研究生電極過程與動力學考試試題及答案

1、一 列舉上課學過的有關電化學術語1.1工作電極 、參比電極 、輔助電極、開路電勢、背景極限、法拉第過程、非法拉第過程1.2理想極化電極、雙電層、電壓階躍、電流階躍、電勢掃描1.3理想非極化電極1.4能斯特反應交流阻抗、循環(huán)伏安、穩(wěn)態(tài)電流、支持電解質、物質傳遞、電荷傳遞、液接電勢、準可逆過程、不可逆過程二、下圖是電化學測量常用的二電極體系，畫出該體系的等效電路，導出該等效電路施加一個電位階躍信號時電流-時間關系議程并作圖。What is the equivalent circuit of Fig3? What is the current response when a potential st

2、ep is applied to this cell?Cd和CSCE的串聯(lián)電容CT=Cd·CSCE/( Cd +CSCE)， 通常CSCECd的所以CTCd，所以在此線可忽略CSCE 電荷q和施加的電壓EC之間函數(shù)： 在任意時間內，總電壓等于電阻上的電壓ER和電容器上的電壓EC若假設電容器開始并不荷電（t=0,q=0）微分后得到因此，施加一個電勢階躍，電流隨時間呈指數(shù)衰減三、推導可逆反應O + ne = R 的初始濃度為零時陰極還原的穩(wěn)態(tài)電流-電位方程并作圖。初始時，R不存在，由當由于E1/2與物質的濃度無關，因而是O/R體系的特征參數(shù)故用lg(il-i)/i 對E作圖，得到一條斜率

3、為nF/2.3RT的直線，截距為E1/2四、根據(jù)Butler-Volmer方程 導出電荷傳遞電阻表達式和Tafel方程。沒有物質傳遞影響的情況，如果溶液被充分攪拌，或電流維持在很小值時，表面濃度與本體濃度沒有較大差別 令f=F/RT(1)當0時，ex1+xi=i0(1-f)1+（1-）f=- i0f-/i有電阻的量綱，常稱為電荷轉移電阻RctRct= -/i = 1/i0f =RT/Fi0(2)當時，在很負的過電勢時 e-fe (1-)fi= i0e-f lni=lni0 f = + =a+ blgi即Tafel方程為 =a+ blgi五、列舉三個參比電極并講述其中一個制作過程標準氫電極、甘汞

4、電極、銀|氯化銀電極、汞|氧化汞電極、汞|硫酸汞電極電解法制備“銀|氯化銀電極”取銀絲一根，用丙酮除油，再用3N HNO3溶液浸蝕，用蒸餾水洗凈后放在0.1mol/L HCl溶液中進行陽極氧化，用金屬鉑作陰極，電解陽極電流密度為0.4mA/cm2,時間是30min,氧化后氯化銀電極呈紫色，用蒸餾水洗凈后便可裝入?yún)⒈入姌O管中備用。A Terminology explanation 術語解釋1.Faradaic current 法拉第電流：由于發(fā)生法拉第過程而產生的電流叫法拉第電流2.Idea polarized eletrode 理想極化電極：無論外部所加電勢如何，都沒有跨越金屬-溶液界面的電荷

5、轉移的電極，稱為理想極化電極3.Solution resistance溶液電阻：溶液中阻礙粒子定向移動的能力。4.practical reversibility實際可逆性：由于所有的實際過程都是以一定的速率進行的，他們不具有嚴格的熱力學可逆性。然而，實際上一個過程在要求的精度內，熱力學公式仍然適用，在這些情況下，人們可以稱此過程為可逆。5.formal potential 形式電勢：形式電勢是O和R的濃度比為1和其他特定的物質，如介質中各種組分的濃度均為定值時，測得的半電池電勢6.Electrochemical potential 電化學電勢： 像離子這樣的帶電粒子，除受濃度梯度的作

6、用外，還要受電力的驅動，這兩種力合稱電化學勢7Migrration 遷移：荷電物質在電場（電勢梯度）作用下的運動。8 Supporting electrolyte支持電解質：一種使溶液電阻降低的電解質，本身不參與電化學反應。9 Exchange current 交換電流：在活化過程中沒有大量能量損失下體系釋放的凈電流能力的量度。10 concentration overpotential濃度過電勢：可看做為支持此電流的物質傳遞速率所需時的活化能。B Mechanism or phenomenon description原理和現(xiàn)象描述1.To describe the mechanism on

7、oxidation or reduction reaction of a species at electrode based on Fig.1描述圖片1物質的還原或氧化反應的原理（a）還原反應 A+eA- 通過外加負電勢，使電極達到更負的電勢，電子的能量升高。當能量高到一定程度時，電子從電極轉移到電解液中物質的空軌道上，溶液中的物質被還原。（b）氧化反應 A-eA+通過外加正電勢，電子能量降低，當能量降到一定值時，電子從溶液轉移到電極上，溶液中物質被氧化。2.To draw the potential profile across the double-layer region of Fig

8、2畫出圖片2雙電層的電勢分布圖解答：3.what is the equivalent circuit of Fig3?What is the current response when a potential step is applied to this cell?畫出圖片3的等效電路，施加一個電壓階躍后電流是如何的？Cd和CSCE的串聯(lián)電容CT=Cd·CSCE/( Cd +CSCE)， 通常CSCECd的所以CTCd，所以在此線可忽略CSCE 電荷q和施加的電壓EC之間函數(shù)： 在任意時間內，總電壓等于電阻上的電壓ER和電容器上的電壓EC若假設電容器開始并不荷電（t=0,q=0）微

9、分后得到因此，施加一個電勢階躍，電流隨時間呈指數(shù)衰減4.What are the conditions for the results of Fig4 to be obtained?初始時，R不存在，由當由于E1/2與物質的濃度無關，因而是O/R體系的特征參數(shù)故用lg(il-i)/i 對E作圖，得到一條斜率為nF/2.3RT的直線，截距為E1/25.To give the possible mechanism for the influence of exchange current density and transfer coefficient on the current-overpot

10、ential curves based on fig5 圖a反映了在Eq處電流-過電勢曲線的變形程度與交換電流密度的關系。這里沒有考慮物質傳遞的影響，任意給定的電流下的過電勢僅用提供異相反應過程以該電流所表征的速率進行所需的活化能。交換的電流越小，動力學越遲緩，因此特定凈電流下的反應活化過電勢越大。圖b反映了傳遞系數(shù)對電流-過電勢曲線對稱性的影響。因為，如果溶液被充分攪拌，或電流維持在很小值時，其表面濃度與本體濃度沒有較大的差別，在小時凈電流和過電勢有線性關系，在大的時的Tafel行為，對于較大值時，括號中的某項可忽略，如在很負電勢時e-fe (1-)f，因此傳遞系數(shù)越小，特定凈電流下的反應活

11、化能過電勢就越大。6To tell the meaning of Gibbs free energy ,enthalpy and entropy changes in a reversible electrochemical reactions.7To explain the mechanism for the formation of a liquid junction potential and propose the methods to minimize it由于兩個電極各自具有不同的支持電解質，在兩種溶液間某處有一界面存在，在此界面處物質傳遞過程使溶液混合。除非初始時是相同的溶液，否

12、則液接界將處于不平衡態(tài)，因為發(fā)生連續(xù)凈的物質流動通過它。電池的電勢也與兩成電解液之間的電勢差相關。減少Ei常用方法是用一個高濃度體系的鹽橋來取代液接部分，而鹽橋的溶液正負離子具有幾乎相等的淌度。8To describe the effect of supporting electrolyte on measured current. 幾乎消除了遷移對于電活性物質傳遞的影響 高濃度粒子的存在降低了溶液電阻，因而降低了在工作電極和參比電極之間未補償電阻降提高了對工作電極電勢的控制和測量的精度。 本體溶液電導的提高也可降低在電池中電能地消耗，大大簡化測量儀器C Equation inference1

13、.To infer charge transfer resistance Rct and Tafel equations from Butler-Volmer equation 沒有物質傳遞影響的情況，如果溶液被充分攪拌，或電流維持在很小值時，表面濃度與本體濃度沒有較大差別 令f=F/RT(1)當0時，ex1+xi=i0(1-f)1+（1-）f=- i0f-/i有電阻的量綱，常稱為電荷轉移電阻RctRct= -/i = 1/i0f =RT/Fi0(2)當時，在很負的過電勢時 e-fe (1-)fi= i0e-f lni=lni0 f = + =a+ blgi即Tafel方程為 =a+ blgi

14、2.To infer Ficks first and second laws.第一定律：通過乘以等到O的濃度是因為 ，所以第二定律由由當Do不是x的函數(shù)時，得到Electrochemical Thermodynamics and Electrode process Kinetics 電化學熱力學和電極過程動力學Chapter11. Draw a three electrode electrochemical cell for electrochemical experiments, name its compositions.畫出一個三電極電池，說出其組成2. We can predict t

15、he possibility for any reaction to take place in a solution based on thermodynamic data.Can you tell the conditions for an oxidation reaction or reduction reaction to take place based on the relationship between molecular orbital of species and electron energy level of an electrode?（a）還原反應 A+eA- 通過外

16、加負電勢，使電極達到更負的電勢，電子的能量升高。當能量高到一定程度時，電子從電極轉移到電解液中物質的空軌道上，溶液中的物質被還原。（b）氧化反應 A-eA+通過外加正電勢，電子能量降低，當能量降到一定值時，電子從溶液轉移到電極上，溶液中物質被氧化。3. What is faradic process? Write down the relation of the reacted amount of O with passed electricity quality for the reaction O + n什么是法拉第過程，寫下當初始濃度為零時陰極還原反應通過的電量法拉第過程，即反應遵循法拉

17、第定律，電流通過引起化學反應的量與所通過的電量成正比Q=nF4Electrochemical double layer is an important concept in electrochemistry .Estimate the change of electricity quantity of electrode when electrode potential changes by 1V ,assuming that there is no faradaic current during potential changing.解答：q=CdE 雙電層電容Cd 一般在1040F/cm2

18、 qmin=10F/cm2×1V=10C/cm2；qmax=40F/cm2×1V=40C/cm25What is the current correspondence when applying a potencial step to a two-electrode cell with an ideal polarized mercury drop electrode and an SCE.Cd和CSCE的串聯(lián)電容CT=Cd·CSCE/( Cd +CSCE)， 通常CSCECd的所以CTCd，所以在此線可忽略CSCE 電荷q和施加的電壓EC之間函數(shù)： 在任意時間內

19、，總電壓等于電阻上的電壓ER和電容器上的電壓EC若假設電容器開始并不荷電（t=0,q=0）微分后得到因此，施加一個電勢階躍，電流隨時間呈指數(shù)衰減6 Infer the equation and draw the current-potential curve for a nenstian system.初始時O與R均存在時，Co(x=0)0時陰極極限電流，CR(x=0)0時陽極極限電流 Chapter 21. Tell the physical meaning of H，S，G for an a electrochemical reaction at a constant pressure2.

20、 Tell the difference between formal potential and standard potential 3. Infer the electrode potential expression equation for the cell reaction Zn+2AgClZn2+ +2Ag +2Cl- based on the concept of electrochemical potential.(p43)4 How does a liquid junction potential form and how can we minimize it?Chapter31. Infer the equation 是能壘的對稱性量度交叉對稱時，=，=1/2 ，對于其他情況01/2 或1/21，對大多數(shù)體系值在0.3-0。7之間，沒有