液中反應(yīng)物的主要存在形式X是非電活性物種，不能在電極表面進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，必須通過化學(xué)步驟先生成電活性物種，后者再在電極上進(jìn)行電荷傳遞。這類反應(yīng)的例子有金屬配離子的還原、弱酸性緩沖溶液中氫氣的析出以及異構(gòu)化為前置步驟的有機(jī)電極過程等：(2)EC機(jī)理：是指在電極/溶液界面發(fā)生電子遷移反應(yīng)后又發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，其通式可表示為；隨后質(zhì)子轉(zhuǎn)移過程的有機(jī)物還原以及金屬電極在含配合物介質(zhì)中的陽極溶解等均屬于這類反應(yīng)。二十六，試推導(dǎo)高正超電勢(shì)時(shí)I關(guān)系式，并同Tafel方程比較答：在強(qiáng)極化的條件下，由Butler-Volmer方程可以推導(dǎo)出Tafel經(jīng)驗(yàn)方程。Tafel經(jīng)驗(yàn)方程中的a,b可以確定為：Tafel方程是人類經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，方程只適用于不存在物質(zhì)傳遞對(duì)電流影響(即極化超電勢(shì)較大)的情況。如果電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程相當(dāng)容易，在超電勢(shì)不是很大時(shí)，就能夠達(dá)到物質(zhì)傳遞的極限電流，對(duì)這樣的體系，Tafel方程就不適用。Tafel行為是完全不可逆電極過程的標(biāo)志。對(duì)于Tafel方程，高超電勢(shì)下陰極支的斜率為，高正超電勢(shì)下陽極支的斜率為，陰極、陽極的曲線外推到可得到截距，從而可求得交換電流的大小。二十七，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：物質(zhì)傳遞的形式有三種，即擴(kuò)散、電遷移、對(duì)流。擴(kuò)散的原因是存在濃度梯度。電遷移是指在電場(chǎng)的作用下，帶電物質(zhì)的定向移動(dòng)。在遠(yuǎn)離電極表面的本體溶液中，濃度梯度的存在通常是很小的，此時(shí)反應(yīng)的總電流主要通過所有帶電物質(zhì)的電遷移來實(shí)現(xiàn)。電荷借助電遷移通過電解質(zhì)，達(dá)到傳輸電流的目的。造成對(duì)流的原因可以是溶液中各部分存在的溫度差、密度差(自然對(duì)流)，也可以是通過攪拌使溶液作強(qiáng)制對(duì)流。二十八，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：當(dāng)電極反應(yīng)開始的瞬間，反應(yīng)物擴(kuò)散到電極表面的量趕不上電極反應(yīng)消耗的量，這時(shí)電極附近溶液區(qū)域各位置上的濃度不僅與距電極表面的距離有關(guān)，還和反應(yīng)進(jìn)行的時(shí)間有關(guān)，這種擴(kuò)散稱為非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散。隨著反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，雖然反應(yīng)物擴(kuò)散到電極表面的量趕不上電極反應(yīng)消耗的量，但有可能在某一定條件下，電吸附近溶液區(qū)域各位置上的濃度不再隨時(shí)間改變，僅是距離的函數(shù)，這種擴(kuò)散稱為穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散。穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散中，通過擴(kuò)散傳遞到電極表面的反應(yīng)物種可以由Fick擴(kuò)散第一定律推導(dǎo)出；而對(duì)于非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，物種擴(kuò)散到電極表面物種的量可以由Fick擴(kuò)散第二定律推導(dǎo)出。 第三章 化學(xué)電源答：電池容量是指在定放電條件下，電池放電到終止電壓時(shí)所放出的電量，單位為庫侖()或安時(shí)(Ah)。比容量是單位質(zhì)量或單位體積電池所輸出的電量。4，答：電池的電動(dòng)勢(shì)又稱理論電壓，是指沒有電流流過外電路時(shí)電池正負(fù)兩極之間的電極電勢(shì)差，其大小是由電池反應(yīng)的Gibbs自由能變化來決定的。由于Gibbs自由能的減小等于化學(xué)反應(yīng)的最大有用功，故電池的電動(dòng)勢(shì)也就是放電的極限電壓。電池的開路電壓是在無負(fù)荷情況下的電池電壓，只有可逆電池的開路電壓才等于電池電動(dòng)勢(shì)，般電池的開路電壓總小于電池的電動(dòng)勢(shì)。5，答：電池的能量是指在一定放電條件下，電池所能作出的電功，它等于放電容量和電池平均工作電壓的乘積，常用單位為瓦時(shí)(Wh)。電池的比能量(或能量密度)是指單位質(zhì)量或單位體積的電池所輸出的能量，分別以Whkg-1和WhL-1表示。電池的功率(power)是指在一定放電條件下，電池在單位時(shí)間內(nèi)所輸出的能量，其單位為瓦(W)或千瓦(kW)。電池的比功率(或功率密度)是指單位質(zhì)量或單位體積的電池所輸出的功率分別以Wkg-1和WL-1表示。6，答：電池的壽命包含有三種涵義。即使用壽命、循環(huán)壽命、貯存壽命使用壽命是指在一定條件下，電池工作到不能使用的工作時(shí)間。循環(huán)壽命是指在二次電池報(bào)廢之前，在一定充放電條件下，電池經(jīng)歷充放電循環(huán)的次數(shù)，對(duì)于次電池、燃料電池則不存在循環(huán)壽命。顯然，循環(huán)壽命越長，電池的可逆性能就越好；循環(huán)壽命與放電深度、充放電電流和溫度等有關(guān)。貯存壽命是指電池性能或電池容量降低到額定指標(biāo)以下時(shí)的貯存時(shí)間，影響電池貯存壽命的主要原因是電池自放電。電池自放電的原因：(1)不期望的副反應(yīng)的發(fā)生(2)電池內(nèi)部變化而導(dǎo)致的接觸問題，(3)活性物質(zhì)的再結(jié)晶，(4)電池的負(fù)極大多使用的是活潑金屬，可能發(fā)生陽極溶解，(5)無外接負(fù)載時(shí)電池在電解質(zhì)橋上的放電等。7，答：選擇電池時(shí)須考慮的重要事項(xiàng)如下： (1)電池類型(2)電化學(xué)體系(3)電壓(4)負(fù)載和放電形式(5)放電制度(6)溫度(7)使用時(shí)間 (8)物理性能(9)貯存性能 (10)充放電循環(huán)(11)環(huán)境條件 (12)安全性和可靠性(13)苛刻的工作條件(14)維護(hù)和補(bǔ)充(15)成本8，答：一次電池(原電池)為電池放電后不能用充電的方法使它復(fù)原的一類電池。二次電池，又稱蓄電池或可充電電池，為電池放電后可通過充電方法使活性物質(zhì)復(fù)原后能夠再放電，且充、放電過程能反復(fù)多次循環(huán)進(jìn)行的一類電池。燃料電池是一種不經(jīng)過燃燒直接以電化學(xué)反應(yīng)方式將燃料和氧化劑的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿母咝Оl(fā)電裝置。燃料電池是將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，它不同于一次電池和二次電池。一次電池的活性物質(zhì)利用完畢就不能再放出電能，二次電池在充電時(shí)不能輸出電能；而燃料電池只要不間斷地供給電池以燃料，就能不斷輸出電能。答：16，簡單敘述燃料電池的類型和特點(diǎn)答：1氫-氧燃料電池， 氫-氧燃料電池根據(jù)電解質(zhì)性質(zhì)可分為酸性、堿性和熔鹽燃料電池。根據(jù)工作溫度的不同，分為低溫（298373K）、中溫（373773K）和高溫（7731273K）三種。2，有機(jī)物一氧燃料電池 ,3金屬一氧燃料電池 ， 目前正在研究的是Mg、A1、Zn等金屬與O2組成的燃料電池。金屬作燃料，絕對(duì)安全和便于使用。缺點(diǎn)是易發(fā)生自放電、價(jià)高。4再生式燃科電池，把一種產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物：，并重復(fù)使用而產(chǎn)生電能的稱為再生式燃料電池第四章 金屬的表面精飾1，答：(1)水化金屬離子由本體溶液向電極表面的液相傳質(zhì)；(2)電極表面溶液層中金屬離子水化數(shù)降低、水化層發(fā)生重排，使離子進(jìn)一步靠近電極表面(3)部分失水的離子直接吸附于電極表面的活化部位，并借助于電極實(shí)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移，形成吸附于電極表面的水化原子，(4)吸附于電極表面的水化原于失去剩余水化層，成為金屬原子進(jìn)入晶格。2，答：對(duì)于金屬絡(luò)離子的陰極還原過程，過去認(rèn)為是絡(luò)離子總先解離成簡單離子，然后簡單離子再在陰極上還原。 依據(jù)絡(luò)合物的知識(shí)和一些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，對(duì)于絡(luò)離子的陰極還原，一般認(rèn)為有以下幾種觀點(diǎn)：(1)絡(luò)離子可以在電極上直接放電，且在多數(shù)情況下放電的絡(luò)離子的配位數(shù)都比溶液中的主要存在形式要低。其原因可能是：具有較高配位數(shù)的絡(luò)離子比較穩(wěn)定，放電時(shí)需要較高活化能，而且它常帶較多負(fù)電荷，受到陰極電場(chǎng)的排斥力較大，不利于直接放電。同時(shí)，在同一絡(luò)合體系中，放電的絡(luò)離子可能隨配體濃度的變化而改變。(2)有的絡(luò)合體系，其放電物種的配體與主要絡(luò)合配體不同。(3) pK不穩(wěn)的數(shù)值與超電勢(shì)無直接聯(lián)系，般K不穩(wěn)較小的絡(luò)離子還原時(shí)較大的陰極極化。3，答：金屬共沉積的原理是：利用兩種或兩種以上金屬同時(shí)發(fā)生陰極還原共沉積形成合金鍍層。要使兩種金屬實(shí)現(xiàn)在陰極上共沉積，就必須使它們有相近的析出電勢(shì)，依據(jù)金屬共沉積的基本條件，只要選擇適當(dāng)?shù)慕饘匐x子濃度、電極材料(決定著超電勢(shì)的大小)和標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)就可使兩種離子同時(shí)析出。即對(duì)于析出電位相差較大的可以采取以下的措施：1，調(diào)節(jié)離子濃度2調(diào)節(jié)電流密度3加入絡(luò)合劑4加入添加劑4，答： 金屬離子還原繼而形成結(jié)晶層的電結(jié)晶過程一般包括了以下步驟： (1)溶液中的離子向電極表面的擴(kuò)散； (2)電子遷移反應(yīng)； (3)部分或完全失去溶劑化外殼，導(dǎo)致形成吸附原子； (4)光滑表面或異相其體上吸附原于經(jīng)表面擴(kuò)散，到缺陷或位鍺等有利位置； (5)電還原得到的其他金屬原子在這些位置聚集，形成新相的核，即核化； (6)還原的金屬原子結(jié)合到晶格中生長，即核化生長；(7)沉積物的結(jié)晶及形念特征的發(fā)展。5，答; (1)在金屬電沉積的電勢(shì)范圍內(nèi)，添加劑能在鍍件表面上發(fā)生吸附；(2)添加劑在鍍件表面的吸附對(duì)金屬電沉積過程有適當(dāng)?shù)淖杌饔茫?3)毒性小，不易揮發(fā)，在鍍液中不發(fā)生化學(xué)變化，其可能的分解產(chǎn)物對(duì)金屬沉積過程不產(chǎn)生有害的影響；(4)不過分降低氫在陰極析出的超電勢(shì)；(5)為了盡可能避免埋入鍍層，其在鍍件表面的脫附速度應(yīng)比新晶核生長速度要快；(6)添加劑的加入還不能對(duì)陽極過程造成不利的影響等。6，答; 1.鍍液的性能2.電鍍工藝條件的影響3.陽極7,答：電鍍生產(chǎn)中利用具有表面活性的添加利來控制和調(diào)節(jié)金屬電沉積過程，以達(dá)到改善鍍液的分散能力，獲得結(jié)晶細(xì)致、緊密的鍍層；改善微觀電流分布，以得到平整和光亮的鍍層表面；以及對(duì)鍍層物理性能的影響等。8，答：鍍前處理：是獲得良好鍍層的前提；機(jī)械加工是指用機(jī)械的方法，除去鍍件表面的毛刺、氧化物層和其他機(jī)械雜質(zhì)，使鍍件表面光潔平整，這樣可使鍍層與整體結(jié)合良好，防止毛刺的發(fā)生；酸洗的目的是為了除去鍍件表面氧化層或其他腐蝕物；除油的目的是消除基體表面上的油脂；電鍍：形成鍍層的工序；鍍后處理：鍍件經(jīng)電鍍后表面常吸附著鍍液，若不經(jīng)處理可能腐蝕鍍層。910，答：(1)金屬的陽極溶解，如FeFe2+ + 2e。 (2)陽極表面形成極薄的鈍化膜。 (3)陽極表面形成鈍化膜的同時(shí)，伴隨著膜的溶解，金屬以高價(jià)離子的形式轉(zhuǎn)入溶液中；同時(shí)，如果達(dá)到了氧的析出電勢(shì)，則陽極還要析出氧氣。11，答：陽極電泳涂裝是以被鍍金屬基底作為陽極，帶電的陰離子樹脂在電場(chǎng)作用下進(jìn)行定向移動(dòng)，從順在金屬表面實(shí)現(xiàn)電沉積的方法。 陰極電泳涂裝是以水溶性陽離子樹脂為成膜基料，以工件作為陰極，從而在金屬表向?qū)崿F(xiàn)電沉積的一種電鍍方法。與金屬電鍍不同的是，電泳漆溶液中待鍍的陰、陽離子是有機(jī)樹脂，而不是金屬離子。電泳涂裝以水為溶劑，價(jià)廉易得；有機(jī)溶劑含量少，減少了環(huán)境污染和火災(zāi)；得到的漆膜質(zhì)量好且厚度易控制沒有厚邊、流掛等弊病，同時(shí)涂料利用率高，易于自動(dòng)化生產(chǎn)。121314答：。在鋁及其合金的陽極化過程的所有影響因素中，起主導(dǎo)作用的是硫酸的濃度和工作溫度。當(dāng)陽極極化在較低的硫酸濃度和溫度下進(jìn)行時(shí)，可以得到較厚和較硬的膜層。若同時(shí)提高電流密度，則膜層硬度雖可進(jìn)一步得到提高，但膜層易產(chǎn)生缺陷，導(dǎo)致氧化物膜防護(hù)件能下降。當(dāng)電解液的濃度和溫度一定時(shí)，氧化膜的厚度取決于所用的電流密度和氧化時(shí)間，即氧化電量，所以常用通過電量來控制膜層的厚度。需要指出的是，為了改善膜層性能和擴(kuò)大工作溫度范圍，出現(xiàn)了改進(jìn)型硫酸陽極化的方法。這些方法所用的電解液大都以硫酸為主，但添加了某些無機(jī)鹽或有機(jī)鹽。如在2025的硫酸介質(zhì)中添加了1520的甘油，可以得到韌性較好的軟膜層；加入硫酸銨、乙酸等亦有同樣的效果。添加能使溶解能力降低的某些有機(jī)二元羧酸(如草酸)，可得到較厚的和較硬的氧化物膜：同時(shí)由于添加劑的加入，電解液容許的工作溫度亦有所提高。第五章 無機(jī)物的電解工業(yè)1，答：可提供極強(qiáng)的氧化、還原能力，并能通過改變電化學(xué)因素，如電流密度、電極電勢(shì)、電催化活性及選擇性等較為方便地控制、調(diào)節(jié)反應(yīng)的方向、限度及速率，因而成為很多無機(jī)產(chǎn)品主要的或不可取代的生產(chǎn)方法，如氯、氟、燒堿、氯酸鹽、高活性的二氧化錳等。一是通過發(fā)生在電極表面的電化學(xué)反應(yīng)直接生成產(chǎn)物；二是首先在電極表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，然后通過次級(jí)反應(yīng)，包括溶解、離解、均相化學(xué)反應(yīng)形成欲制取的產(chǎn)物。2，答：電流效率I是制取一定量物質(zhì)所必需的理論消耗電量Q與實(shí)際消耗點(diǎn)電量Qr之比值： 式中，Q可按法拉第定律計(jì)算: 式中，m為所得物質(zhì)的質(zhì)量，M為所得物質(zhì)的摩爾質(zhì)量，z為電極反應(yīng)式中的電子計(jì)量數(shù),F為法拉第常數(shù)。實(shí)際消耗電量可通過下式計(jì)算： 式中，為電流強(qiáng)度，為通電時(shí)間。電能效率是為獲得一定量產(chǎn)品，根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算所需的理論能耗與實(shí)際能耗之比。電能W等于電壓V和電量Q的乘積，即： 理論能耗為理論分解電壓量和理論電量Q的乘積，即： 實(shí)際能耗Wr為實(shí)際槽電壓V與實(shí)際消耗電量Qr的乘積： 由以上兩式可得：Wr(zFVI)(mM) E(WWr)100(EeQ/VQr)(Ee/V)IVI 式中VEe/V，稱為電壓效率。3，答：槽電壓由理論分解電壓Ee、超電勢(shì)、溶液電阻引起的電位降和電解槽的各種歐姆損失IR，計(jì)算槽電壓的一般公式為： 4，答：5，答： 隔膜糟電解法中的隔膜結(jié)構(gòu)可以防止OH-進(jìn)入陽極室，減少副反應(yīng)，同時(shí)減小電阻率、阻止兩極的電解產(chǎn)物混合，但離子可以通過，食鹽水從陽極室注入并以一定流速通過隔膜進(jìn)入陰極室，以控制OH-進(jìn)入陽極室。其不足主要表現(xiàn)在：(1)所得堿液稀，約10左右，需濃縮至50才就出售；(2)堿液含雜質(zhì)Cl-，經(jīng)濃縮后約至1左右；(3)電解槽電阻高，電流密度低，約0.2Acm-2；(4)石棉隔膜壽命短，常只有幾個(gè)月至一年左右，因此常需更換。汞電解槽的主要優(yōu)點(diǎn)是所得堿液的濃度高，接近50，可直接作為商品出售，而且純度高，幾乎不含Cl-。其直流電能消耗雖高，但它不需要蒸發(fā)濃縮堿液的后處理操作。從生產(chǎn)能力上看，汞槽的優(yōu)越性是所用電流密度大，而且可大幅度地變化，可避開城市用電高峰，隨時(shí)調(diào)整電流密度。汞槽的主要缺點(diǎn)是有汞毒污染環(huán)境，必須嚴(yán)格控制排放污水中汞的含量，按時(shí)檢查操作工人健康狀況，加強(qiáng)勞動(dòng)保護(hù)措施。此外汞的價(jià)格貴，投資大。離子膜槽的優(yōu)點(diǎn)是沒有汞和石棉的公害；所得NaOH不含C1-1，很純，其濃度可達(dá)1040，故蒸發(fā)濃縮的后處理費(fèi)用要少得多；電流