06级应用电化学复习题

06级应化、化工专业应用电化学复习一. 基本理论1.电化学是研究 电子导体 和 离子导体 形成的 带电界面现象 及其变化的科学。2. 分别解释电化学极化和浓差极化答：在电极反应的一系列步骤中，由电荷传递步骤控制整个电极过程的速度，称为电化学极化。 由于反应物和生成物的液相传质步骤受阻，出现浓度梯度引起的极化，称浓差极化。3.浓差极化是由于 扩散速度慢，而造成电极表面 溶液与 本体 溶液 浓度 差别所引起的极化。4. 稳定电位S- 不可逆电极， J=0，电荷转移达到平衡，物质转移不平衡，此稳态下的电极电位。如硫酸铜溶液中的铁电极，氯化锌（酸性）溶液中的锌，即腐蚀电位。5.析出电位 ： 电镀时，电压越高，则阴极电位越负。阴极电位负移到一定值时，才开始有金属析出。刚开始析出金属时的阴极电位称析出电位。析出电位与所镀金属性质和镀液有关。金属析出电位正移越多，镀液的深镀能力越好。6. 活化与钝化：测定电位时间曲线时，若电极电位偏离平衡电位向负方向变化，则电极趋向于活化。若电极电位偏离平衡电位向正方向变化，则电极趋向于钝化。7.电极的极化：极化是电流通过电极时，电极电位偏离平衡电位的现象. 8.交换电流密度J0越小，溶液中金属离子在阴极表面放电越困难，阴极极化越大。二. 金属腐蚀与防护1. 腐蚀电池由 阴极 、阳极 、电解质溶液 和 连接阴极和阳极的电子导体 构成。2. 缝隙腐蚀、沉积物腐蚀、 水线 腐蚀和因土质差异发生的管道腐蚀都是由 氧浓差 电池引起。3. 根据Fe-H2O体系E-p H 图，将介质的p H值调整到9-13 ，可防止铁腐蚀。4.什么叫腐蚀微电池？现有一含铜杂质的锌片，请叙述它在酸性溶液中的腐蚀原理。答：腐蚀微电池：由于金属的电势与所含杂质的电势不同，构成以金属和杂质为电极的微小短路电池，引起金属的腐蚀。在酸性溶液中，H+在微阴极铜杂质获得电子： 2 H+2e-=H2 ,产生氢气，促使铜杂质附近的锌失去电子：Zn-2e -=Zn 2+ ,锌作为腐蚀微电池的阳极而被腐蚀。5. 请解释阳极保护法、外加电流阴极保护法和牺牲阳极法三种电化学防腐蚀方法。答：阳极保护法：用阳极极化的方法使金属的电势控制在稳定钝化区内，并用微弱电流维持钝化状态，使金属腐蚀速度降到最小限度。 外加电流阴极保护法：被保护金属接直流电源负极，辅助电极接正极，调节电流大小，使被保护金属达到所需的阴极电势。 牺牲阳极法：在被保护金属基体上附加更活泼的金属，使之在电解质中构成短路原电池。活泼金属为电池的阳极，被腐蚀。而金属基体为阴极，被保护。6大海中的舰船为了防止钢铁外壳腐蚀，往往采取外加电流阴极保护法。请通过腐蚀极化图说明其阴极保护原理。答：钢外壳接直流电源负极，辅助电极接正极。调节电流大小，使舰船外壳电势低于其钢铁腐蚀微电池阳极平衡电势EoA ,即可防止腐蚀。下图为腐蚀极化图。从图可知，当未进行阴极保护时，金属腐蚀微电池的阴、阳极极化曲线相交于S 点，腐蚀电势为Ecorr ，腐蚀电流为I corr ，金属遭到腐蚀。在外加阴极电流作用下，钢外壳的电势由Ecorr下降到 EoA，外加电流为I c外，而阳极腐蚀电流为零，即钢外壳停止腐蚀，得到保护。 7.输油钢管在穿越砂土和粘土交界处时，钢管何部位会发生腐蚀？属何种腐蚀电池？原理是什么？ 答：交界处粘土中的钢管会发生腐蚀。属氧浓差腐蚀电池。因砂土中氧含量高，钢管的电极电势高，而粘土中氧含量低，钢管中的电极电势低。两部分钢管在潮湿的地下构成氧浓差宏观腐蚀电池，粘土中的钢管成为阳极，遭到腐蚀。三. 电池1. 燃料电池可分为五大类，即 AFC 、 PAFC 、 PEMFC 、 MCFC 、 SOFC 。2在燃料电池中，多孔气体扩散电极应具备如下功能：有电子传导 通道，有离子传导通道，有 气体扩散 通道，有 液态水的迁移 通道。3. 锌空气电池的负极活性物质是 锌 ，正极活性物质是空气 。4. 简述碱性氢氧燃料电池的工作原理，写出正、负极反应式。答：以氢氧化钾为电解质，按原电池的工作原理,等温地将燃料（氢气）和氧化剂（氧气）中的化学能直接转化为电能，其反应产物为水. 负极反应： H2+20H-=2H2O+2e- 正极反应：1/2O2+ H2O+2e-=20H- 5. 介绍直接甲醇燃料电池的原理。该电池有何优点？目前存在那些问题？ 答:原理: -) CH3 OH + H2O CO2 + 6H+ + 6e- +) 6H+ + 3/2O2 + 6e- 3H2O 电池反应: CH3 OH +3/2O2 = CO2 + 2H2O 优点: 以甲醇为燃料,来源丰富,价廉.储存携带方便.产物污染小. 问题: 技术不成熟.负极甲醇电催化剂效率低. 甲醇在负极的中间产物(CO)易使铂中毒.Nafion膜有较高甲醇渗透率,降低甲醇利用率和电池性能.6. 写出碱性锌锰电池的表达式、负极反应和正极反应式。答：表达式: -)Zn|浓KOH(ZnO)|MnO2 ,C (+ 负极反应: Zn +2OH-Zn(OH)2 +2e- Zn(OH)2 +2OH-Zn(OH)4 2-正极反应: MnO2 +H2O+e- MnOOH +OH- MnOOH+H2O+e- Mn(OH)2 +OH- 7.铅酸蓄电池的表达式为： (-)Pb|H2SO4|PbO2(+) ，负极反应为：Pb+HSO4-=PbSO4+H+2e- ，正极反应为： PbO2+HSO4-+3H+2e-=PbSO4+2H2O 。隔膜是将 正、负极 隔开防止直接接触而短路的无机或有机膜, 隔膜允许 离子 顺利通过。 8. 铅酸蓄电池在充电后期和放置期间为什么会产生气体？气体逸出有何不良后果？有何气密途径？答: 铅酸蓄电池在充电后期电极反应如下:正极:PbSO4 +2H2O 2e- PbO2 + HSO4 - +3H+正极后期副反应:H2O2e- 2H+ + 1/2O2 负极: PbSO4 + H+ 2e- Pb + HSO4 -负极后期副反应: 2H+ + 2e- H2 上式表明充电后期会产生氢气和氧气.放置期间由于存在自放电,负极会产生氢气: Pb + H2SO4 PbSO4 + H2 气体逸出会带出酸雾,损失酸和水,增加维护次数.气密途径有:(1).气相催化法:盖内表装钯,使氢气和氧气化合为水.(2).辅助电极法:电池内装一个辅助氢电极,与PbO2 形成自放电小电池,发生 2H2 + PbO2 +H2SO4 PbSO4 +2H2O .(3).负极吸收法:使正极充电产生的氧气通过隔膜扩散到负极,发生1/2O2 +Pb PbO 或 1/2O2 + 2H+ + 2e- H2 O 的反应.四. 表面精饰1. 影响电结晶形态的因素包括： 主盐浓度、电压 、 溶液纯净度、p H值、电流密度 、温度、时间 、 基底表面质量 等。2. 电镀条件应控制被镀金属的离子阴极还原和阳极溶解（镀铬除外）具有相同的电流效率，以维持镀液的被镀金属离子浓度稳定。3. 镀前活化：溶解金属表面的钝化薄膜，保证镀层与基体金属牢固结合。4.电镀液主要成分：一般包括主盐、络合剂、导电盐、缓冲剂、阳极活化剂、添加剂、润湿剂、抑雾剂。5.在常温条件下，锌镀层对钢铁属阳极性镀层，6. 在电镀溶液中加入不溶性固体微粒，使其与金属共沉积，称为复合电镀。7.ABS工程塑料在化学浸蚀时，丁二烯（B）单体溶解，形成凹坑。塑料电镀工艺如下：除油-粗化-敏化-活化-还原-化学镀-电镀8.电镀液的电流效率 = 实际镀层质量/法拉第产物质量X100%9. 铝合金阳极氧化膜的多孔层其孔径范围一般是 10100nm 。10. 电镀溶液的分散能力即 均镀 能力；覆盖能力即 深镀 能力。11.化学镀是在 没有 外电流通过的情况下，利用 氧化还原 反应，使溶液中的金属离子在工件表面还原析出，形成镀层的表面加工方法。金属离子还原所需要的电子靠 还原剂 提供。化学镀的还原作用仅仅发生在 催化 表面上。如果反应生成物（镀层）是反应的 催化剂 ，则化学镀的过程就具有自动催化作用。12. 简述电镀溶液中整平剂的作用机理； 答:电沉积过程受电化学活化控制,即受电子传递步骤控制. 整平剂能在零件表面发生吸附,对电沉积过程起阻化作用.其吸附过程受整平剂从溶液内部向零件表面的扩散步骤控制. 由于零件表面存在微观的微峰和微谷,电镀时整平剂扩散到微峰的量大于微谷,而还原反应不能发生在整平剂分子覆盖的位置,故微峰处受到的阻化作用大于微谷,使微峰处电镀速率小于微谷,结果使微峰和微谷逐渐平整.13. 写出无氰碱性电镀铜的工艺流程。答: 一次除油-热水洗-冷水洗-冷水洗酸洗-冷水洗冷水洗二次除油-热水洗-冷水洗冷水洗活化-冷水洗冷水洗中和-冷水洗冷水洗纯水洗-电镀铜-冷水洗冷水洗接下道工序.14.请解释镀层“烧焦”的原因。答：当阴极电流密度超过工艺允许电流密度上限较多时，镀件附近主盐金属离子浓度迅速降低，析氢速度加快，在阴极凸处和尖端处溶液pH值升高，生成金属碱式盐夹附在镀层内，使镀层形成大量麻点和空洞，镀层如海绵状疏松，颜色灰黑。15.电镀镍溶液中的氯化镍有何作用？ 答：1.电镀镍时，氯离子在阳极放电，生成少量初生态的氯，有助镍阳极溶解，防止阳极钝化。 2.可提高镀液导电率。五. 其它1. 简述电渗析的原理和用途答：原理：在电场作用下，依靠有选择透过性的离子交换膜，使离子从一种溶液透过离子交换膜进入另一种溶液，以达到分离、提纯、浓缩、回收的目的。 阳极：石墨、铅、铂。 阴极：不锈钢、铅、铂/钛。用途：海水淡化、废水处理、从中性盐中回收酸和碱、从乳酪工厂废水制取乳酸。2.请介绍电解还原除铬的原理。答：用铁板做阳极，电解时溶液产生Fe2+.在酸性条件下Fe2+把Cr6+还原为Cr3+。用不锈钢做阴极，部分Cr6+在阴极还原为Cr3+。同时析出H2 。由于H2的析出，p H 升高，当p H 5时，生成Cr(OH)3沉淀而除去。3. 利用人体内的氧和葡萄糖可启动生物燃料电池，拯救人的生命。请写出葡萄糖生物燃料电池的两种电池反应。答：1、生成葡萄糖酸阳