应用电化学--简单题附答案

1.什么是电毛细曲线？什么是零电荷电势？界面双电层的微分电容Cd可由李普曼公式进一步得到，请给出Cd的数学表达式。答：将理想极化电极极化至不同电位()，并测量相应的界面张力(值)。代表-6关系的曲线是“电毛细管曲线”。(2)“零电荷电位”是指在-曲线的最高点对应于d /d =0的电极电位，即q=0(表面无剩余电荷)，用 0表示。(3)通过李普曼公式：q=-(d /d ) 1， 2，I；CD=dq/CD=-D2/22.什么是电化学极化？两极分化的主要原因是什么？尝试分析极化在电解行业(如氯碱行业)、电镀行业和电池行业的优缺点。答：电化学极化是指在外加电场的作用下，由于电化学作用相对于电子运动的缓慢而引起的原电池层的变化所引起的电极电位的变化。(即，当电极有净电流通过时，负电流密度和正电流密度不同，这破坏了平衡状态并导致电极电势的“电化学极化”)。原因：电化学反应缓慢和浓差极化。(3)从能量角度来看，极化不利于电解；过电位越高，施加的电压越大，能量消耗越大。极化在电镀行业是不利的。阴极上的氢沉淀是不可避免的副反应，并且消耗大量能量，但是同时它使得不能在阴极上沉淀的金属沉淀成为可能。极化降低了电池放电时的电动势，同时也降低了电功率，这对电池行业是不利的。3.参比电极应该是理想的极化电极还是非极化电极？目前可用的参考电极有哪些类型？选择参比电极时应该考虑什么？答：参比电极是理想的非极化电极。类型：标准氢电极、饱和甘汞电极、银/氯化银电极、汞/氧化汞/氢氧电极。(3)要考虑的因素：可逆电极反应，稳定性好，重现性好，温度系数小，固相溶解度小，与研究体系无反应4.哪些方法可以用来确定零电荷的电势？零电荷电势是什么意思？我们可以用零电荷电势来计算绝对电极电势吗？答：电毛细管法和差分电容法。(2)零电荷势表示“电极/溶液”界面不会有表面剩余电荷引起的离子双电层现象；(3)该电位不能视为相间电位的绝对零点，相间电位也是在某个参比电极下测量的，因此不能用于计算绝对电极电位。5.为什么卤素离子在汞电极上的吸附以F u Cl u I的顺序增强，以及在电毛细管曲线和微分电容曲线上的特征吸附性能如何？答：卤素离子是表面活性物质。阴离子吸附主要发生在由零电荷电位校正的电位范围内。随着氟离子、氯离子、碘离子半径的增加，极化率增加，吸附容量增加。在汞电极上，两条曲线上特征吸附的左半曲线不同，零电荷电位负移。6.什么是不稳定扩散？它的初始条件和边界条件是什么？另一个边界条件由极化条件决定。答：不稳定扩散：电化学反应开始时，由于反应粒子浓度变化小，液相传质不充分，粒子被消耗掉。此时，浓差极化处于发展阶段，被称为传质过程的不稳定阶段初始条件：Ci(x，0)=Ci0。在电极启动前，扩散的颗粒完全均匀地分布在液相中。边界条件：Ci(t)=Ci0，浓度极化不会在无穷远处发生。(3)另一个边界条件：极化条件7.溶液中的传质方法是什么？这些传质过程的原因是什么？对流，扩散答：稳定扩散：扩散粒子的浓度只与距离有关，与时间无关。用Fick第一定律表示，j代表扩散流。(2)不稳定扩散：扩散粒子的浓度是距离和时间的函数。利用费克第二定律9.解释标准电极反应速率常数kS和交换电流密度i0的物理意义，并比较它们之间的差异。答：kS:当电极电位为反应体系的标准平衡，反应粒子浓度为单位浓度时的电极反应速率(md/s)。I0:平衡电位下反应的电流密度，即I0=Ia=Ik (2)有相同点：值越大，反应的可逆性越强。区别：kS与浓度无关，i0与反应系统中各种成分的浓度有关。10.为什么有机物在电极上的可逆吸附总是发生在一定的电位区间内？回答：电势越大，有机物越容易被氧化。电势越负，越容易被降低，因此它的可逆吸附发生在平衡电势附近的某个值，即在某个电势区间内。11.锂离子电池的阳极和阴极材料是什么？为什么溶剂应该是非水有机溶剂？与普通二次电池相比，锂离子电池有什么特点？答：正极：主要是嵌锂化合物，包括三维层状二氧化硅、二氧化镍和三维二氧化钛。负极：主要由碳材料制成，如石墨和碳纤维。(2)锂与水反应生成H2，它可能是爆炸性的，因此应该使用非水有机溶剂。(3)特点：工作电压高，比能量高，稳定性好，寿命长，自放电小，无记忆效应，工作温度范围宽，不含铅、镉等有害金属，无污染。12.电池的放电曲线是什么？从放电曲线中可以获得哪些关于电池性能的信息？答：放电曲线：在规定的负荷和温度下放电时，工作电压随时间的变化曲线；(2)从曲线上可以看出工作电压、终端电压、开路电压和理论电动势的值。放电平台越长，电池性能越好。13.我如何得到埃文斯地图？从这张图中可以获得什么电化学信息？在正常情况下，钢会发生氧气吸入腐蚀。钢腐蚀过程的控制步骤是什么？答：埃文斯图是腐蚀极化图。该图是通过在同一图上绘制代表腐蚀电池的阴极和阳极极化曲线制成的。从该图可以看出，极化曲线较陡，表明电极具有较高的极化率和较大的反应电阻。相反，反应很容易。极化使阴阳电位相交于一点，相应的电位是腐蚀电位(Ecorr)，电流是腐蚀电流(Icorr)；这种电流不断腐蚀金属。(3)过程：阴极氧的扩散14.用于钢腐蚀的电化学保护的主要类型有哪些？简要描述它们的基本原理。答：阳极保护法和阴极保护法。原理：阳极保护方法是将被保护的金属变成阳极，通过极化使金属钝化，保持稳定状态，降低腐蚀速率并保护它。阴极保护法是提供阴极极化，改变金属表面的电子能级结构，使金属电位负向移动到无腐蚀区。15.两种金属共沉积形成合金的基本条件是什么？如何实现合金电沉积？答：基本条件：降水势非常相似或相等；(2)如果沉淀电位的差异很小，浓度和沉积电流密度可以改变。如果差异较大，可以加入络合剂和添加剂。16.通常，大多数金属涂层是多晶的。根据金属电结晶理论，应采取什么措施来获得电沉积用的细晶体涂层？答：也就是说，核的生长速度受到抑制，通过增加阴极极化和适当降低主盐的浓度，在较大的电流密度下进行电沉积。17.目前，形状答：例如，对于锂离子电池，电极材料是二维分层的。自由插入和拔出；体积膨胀率小；尖晶石，三维轨道结构。19.镍氢电池是一种重要的二次电池。这种电池的正极和负极材料是什么？写下电池的反应。什么是储氢合金？答：正极材料：氢氧化镍；负极：混合稀土氢合金(LaNiHx)或钛镍合金(MHx)。电池反应：硫酸锰镍六氢氧化镍储氢合金：一种在特定条件下可逆吸收和释放H2的新合金。20.电化学腐蚀主要发生在海洋环境中的钢中。阴极电极的主要反应是什么？控制步骤是什么？答：阴极反应为吸氧反应：O2 4H 4e-2H2O(2)控制步骤：氧气扩散步骤21.什么是电解提取？什么是电解精炼？这两者有什么区别？答：电解提取：电解液中的金属通过通电直接提取。(2)电解精炼：含金属物质通过电解方法提纯。(3)区别：不溶性阳极用于电解提取，例如，铂作为电极，氧化铝电解得到铝；电解精炼使用可溶性阳极，如粗铜作为阳极，用于精炼。22.介绍赫尔槽的结构特点及其在电镀中的应用。答：特点：阴极和阳极各部分之间的距离不同。有近端和远端，它们的电流密度不同。用途：确定轮渡溶液各成分的适宜含量；(2)确定交叉液中添加剂或杂质的近似含量；可用于选择不同的操作条件，如温度、酸碱度和电流密度。23.与其他阴极工艺相比，金属电沉积的特点是什么？答：液相传质，反应粒子迁移到电极表面；(2)预转化，化学转化反应；(3)电荷转移，反应粒子还原成吸附的金属原子；(4)电结晶，其中吸附的金属原子形成晶体。24.以丙烯氰为主要原料的钢铁电极电合成六氰。写下阴极和阳极之间的反应。答：阴极：2CH2=CHCN 2H 2e-NC(CH2)4CN阳极：H2O-2e- 1/2O2 2H25.碱性锌银氧化物电池使用锌粉作为负极，氧化银粉末(Ag2O)作为正极。电解液是用锌酸盐饱和的浓碱性溶液。试着写出它的正极反应、负极反应和电池反应。答：正极：否定：总响应：26.尝试描述与化学电源主要性能相关的概念，如电动势、开路电压、工作电压和截止电压。答：电动势e:当电池两极开路且处于可逆平衡状态时，两极之间的电位差。(2)开路电压U:开路时电池两极的稳定电极电位之差。(3)工作电压V:电流通过外部电路时两极之间的电位差。截止电压：放电时，电压降至不适合连续放电的最低工作电压。值：EUV截止电压27.防止钢腐蚀的主要措施是什么？答：阴极保护法中的外加电流法；(2)涂防锈漆；(3)镀惰性金属镀层；(4)用缓蚀剂保护28.什么是析氢腐蚀和耗氧腐蚀？答：析氢腐蚀：以氢还原反应为阴极产生H2的过程。(2)耗氧腐蚀：消耗O2的还原反应是阴极，产生OH-或H2O。基本介质：2H2O 2e-=H2O-(析氢)1/2O2 2e- H2O=2OH-(耗氧量)酸性介质：2H 2e-=H2(析氢)2H 1/202 2e-=H2O(耗氧量)29.阴极保护的方法有哪些？画一幅画，并简要描述各种方法。也可以举出例子。答：外加电流法：在电解液中加入辅助电极，将待保护的金属基体连接到外部电源的负极，调节外加电流保护金属。如图所示，当阴极极化曲线的电流被调整到a点时，c答：特点：形成致密的氧化膜，隔离腐蚀介质，包括铝。铬、钛.(2)理论：成膜理论和吸附理论。31.什么是缓冲剂，它的防腐机理是什么？答：缓蚀剂：添加到某种介质中时，能明显抑制金属腐蚀的少量物质。机理：氧化膜的形成促进钝化；形成沉淀膜；形成吸附膜32.电结晶的一般过程的基本步骤和顺序是什么？在电结晶过程中，金属离子被还原成结晶层。答：溶液中的离子扩散到电极表面 电子迁移反应 溶剂化壳层的损失形成吸附原子 吸附原子通过表面扩散到缺陷和其他位置 电还原金属原子的聚集和成核 并入晶格、成核生长 结晶和沉积物的形态发育31.电解的电流效率和电能效率是多少？这两者有什么区别？I=E=差异：电流效率反映了副反应的程度，而电能效率反映了能量的利用率。32.简要描述电解冶金的方法，并说明电解冶金与火法冶金相比有什么特点？答：电解可分为水溶液电解、熔盐电解和有机溶剂电解。(水溶液电解是电解金属氯化物或硫酸盐的水溶液，电流效率高，操作简单；对于碱金属和碱土金属，氢在电解过程中容易分离出来，并通过熔盐体系电解提取。特点：电子用作电解金处理的还原剂，而一氧化碳、碳和碳、H2通常用作火法冶金的还原剂。功耗，高能耗33.镀锌层的后处理方法是什么？为什么镀锌层要钝化？答：镀锌层采用Cr2O3/H2SO4钝化后处理。(2)为了减缓阳极的溶解速度，耐腐蚀性大大提高34.描述一般电镀液的组成？并解释其功能和选择。答：主盐：沉积金属离子盐，高浓度涂层较粗糙，电流密度大；低电流密度会影响沉积速率。(通常选择高浓度的硫酸盐和氯化物)。(2)导电盐：调节酸碱度，降低槽压，增加镀液电导率，提高镀液分散能力(选择电导率更强的电解液)；(3)络合剂：改善金属离子的阴极还原极化，以较高的成本获得精细致密的镀层。(通常是氰化物，现在正朝着无氰化物的方向发展)添加剂：增加涂层的硬度，改变界面处双电层的结构，并增加阴极还原过程中的过电位。(锌、镍、铜可选用含硫化合物的光亮剂)缓冲液用于稳定镀液的酸碱度35.电镀的生产过程是什么？效果如何？答：镀前预处理：获得良好的镀层，包括机械加工、酸洗、脱脂等步骤。(2)电镀：电镀金属或合金。(3)镀后处理：去除吸附的镀液，包括水洗和干燥。36.光亮硫酸盐镀铜的阳极材料是什么？电镀过程中通常的状态是什么？答：阳极由0.06%的磷铜制成，