应用电化学--简单题附答案

1、lippman 公式可进一步得到界面双电层的微分电xxCd，请给出 Cd 的数学表达式。答： 将理想极化电极极化至不同电势（ ）， 同时测出相应的界面张力（ 值），表征 -6 关 系的曲线为 “电毛细曲线 ”。“零电荷电势 ” 是指 -曲线上最高点处 d/d =0即 q=0（表 面不带有剩余电荷）相应的电极电势，用 0 表示。 由 lippman 公式： q=-（d/d ） 1, 2,. i;及 Cd=dq/d 得 Cd=-d2 /d 22. 何谓电化学极化？产生极化的主要原因是什 么？试分析极化在电解工业（如氯碱工业）电 镀行业和电池工业的利弊。答： 电化学极化是指外电场作用下，由于电化 学

2、作用相对于电子运动的迟缓性改变了原有的 电偶层而引起电极电位变化。（即电极有净电流 通过时，阴、阳电流密度不同，使平衡状态受到 了破坏，而发生了电极电位的 “电化学极化 ”）11 / 13 原因：电化学反应迟缓、浓差极化。 从能量角度来看，极化对电解是不利的；超电势越大， 外加电压越大，耗能大。极化在电镀工业中是不 利的，氢在阴极上析出是不可避免的副反应，耗 能大，但同时使阴极上无法析出的金属有了析出 的可能。极化使电池放电时电动势减少，所做电 功也减小，对电池工业不利3. 参比电极需选用理想极化电极还是不极化电 极？目前参比电极有那些类型？选择参比电极 需考虑什么？答： 参比电极选用理想不极

3、化电极。 类型： 标准氢电极，饱和甘汞电极， Ag/Agcl 电极， Hg/HgO/OH-电极。 考虑的因素：电极反应可逆， 稳定性好，重现性好，温度系数小以及固相溶解 度小，与研究体系不反应4. 零电荷的电势可用哪些方法测定？零电荷电 势说明什么现象？能利用零电荷电势计算绝对 电极电位吗？答： 电毛细法和微分电容法。 零电荷电势表 明了 “电极/溶液”界面不会出现由于表面剩余 电荷而引起的离子双电层现象； 不能将此电势 看成相间电势的绝对零点，该电势也是在一定参 比电极下测得的，所以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吸附依 FCl I 的顺序而增强，特性吸附在电毛细曲

4、线和微分电 容曲线上有何表现？吸附能力增强，所以在汞电极上， I->cl->F-. 特性吸 附在两种曲线上的左半支曲线不同，零电荷电势负移。6. 何谓非稳态扩散？其初始条件和一个边界条件是什么？另一边界条件由极 化条件决定。答： 非稳态扩散：在电化学反应开始阶段，由于反应粒子浓度变化幅度 较小，液相传质不足，粒子被消耗，此时浓度极化处于发展阶段，称之为传质 过程的非稳态阶段 初始条件： Ci （x,0） =Ci0 开始电极前扩散粒子完全均匀分布在液相中。边界条件： C i（，t）=Ci0，无穷远处不出现浓度极化。 另一边界条件：极化条件7. 溶液中有哪几种传质方式，产生这些传质过程

5、的原因是什么？ 答：对流、扩散、电迁移。 对流：由于流体各部分之间存在浓度或温度 差或者外部机械作用力下所引起； 扩散：由于某一组分存在浓度梯度，粒子 由高浓度向低浓度转移； 电迁移：在外电场作用下，液相中带电粒子作定向 移动。8. 稳态扩散和非稳态扩散的特点是什么，可以用什么定律来表示？答： 稳态扩散：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表示扩散流量。 非稳态扩散：扩散粒子的浓度同时是距离和 时间的函数。用 Fick 第二定律9. 说明标准电极反应速度常数 kS和交换电流密度 i0 的物理意义，并比较两者的区别。答： kS：当电极电势为反应体系的标准平衡及反

6、应粒子为单位浓度时，电极反应 进行的速率（ md/s）。 i0：反应在平衡电势下的电流密度，即有 i0=ia=ik 相同点：数值越大，表示该反应的可逆性越强。不同点： kS 与浓度无关， i0 与反应体系各种组分的浓度有关。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？ 答：越正的电势，有机物易被氧化；电势越负，易被还原，因此其可逆吸 附发生在平衡电势附近值，即一定的电位区间内。11. 试说明锂离子电池的正极和负极材料是何物质？为什么其溶剂要用非水 有机溶剂 ?锂离子电池比一般的二次电池具有什么特点？答： 正极：主要是嵌 锂化合物，包括三维层状的 LiCoO2,LiNiO2

7、,三维的 TiO2。负极：主要是碳长，自放电小，无记忆效应，工作温度范围宽， 不含有害金属铅、镉，无污染。12. 何谓电池的放电曲线？从放电曲线可得到那些有关电池性能的信息？ 答： 放电曲线：在指定负载和温度下放电时， 工作电压随时间的变化曲线； 从曲线上可知工 作电压、终止电压、开路电压、理论电动势的值， 放电平台越长，电池性能越好。13. 如何得到 Evans图？从该图可达到那些电化 学信息？在一般条件下钢铁发生吸氧腐蚀，说明 钢铁腐蚀过程的控制步骤是什么？ 答： Evans 图即腐蚀极化图，这种图是把表征 腐蚀电池的阴、阳极极化曲线画在同一图上而成 的 从该图可知极化曲线较陡，表明电极的

8、极化 率较大，反应阻力大；反之，反应容易进行。极 化作用使阴阳的电位交于一点，对应电位为腐蚀 电位（ Ecorr），电流为腐蚀电流（ Icorr）；金属以 此电流不断地腐蚀。 过程：阴极氧的扩散14. 钢铁腐蚀使用的电化学保护主要有几种？简 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 法是把被保护金属变成阳极，用极化的方式使金 属钝化，并维持稳定状态，腐蚀速率降低，得以 保护。阴极保护法是提供阴极极化，改变金属表 面电子能级结构，使金属电位负移进入免蚀区。15. 两种金属共沉积形成合金的基本条件是什么？如何才能实现合金电沉积？答： 基本条件：析出电位十分相近或相等； 若析出电

9、位相差较小，可采用改变浓度和改变沉 积电流密度；若相差较大，可采用加入络合剂和 添加剂。16. 一般金属镀层大多为多晶体，试根据金属电结 晶理论，若要得到晶体细小的镀层一般要采用什 么措施进行电沉积？ 答：即抑制核的生长速度，通过增加阴极极化、 适当的降低主盐浓度，在较大的电流密度下进行 电沉积。17. 目前氯碱工业阳极广泛使用形稳电极代替石 xx，其组成是什么？什么叫形稳电极？ 答： DSA的组成：以钛为基地，涂镀 TiO 2、RuO2 求电极的结构具备什么特点？试举例说明之。 答：如锂离子电池，电极材料二维层状；自由嵌入、嵌出；体积膨胀率 小；尖晶石，三维轨道结构。19. 镍氢电池（储氢电

10、池）是一种重要的二次电池，该电池正极和负极材料 是何物质？写出电池反应。何谓储氢合金？答： 正极材料： Ni（OH）2;负极：混合稀土氢合金（ LaNiHx）或钛镍合金（ MHx）。电池反应： MNNi5H6+6NiOHMNNi+6Ni（OH）2 储氢合金：在一定条件下可逆的吸收放出 H2 的新型合金。20. 海洋性环境下钢铁主要发生电化学腐蚀，其阴极电极反应主要是什么反 应？控制步骤是什么？答： 阴极反应为吸氧反应： O2+4H+4e- 2H2O 控制步骤：氧的扩散步骤21. 何谓电解提取？何谓电解精炼？举例说明两者之间的区别？答： 电解提取：直接利用通电的方式提取电解质中的金属。 电解精

11、炼：利用电解方法将含有金属的物质进行提纯。 区别：电解提取采用不溶性 阳极，如以 Pt 为电极，电解 Al2O3 得到 Al；电解精炼采用可溶性阳极，如以粗铜为阳极，用以精炼 .22. 试叙述赫尔槽的结构特点和在电镀中的用途。答：特点：阴极各个部位与阳极的距离不同，有近端与远端，其电流密度 不同。用途： 确定渡液各组分的合适含量； 确定渡液中添加剂或杂质的大 致含量； 可用于选择不同的操作条件，如改变为温度， pH 值、电流密度23. 与其它阴极过程相比，金属电沉积有何特点？答： 液相传质，反应粒 子向电极表面迁移； 前置转化，发生化学转化反应； 电荷传递，反应粒子 还原为吸附态金属原子； 电

12、结晶，吸附态金属原子形成晶体。24、采用钢铁电极以丙稀氰为主要原料电合成己二氰，写出阴极和阳极反 应？答：阴极： 2CH2=CHCN+2H+2e- NC（CH2）4CN xx：H2O2e-2+2H+25. 碱性锌氧化银电池以锌粉为负极，以氧化银答：正极： 负极：总反应：26. 试述有关化学电源主要性能的概念，如电动 势、开路电压、工作电压、截止电压。答： 电动势 E：电池两极在断路且处于可逆平 衡状态时两极电势之差。 开路电压 U：电池两 极在断路时的稳定电极电势之差。 工作电压 V： 有电流通过外电路时，两极的电势差。 截止电压：放电时，电压下降到不宜继续放电的最低工 作电压。 数值： E&

13、gt;U>V>截止电压27. 防止钢铁腐蚀主要措施有？答： 阴极保护法中的外加电流法； 涂防锈漆； 镀上惰性金属镀层； 用缓蚀剂加以保护28. 什么是析氢腐蚀和耗氧腐蚀？答： 析氢腐蚀：以 H+还原反应为阴极，生成 H2的过程。 耗氧腐蚀：消耗 O2 的还原反应为阴极，生成 OH-或 H2O 的过程。碱性介质： 2H-2O+2e=H+2OH（- 析氢）2+2e+H-2O=2OH（耗氧）酸性介质： 2H+2e-=H2（析氢）2H+-2+2e=H2O（耗氧）29. 阴极保护的方法有哪几种，画图并简述一下 各种方法，也可举例说明。答： 外加电流法：在电解质中加入辅助电极， 将需要保护的金

14、属基体连接到外电源负极，调节 施加电流，从而保护金属。图示，把阴极极化曲 线的电流调到 a 点，对应的腐蚀电流 I corr 即' Ia 变小，若调制 b 点，则为 0,起到对阴极的保护。 牺牲阳极法：在金属基体上附上更活泼的金 属，构成短路的原电池，活泼金属为阳极，不断 溶解，阴极得到保护，例：钢板上镀锌，防止被 海水腐蚀。30. 发生钝化的金属或合金具有的一些特点？有 哪几种主要的钝化理论？答： 特点：形成致密氧化膜，隔离腐蚀介质， 包括 Al。 Cr、Ti。 理论：成相膜理论和吸附理 论。31、什么叫缓冲剂，其防蚀机理如何？ 32.金属离子还原继而形成结晶层的 电结晶一般过程由哪

15、些基本步骤组成及次序？答： 溶液中的离子向电极表面 扩散 电子迁移反应 失去溶剂化外壳，形成吸附原子 吸附原子经表 面扩散，到缺陷等位置 电还原的金属原子聚集，核化 结合到晶格中， 核化生长 沉积物的结晶及形态发展 31、什么是电解的电流效率和电能效 率？两者区别是？E=区别：电流效率反映副反应的程度大小，电能效率反映能量的利用率32. 简述电解冶金的方法，并说出电解冶金与火法冶金比较有哪些特点？ 答： 电解治金可分为水溶液电解，熔盐电解，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，碱土金属，电解时易析出氢气，采用熔盐体系电解来提取） 特点

16、：电解 治金采用电子作还原剂，而火法冶金一般采用 CO， C,H2 为还原剂；耗电、能耗大33. 对镀锌层采用什么后处理方法？镀锌层为什么要进行钝化处置？答： 对镀锌层采用 Cr2O3/H2SO4 钝化后处理。 为了使阳极溶解速率减慢，耐腐蚀性能大大提高34. 试述一般的镀液的组成？并说明其作用和选择。答： 主盐：进行沉积 的金属离子盐，浓度高的镀层较粗糙，电流密度大；浓度低的电流密度小，会 影响沉积速度。（通常选用高浓度的硫酸盐和氯化物）。 导电盐：调节 pH 值，降低槽压，增加镀液导电能力，提高镀液的分散能力（选择导电能力较强 的电解质） 络合剂：使金属离子的阴极还原极化得到提高，得到细致

17、、紧密 的镀层，成本高。（通常是氰化物，现在已向无氰方向发展） 添加剂：增加 镀层硬度，改变界面双电层结构，提高阴极还原过程超电势。（对于 Zn,Ni,Cu, 可选择含硫化合物的光亮剂） 缓冲剂用于稳定镀液 pH35. 电镀的生产工艺有哪些？有何作用？答： 镀前处理：获得良好镀层， 包括机械加工、酸洗、除油等步骤。 电镀：镀上镀层金属或合常在电镀过程 中呈现什么状态？答：阳极用 0.06%磷铜为材料，呈现微溶状态。 37.作为复合电镀中的固体微粒主要有哪几类？ 粒径多大？举例说明。答： 高硬度的微粒： SiO2、金刚石、 SiC、氮化 硼； 润滑性能的微粒：石墨、聚四氟乙烯、氟 化石墨； 有特殊功能的微粒