電化學(xué)的作業(yè)答案

本文格式為Word版，下載可任意編輯——電化學(xué)的作業(yè)答案2023年應(yīng)用電化學(xué)習(xí)題參考答案

Chapter1

1、為什么不能用普通電壓表測(cè)量電動(dòng)勢(shì)？應(yīng)當(dāng)怎樣測(cè)量？

（1）電動(dòng)勢(shì)的概念:電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)簡(jiǎn)單確切測(cè)量但含義繁雜的參數(shù)。其定義為：在電池中沒(méi)有電流通過(guò)時(shí)，自發(fā)電池兩個(gè)終端相之間的電位差。它是斷路狀況下原電池兩極間的電位差，等于組成電池的各個(gè)相界面的代數(shù)和。

（2）不能用普通電壓表測(cè)量電動(dòng)勢(shì)。由于電動(dòng)勢(shì)=內(nèi)部電壓+輸出電壓，而普通電壓表測(cè)定的電壓為電池的輸出電壓（端電壓）。

（3）電動(dòng)勢(shì)測(cè)量具體方法好多。常用電位差計(jì)來(lái)測(cè)量，電位差計(jì)利用補(bǔ)償法和比較法實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)勢(shì)的測(cè)量。

2、試總結(jié)比較以下概念：平衡電位，標(biāo)準(zhǔn)電位，穩(wěn)定電位，極化電位，過(guò)電位平衡電位：處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)的電極體系的電極電位。由于氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)速度相等，電荷交換和物質(zhì)交換都處于動(dòng)態(tài)平衡之中，因而凈反應(yīng)速度為零，電極上沒(méi)有電流通過(guò)，即外電流等于零。這時(shí)的電極電位就是平衡電位。穩(wěn)定電位：熱力學(xué)非平衡電極體系在電荷交換達(dá)到平衡時(shí)的電極電位，數(shù)值不隨時(shí)間而發(fā)生改變。但此時(shí)可能物質(zhì)交換不平衡，如共軛體系。

標(biāo)準(zhǔn)電位：25℃電極體系各組分均處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的電極電位。

極化電位：有電流通過(guò)時(shí)電極體系的實(shí)際電極電位，由于有極化發(fā)生，所以又稱極化電位。過(guò)電位：某一電流密度下極化電極電位與該電極的平衡電極電位之間的差值稱為過(guò)電位。3、25℃鋅從ZnSO4（1mol/L）溶液中電解沉積的速度為0.03A/cm2時(shí)，陰極電位為-1.013V。已知電極過(guò)程的控制步驟是電子轉(zhuǎn)移步驟，傳遞系數(shù)為α=0.45以及1mol/LZnSO4溶液的平均活度系數(shù)γ=0.044。試問(wèn)25℃時(shí)該電極反應(yīng)的交換電流密度是多少？解：電極反應(yīng)：Zn2++2e→Zn

在1mol/LZnSO4溶液中，αZn2+=γ±CZn2+=0.044;φ0=-0.763V；φ平=φ0+2.3RT㏒αZn2+2F=-0.763+0.0591㏒0.0442=-0.803V

已知φ=-1.013V；α=0.45；I=0.03A/㎝2

η=（φ平-φ）=-2.3RT㏒I0+2.3RT㏒I

αnFαnF=-0.803-(-1.013)=0.21v

㏒0=αnFηII

2.3RT0.45×2×0.210.0591㏒0=

0.03I所以：I0=1.9×10-5A/㎝2

4、在0.1mol/LZnCl2溶液中電解還原鋅離子時(shí)，陰極過(guò)程為濃差極化。已知鋅離子的擴(kuò)散系數(shù)為1×10-5cm2/s，擴(kuò)散層有效厚度為1.2×10-2cm。試求：

（1）20℃時(shí)陰極的極限擴(kuò)散電流密度。

（2）20℃時(shí)測(cè)得陰極過(guò)電位為0.029V，相應(yīng)的陰極電流密度應(yīng)為多少？

解：電極反應(yīng)：Zn2++2e→Zn

（1）穩(wěn)態(tài)濃差極化時(shí)，極限擴(kuò)散電流密度為

jd=nFDc0/δ

已知：n=2；c0=0.1mol/L=0.1×10-3mol/㎝3；δ=1.2×10-2㎝；D=1×10-5㎝2/s。所以jd=2×96500×1×10-5×0.1×10-3/1.2×10-2=0.016A/㎝2

（2）由于是濃差極化，因此陰極過(guò)電位就是濃差極化過(guò)電位，陰極電流即為擴(kuò)散電流。

η濃差=-2.3RT㏒(1-j/jd)/2F㏒(1-j/jd)=-2Fη濃差/2.3RT=-2×0.029/0.0581=-11-j/jd=0.1j=0.9jd=0.9×0.016=0.0144A/cm25、試比較電化學(xué)極化與濃度極化的異同？

極化是電流通過(guò)電極時(shí)，電極電勢(shì)偏離平衡電極電勢(shì)的現(xiàn)象。

濃差極化：在電化學(xué)過(guò)程中，由于有電極反應(yīng)發(fā)生，造成電極附近溶液的濃度和本體溶液（指離開(kāi)電極較遠(yuǎn)、濃度均勻的溶液）濃度發(fā)生了區(qū)別所致。或者說(shuō)濃度極化是由于電解質(zhì)溶液中物質(zhì)傳遞速率慢引起。

電化學(xué)極化——在電解過(guò)程中，由于電極表面上電子交換過(guò)程（電荷傳遞或電化學(xué)反應(yīng)）進(jìn)行緩慢而引起的電極電勢(shì)偏離平衡電極電勢(shì)的現(xiàn)象。濃度極化和電化學(xué)極化的特點(diǎn)：見(jiàn)講義

6、試述交換電流密度的意義和影響因素。（1）交換電流密度定義

在平衡電位下，電極過(guò)程正反應(yīng)和逆反應(yīng)（或氧化和還原反應(yīng)）的速率相等，正反應(yīng)）或逆反應(yīng)）的速率即為交換電流密度。E=Ee

???????CnF???AnF?Io?nFkocRexp?Ee???nFkocOexp?Ee?

?RT??RT?（2）交換電流密度的意義

Exchangecurrentdensityisaveryusefulparameterinthedescriptionofthekineticsofelectrodereactionsbutisprimarilyameasureoftheamountofelectron-transferactivityintheequilibriumsituation.Ahighvalueindicatesthatmuchsimultaneousoxidationandreductionistakingplaceandisindicativeofaninherentlyfastreaction.Asmallvaluesuggeststhatonlyasmallamountofelectron-transferoccursattheequilibriumpotentialandisasymptomofaslowelectrodereaction.

（3）交換電流密度的影響因素

a)rateconstants

b)electrodematerialsc)concentration

Chapter2

1、產(chǎn)率和收率有和區(qū)別？如何提高反應(yīng)的產(chǎn)率？

Yield=molesofreactantconvertedtoproduct/molesofreactantconsumed

Recovery＝molesofproduct/initialmolesofreactant

產(chǎn)率是實(shí)際產(chǎn)量與理論產(chǎn)量的比值，反映了反應(yīng)的選擇性。收率是實(shí)際產(chǎn)量與反應(yīng)物質(zhì)量比值，受反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率的影響。

提高產(chǎn)率的關(guān)鍵是抑制副反應(yīng)，提高反應(yīng)的選擇性。同時(shí)要提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。2、從電化學(xué)一般原理論述如何降低電解過(guò)程的電耗。

電解時(shí)電能消耗為：

W=

Vcellk?

據(jù)此進(jìn)行論述。關(guān)鍵是提高電流效率和降低槽電壓。3、準(zhǔn)數(shù)和準(zhǔn)數(shù)方程有何用處？舉例說(shuō)明。（1）什么是準(zhǔn)數(shù)。（2）什么是準(zhǔn)數(shù)方程。（3）準(zhǔn)數(shù)方程作用。結(jié)合實(shí)例說(shuō)明4、試述電解槽設(shè)計(jì)的基本原則。

1)

2)3)4)5)

Simplicity

OperationalconvenienceandreliabilityIntegrationandversatility

ReactionengineeringparametersRunningcosts

5、請(qǐng)用中文歸納和總結(jié)“電流分布和電位分布〞這一節(jié)所陳述的內(nèi)容。略

Chapter3

1、提高氯堿生產(chǎn)中“氯氧差〞可以采取哪些措施？并通過(guò)計(jì)算說(shuō)明pH的影響。

a)提高電極材料的電催化選擇性，即電極對(duì)析氯反應(yīng)催化活性高，而析氧反應(yīng)催化活性低。

b)降低pH值，氧的電極電位增加(e.g.pH=4,E=0.99V)。（計(jì)算說(shuō)明）c)增加Cl-的濃度來(lái)降低Ee2。

O2Cl2dE??dE?d)增加電流密度I↑，∵??????∴E增加的比E快。

?dI?Cl2?dI?O2Cl2、氯堿生產(chǎn)中電能的消耗占生產(chǎn)費(fèi)用的30%，以隔膜槽為例簡(jiǎn)述降低能耗的主要措施。

要點(diǎn)：

（1）總能耗包括電能消耗和熱能消耗（蒸發(fā)耗能）。電解時(shí)電能消耗為：

W=

Vcellk?

氯堿生產(chǎn)理論耗電量k一定，節(jié)能關(guān)鍵是提高電流效率和降低槽電壓。（2）槽電壓

CVCELL?EeA?Ee??A??C?iRsolution?iRmembrane?iRother

降低槽電壓的措施：

A減小理論分解電壓E

a)TheconcentrationofsaltinanodicregionCNaCl↑,EeA↓,E↓b)Temperature

CT↑,EeA↓↓,Ee↓,E↓

c)Theconcentrationofcausticsodium

CCNaOH↑,Ee↓,E↑

B降低極化

Anodegraphite?A≈1.0V,DSA?A（1）熔鹽電解和水溶液電解比較一致點(diǎn)：電解不同點(diǎn)：電解質(zhì)不同（2）特點(diǎn)：

熔鹽與水溶液兩種電解質(zhì)的特性

電化學(xué)過(guò)程特點(diǎn)：熔鹽電解電化學(xué)極化?。喝埯}中的電極過(guò)程由于在高溫小進(jìn)行。電子轉(zhuǎn)移步驟比水溶液中的電解過(guò)程高的多；濃度極化也很?。焊邷叵码x子移動(dòng)速度快；不存在結(jié)晶過(guò)電位：假使陰極過(guò)程是金屬還原，由于高溫熔鹽電解時(shí)尋常生成液態(tài)金屬；簡(jiǎn)單發(fā)生副反應(yīng)：高溫下，熔鹽化學(xué)性質(zhì)活潑；高溫下電解質(zhì)對(duì)電極材料有腐蝕破壞作用。2.簡(jiǎn)述金屬電解提取與電解精煉的原理。

（1）兩種過(guò)程的電化學(xué)原理：電解過(guò)程（電極、反應(yīng)）（2）電解精煉原理（分開(kāi)）

3.生產(chǎn)1噸鋁的能耗是生產(chǎn)1噸鋼的24倍，降低能耗對(duì)鋁生產(chǎn)具有重要意義。請(qǐng)根據(jù)所

學(xué)知識(shí)提出降低能耗的方法和措施。

答：能耗包括電耗和熱能消耗。從電化學(xué)角度分析，電耗為W=

Vcellk?

即降低電耗主要要從降低槽電壓和提高電流效率兩方面考慮。

鋁電極陰極電流效率φ一般在85~95%。提高電流效率的主要思路是減少副反應(yīng)，盡量降低鋁在融鹽中的溶損。

鋁電解電壓效率φV很低（30%左右），降低槽電壓主要是要提高電壓效率?？梢詮牟垭妷旱臉?gòu)成來(lái)分析減少槽電壓的方法。主要為：減少陽(yáng)極極化（材料、電極結(jié)構(gòu)與制作等）、減少電極上的歐姆壓降（材料）、降低電解質(zhì)的歐姆壓降（但受熱平衡的限制）。根本的措施是提出新的生產(chǎn)工藝（主要是改變電解質(zhì)），設(shè)法降低電解質(zhì)的熔點(diǎn)和電導(dǎo)率，從而降低電解溫度。

4.Ingeneral,thecoppersaltsareaddedintothesolutionintheindustrialcementationofCd,Co,NiwithZnpowdertoimprovepurificationprocess.Why?

(1)參與Cu鹽后，可以使Zn粉末置換出Cu，覆蓋在Cd、Co、Ni表面形成Cu-Zn微電池，產(chǎn)生一定電動(dòng)勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)促進(jìn)Zn粉置換的速度，使金屬離子發(fā)生還原反應(yīng)的速率加快。

(2)隨著Zn粉置換出Cd、Co、Ni，溶液濃度下降，參與Cu鹽充當(dāng)電解質(zhì)的作用，提高

電解的程度。

(3)參與銅鹽后，Zn粉置換出Cu，Cu單質(zhì)在Cd、Co、Ni表面形成一層均勻、致密的膜。

(4)另一方面在金屬電極的表面可能發(fā)生析氫反應(yīng)，由于Cu的電極電位高于氫的電極電位，所以減少了析氫反應(yīng)的發(fā)生。

4.將ppt中鋁電解“Overallprocess〞部分譯成中文。要求確鑿、通順。略

Chapter5

1.簡(jiǎn)述電鍍、陽(yáng)極氧化和電泳涂裝的原理和特點(diǎn)。

電鍍、陽(yáng)極氧化和電泳涂裝都是通過(guò)電解來(lái)對(duì)金屬表面進(jìn)行精飾的技術(shù)。三種方法的電解原理（略）

電鍍：以待鍍零件為陰極，通過(guò)電解，金屬陽(yáng)極離子在陰極上還原沉積，從而在金屬表面得到金屬層。

陽(yáng)極氧化：待飾金屬作陽(yáng)極，通過(guò)電解，陽(yáng)極發(fā)生氧化，表面形成一層氧化膜。電泳涂裝：通過(guò)電解，電泳涂料在金屬表面沉積形成聚合物層。2.電鍍槽分散能力受哪些因素影響？如何改善電鍍槽的分散能力？

（1）什么是分散能力

（2）電鍍槽分散能力的影響因素（略）。

（3）改善方法：(1)添加支持電解質(zhì)來(lái)增加電導(dǎo)率。

(2)添加無(wú)機(jī)金屬鹽或有機(jī)混合物來(lái)增加陰極極化。(3)改變金屬離子在溶液中的狀態(tài)，e.g.混合離子。(4)改變幾何因素，e.g.輔助陽(yáng)極。3.在電鍍銅時(shí)反應(yīng)為

Cu2++2H2CO+4OH+Cu+H2+2H2O+2HCO2-

假設(shè)Cu2+的轉(zhuǎn)化率為25%，電鍍液的體積為1升，各物質(zhì)濃度分別為CuSO40.05M,NaOH0.25M，甲醛(H2CO)0.33M。計(jì)算銅離子和甲醛的濃度及放出H2體積。解：Cu2+濃度為CCu2+=0.05×（1-25%）=0.0375mol/L參與反應(yīng)Cu2+量n=（0.05-0.0375）×1=0.0125mol

設(shè)消耗甲醛物質(zhì)的量為x，由反應(yīng)計(jì)量比Cu2+2H2CO可知1×x=2×0.0125所以得x=0.025mol

剩余甲醛濃度為CH2CO=0.33-0.025/1=0.305mol/L

設(shè)放出H2物質(zhì)量為y,由Cu2+H2，y×1=1×0.0125,則標(biāo)況下H2氣體VH2=22.4×0.0125=0.28L

4.請(qǐng)將5.4.2小節(jié)（Theplatingbath）ppt內(nèi)容翻譯成中文。略5.請(qǐng)簡(jiǎn)述溶液中結(jié)晶和電結(jié)晶的異同。略

Chapter6

1.動(dòng)力電池即需要能量密度高，又需要功率密度高。試用所學(xué)電化學(xué)知識(shí)談?wù)勅绾卧O(shè)計(jì)高

性能動(dòng)力電池？略

2.簡(jiǎn)述鋅錳電池、鎳鎘電池、鉛酸電池、鋰離子電池和鎳氫電池工作原理、特點(diǎn)和用途

答：鋰離子電池工作原理：

以LiCoO2為正極材料,石墨為負(fù)極材料的鋰離子電池,充放電反應(yīng)式為：LiCoO2+6C

Li1-xCoO2+LixC6

鋰離子電池的特性：(1)體積及質(zhì)量的能量密度高;(2)單電池的輸出電壓高,為4.2V;(3)自放電率小;

(4)在60℃左右的高溫下也可以使用;(5)不含有毒物質(zhì)等。

鋰離子電池在便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車(chē)、空間技術(shù)、國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域展示了良好的應(yīng)用前景。鎳氫電池工作原理:

(-)MHx∣KOH∣NiOOH(+)正極反應(yīng)：

NiOOH+H2O+eNi(OH)2+OH-負(fù)極反應(yīng)：

1/xMHx+OH-