电极过程动力学测试题2.pdf

1 物理学院 能源学院 2011 新能源本科班 电极过程动力学测试题 2 任课老师 徐艳辉 学生姓名 学号 常数 F 96500C mol R 8 314J mol K T 300K 填空题每空 2 分 1 解释什么叫暂态极化 2 分 什么叫稳态极化 2 分 二者的特征是什么 2 分 引起暂态过程的因素可能有哪些 2 分 2 名词解释 恒电流阶跃 2 分 恒电位阶跃 2 分 3 暂态电化学测试技术中 反应前液相中浓度到处相同 称为初始浓度 反应中本体浓度 不变 这两个条件的数学表示是什么 4 分 4 电极体系的制备与设计中需要注意哪些 10 分 5 与平面电极相比 微电极的优势是什么 缺点是什么 5 分 6 为什么暂态方法测量电化学步骤的电极反应动力学参数时也存在测量的上限 这个上 限是什么因素限制的 2 分 7 什么叫特性吸附 研究特性吸附的意义是什么 4 分 2 8 电化学反应的主要特点是什么 4 分 9 一般 在电化学研究中为什么要采用三电极体系 3 分 10 三电极体系 对控制电源的要求是什么 对参比电极的要求是什么 4 11 什么叫极化 过电位如何定义 极化曲线定义 极化率的定义 8 分 12 填表 8 分 原电池 电解池 按照电极反应 按照电流方向 反应类型 氧化反应 还原反应 氧化反应 还原反应 13 用反应方程描述下面两个过程 1 表面吸附的水分子离开电极表面进入溶液 2 电极表面的锂离子扩散到电极内部 13 位于 OHP 位置的水化离子受到很多作用 列举出其中三个 3 分 14 填空 固体电极 溶液之间界面图像示意图 画出紧密层与分散层电位降 其中 紧密层电位降满 足 关系 分散层电位降满足 关系 填指数的 对数的 线性的或者没有 3 明确的等等 横坐标代表 红色区域内总电荷是 正的 负 的 还是零 电解质浓度越大 表面剩余电荷量越大 分散层的贡献就越大 这句话 选正确或者不正确 决定电化学反应电子交换速度的是哪部分电位降 答 是 决定电化学反应速度的反应粒子的浓度 原则上应当用哪个位置的浓度 我们在推导公式时 使用的表面浓度指的是哪个位置的浓度 答 GCS 模型中 总电容与紧密层电容 分散层电容的关系式是 15 填空 微分电容的定义公式为 积分电容的定义公式为 二者 的差别是 16 填空 根据红色的电压 电量曲线 D E F 三点对应的微分电容 Cd Ce Cf的相对关系 为 16 填空 这个图称为 最高点对应的电位称为 当电极表面带正电荷 时 测量的微分电容常常大于由 Lippman 方程推导的数值 一般认为存在两个可能的原因 即 和 17 Langmuir吸附的几个假设 是 和 和 18 对于反应 O e R 平衡电极电位下 阳极反应的绝对反应速度为 阴极反应的绝对反应速度为 阴 阳极绝对反应速度 D E F 4 之间的关系为 19 对于交换电流这个电化学反应中的参数 使用时存在一定的局限性 即 20 理想极化电极的含义是 理 想不极化电极的含义是 21 假设多步连续串联电化学反应中 控制步骤的正向绝对反应速度是 v1 整个反应的净 反应速度为 v2 那么 v1 和 v2 的关系是 为什么 其中某另外 分步反应可能达到的最大的正向绝对反应速度为 v3 净反应速度为 v4 v3 和 v1 的关系 是 v3 和 v2 的关系是 v4 和 v1 的关系是 v4 和 v2 的关系是 22 在固体电极 电解液界面 固体电极表面带负电 存在正离子特性吸附 假设界面满足 GCS 模型 画出界面电势变化特征图 并加以必要的文字说明 画图时以溶液本体本体电位 为参考点 5 分 23 PZC 的含义 意义与测量方法 6 分 24 液相传质动力学研究的意义 4 分 25 电池两电极的导线采用不同的导电材料 会不会影响电池电动势的测量 为什么 2 分 26 公式推导 对于一个反应RneO 该反应受液相传质过程控制 满足 Nernst 关系 s R s O s R s O c c nF RT nF RT lnln 0 0 平平 0 0 0 0 lnln R O s R s O c c nF RT nF RT 平平平 请推导浓差极化过电位一般的形式 4 分 5 27 指出紧密层 分散层 扩散层 流体动力学边界层四个概念的不同 8 分 28 下表对比了浓差极化与电化学极化 请填表 6 29 画出电流阶跃法中界面液相反应物质浓度随时间的变化示意图 指出界面 x 0 位置浓度 梯度的特征 30 计算题 对于反应 O ne R R 是独立相 假设使用平板电极 那么在电位阶跃暂态技术中 出现浓 差极化的扩散层总厚度为Dt4 扩散层有效厚度Dt x c c x 0 0 有效 当时间无穷 大时 存在 0 xc 这个公式的意义是什么 2 分 假设电位阶跃后 电极表面浓度 立即降到 0 此时的响应电流为 t D nFctI 0 根据这个公式 可以推导在时间趋近 0 时 电流趋向无穷大 这种观点对不对 为什么 2 分 电位阶跃法中 假设电位阶跃后 6 电极表面浓度立即降到 0 假设本体浓度为 0 001mol cm3 n 1 D E 5cm2 s 当 t E 5 秒时 暂 态电流多大 2 分 当暂态电流为 0 1A cm2时 需要多长时间 2 分 D E 5cm2 s 电 位阶跃法中 有效扩散层厚度达到 0 01cm 时需要多长时间 2 分 31 计算题 采用微电极进行电化学实验 采用电位阶跃方法时 暂态极限电流响应满足 Dtr nFDc r c nFDtI rr d 11 0 0 0 当时间很长时 上式的简化形式是什么 2 分 意义是什么 2 分 电位阶跃方法中 对 于球电极 假设球半径 1 微米 D 2E 5cm2 s 本体浓度为 0 001mol cm3 那么 时间无穷长 后的稳态极限电流多大 2 分 暂态电流成分降至稳态电流成分的 1 需要多长时间 2 分 32 计算题 4 分 某纯粹电化学极化控制的反应 反应电阻为 100 cm2 双电层电容为 20 F cm2 当施加 0 1mA cm2的电流阶跃后 计算过电位达到 5mV 和 15mV 所需的时间 假设电化学反应电阻 与界面电容是串联的关系 满足方程 d s C t RIE 33 O e R c0 0 001M s 0 02cm2 D E 5cm2 s 恒电位阶跃测试中 计算平面电极上不同瞬 间的极限扩散电流 0 1 5 10 秒和无穷大时间 4 分 如果使用球状电极 结果会如何 假设球电极半径为 1 微米 2 分 如果球状电极半径是 10 微米 结果又会如何 2 分 7 34 有效扩散层厚度为 0 1mm 估算 1M NH4Cl 中 0 001M 的二价金属离子在 0 2cm2的电极 上析出时的极限扩散电流密度 3 分 35 Hg 电极上 氢气析出反应的实验结果为 0 79V 时电流密度 10E 6A cm2 0 96V 时为 330 E 6A cm2 反应满足 Tafel 关系 计算传递系数与交换电流 8 分 36 已知反应 O 3e R 不是基元反应 它由两个基元反应组成 即 O e R1 R1 2e R 前者的平衡电位为0V 后者的平衡电位为1V 请画出O 3e R反应的循环伏安曲线示意图 并作出必要的标记 8 分 37 指出电流阶跃暂态测试技术中 过渡时间的含义 2 分 对于平板电极 在电流阶跃 法中 假设 D E 10cm2 s 阶跃电流为 0 02A cm2 本体浓度为 0 5M 计算过渡时间 2 分 假设 D E 5cm2 s 阶跃电流为 0 01A cm2 本体浓度为 0 001mol cm3 计算过渡时间 2 分 已知过