电化学期末复习题PPT课件.ppt

一 考察一个总电极反应O ne R 它包含一系列影响溶液中溶解的氧化物O转换为还原态形式R的步骤 如下图 请简单描述电流 或电极反应速率 是那些系列过程的速率所决定的 原题 问答题 1 第 一 题答案 书本17页 1 物质传递 例如O从本体溶液到电极表面 2 电极表面上的电子传递 3 电子传递的前置或后续化学反应 可以是均相 也可以是异相 4 其他的表面反应 如吸附 脱附或结晶其中电子传递是法拉第电流 其他为非法拉第电流当得到一个稳态电流时 所有的反应步骤的速度相同 每一个电流密度值j都是由一定的过电势 所驱动 该电势可看作一下过电势值的总和 mt 物质传递过电势 ct 电荷传递过电势 rxn 与前置反应相关的过电势等 2 Bulter Volmer电极动力学公式 电极传递系数和对称系数的物理意义 平衡状态下的Bulter Volmer公式形式 如何判断和计算 3 第 二 题答案 书本3 2 3 3 3 4节 Tafel公式 对整个反应有 其中ic为阴极电流 ia为阳极电流 平衡状态下 E E kfCo kbCR 以下推出为Butler Volmer公式最通用的形式 细节 k0为标准速率常数 可以简单理解为氧化还原电对对动力学难易程度的度量传递系数a 是能垒的对称性的度量 如果是交叉对称 a 1 2 4 第 二 题答案 书本3 2 3 3 3 4节 1 平衡条件以及交换电流 净电流为零 正逆反应平衡因为平衡态 O和R平衡 a为0 5最后推出 这是交换电流的一般形式 这是电流 过电势最一般的公式 对于较大的正过电势 阴极部分可忽略 反之亦然 对于极端的n值电流趋于稳定 由物质传递过程决定 5 第 二 题答案 i h的近似公式 1 没有物质传递影响的情况 没有净电流 i小于极限电流ic或ia时 Co 0 t Co 和CR 0 t CR 均在0 9 1 1左右 2 在小h值时的线性特征 ex 1 x 3 在大h值时的线性特征 Ps 当电极动力学较为缓慢时需要较大活化动力学符合Tafel公式 4 Tafel公式 阳极 左边 斜率阴极 右边 斜率均见图 可以求出lgi0和a 6 第 二 题答案 i h的近似公式 5 非常快的动力学和可逆行为 i0比i大得多 因此i i0约等于0 变换后得出 此时已经没有动力学参数 7 电势阶跃法广泛的应用于电化学的研究 其中Cottrell方程经常用到 边界条件 如何计算粗糙度 Cottrell方程如下 如何应用 8 第 三 题答案 书上5 2节 电势阶跃法 计时电流法 1 边界条件 2 求解过程 电势控制 求得n A D0 C0 3 计算粗糙度 r Am Ag Am为微观面积 Ag为几何面积 求出id t t 1 2的关系 然后求出Am微观面积 注意0 001 10s之后 扩散层为几到几百微米之间 这是可以用几何面积 9 电化学研究中 对于新的研究体系 首先会用到循环伏安法 边界条件 可逆条件下的峰电位的计算公式 扩散控制下的峰电流与扫速的关系 在不知道A Do Co的条件下 如何利用公式求得n 对于Nernst可逆体系 其峰电流的公式如下 如何应用 10 第 四 题答案 书上6 2节 电势扫描法 计时电流法 边界条件见计时电流法 1 峰电流公式为 2 可逆波 Ep与扫速无关 ip则正比于v1 2 在LSV中 ip v1 2Co 电流函数 取决于n和Do 3 电容电流 ic ACdv即ic与v呈正比 而ip与v1 2呈正比 因此高v和第Co 下对ip影响最大 4 Ru的存在 使Ep发生偏移 扫速越大 Ep偏移越大 11 电话学阻抗谱 ElectrochemicalImpedanceSpectroscopy 常常用于电化学体系的阻抗和电子转移研究 等效电路是常用的分析方法 下面图一是等效电路的阻抗面图 为什么要采用傅里叶变换作图 为什么要使用小的振幅进行实验 等效电路如何 如何在阻抗面图区分动力学区和物质扩散区 如何判断和分析 12 第 五 题答案 书上10 1和10 4节 交流阻抗法 1 电阻与电容的阻抗表示 电阻图像 电容图像 总电压的组成 总阻抗组成 相角组成 13 第 五 题答案 书上10 1和10 4节 等效电路 Ri为溶液欧姆电阻Zf为法拉第阻抗 可以分为Rs Cs或者Rct Zw Warburg阻抗 总阻抗表示 低频极限 在此仅依赖于warburg阻抗 ZIm与ZRe为一条直线 14 第 五 题答案 书上10 1和10 4节 等效电路 高频极限 相对于Rct Warburg阻抗变得不重要 w无限大时仅为电容阻抗 真实体系 表示电荷转移电阻Rct和Warburg的关系 15 1 画出SWV的波形和测量程序 2 解释SWV和线性电势扫描伏安法相比 为何具有较高的灵敏度 原题 脉冲方法为何比较灵敏 16 第 六 题答案 书上7 3 5节 1 方波伏安的波形和测量程式 2 为什么会灵敏 在5倍tp下取值 然后通过两次相减对背景电流 充电电流 进行有效的抑制 同时由于进行了反向脉冲产生的阳极电流 增大了 i的数值另外有更大的扫描时间 因此能够在许多复杂的体系里面使用 17 1 请解释超微电极为何电流曲线和平面电极 例如2 0mm直径的电极 有何区别 2 举例说明超微电极在电化学领域有何应用 没有考 18 第 七 题答案 6 2节和5 9节 1 超微电极的循环伏安曲线 能在低扫速下有稳态曲线 与扫描速度无关 短时间为Cottrel方程 长时间为稳态电流 2 a 由于超微电极RuCd电解池常数很小 可以进行快速的测定 b 超微电极上的电流非常小 可以测定低电导介质 c 超微电极阵列 基于空间分辨 d 作为SECM的探针 对小体积的生物活性体进行检测 19 控制电流技术经常用于电池充放电的研究 H J S Sand首先推出理论计时电势的变化 即Sand方程 没有考 充放电和超级电容器如何应用该公式 20 第 八 题答案 8 2节 1 由于ip1 2 Co 为常数 成正比关系 2 由于达到电极的O流量不足以满足施加的电流 电势能会过渡到另一个电势 3 评价电容的好坏 I 恒电流 t ECd充电越快越好 放电越慢越好 21 书上参考答案 1 题 电极反应速率 1 3 2 1 3 3节 特别是1 3 3节 2 题 bulter volmer 3 3 3 4节 特别是公式使用的各种条件 3 题 cottrell方程 5 2节 利用公式物理量求解 具体另外要查文献了 4 题 循环伏安峰电流 6 2节全部 利用公式物理量求解 5 题 电化学阻抗 10 1 10 2 10 3 10 4三节全部都要读完 6 题 SWV 7 3 5全部 最好7