電化學(xué)原理試題(共12頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第六章 電化學(xué)極化1. 簡述三種極化的概念，哪一種極化嚴(yán)格來講不能稱為極化。電化學(xué)極化：當(dāng)電極過程為電化學(xué)步驟控制時，由于電極反應(yīng)本身的“遲緩性”而引起的極化。濃度極化：當(dāng)電極過程由液相傳質(zhì)步驟控制時，電極所產(chǎn)生的極化。電阻極化：由電極的歐姆電阻引起的電位差。電阻極化嚴(yán)格來講不能稱為極化2. 簡述電化學(xué)極化最基本的三個動力學(xué)參數(shù)的物理意義。1) 對稱系數(shù)：電位偏離形式電位時，還原反應(yīng)過渡態(tài)活化能改變值占F 的分?jǐn)?shù)。 物理意義：反應(yīng)改變電極電位對還原反應(yīng)活化能的影響程度；（1 ）反應(yīng)改變電極電位 對氧化反應(yīng)活化能的影響程度。 對稱系數(shù)是能壘的對稱性的變量，是由兩條吉布斯

2、自由能曲線的斜率決定的，而且曲線的形狀和斜率是取決于物質(zhì)的化學(xué)鍵特性。在CTP動力學(xué)中，可以用來推測過渡態(tài)的構(gòu)型，研究電極反應(yīng)的放電機(jī)理。 2）電極反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)速率常數(shù)K：當(dāng)電極電位等于形式電位時，正逆反應(yīng)速率常數(shù)相等，稱為標(biāo)準(zhǔn)速率常數(shù)。 物理意義：在形式電位下，反應(yīng)物與產(chǎn)物濃度都為1時，K在數(shù)值上等于電極反應(yīng)的絕對反應(yīng)速度。 a.度量氧化還原電對的動力學(xué)難易程度；b體現(xiàn)電極反應(yīng)的反應(yīng)能力與反應(yīng)活性；c.反應(yīng)電極反應(yīng)的可逆性。 3)交換電流密度J。：在平衡電位下，氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的絕對電流密度相等，稱為交換電流密度。 物理意義：a.度量氧化還原電對的動力學(xué)難易程度；b體現(xiàn)電極反應(yīng)的反應(yīng)能力與反應(yīng)

3、活性；c.反應(yīng)電極反應(yīng)的可逆性；d.表示平衡電位下正逆反應(yīng)的交換速度。3.為什么電極電位的改變會影響電極反應(yīng)的速度和方向？4.寫出Butler-Volmer公式在不同過電位范圍下的近似公式。 5.簡述J0對電極性質(zhì)的影響。 6. J0描述平衡狀態(tài)下的特征，為何它卻能說明電化學(xué)動力學(xué)中的一些問題？7. 如何用穩(wěn)態(tài)法測量三個動力學(xué)參數(shù)。8. 在談到一個CTP的不可逆性時，我們有時說它是過電位較大，而有時又說它是電流密度較小，這兩種說法有何區(qū)別和聯(lián)系？9.電解H2SO4水溶液，Ni陰極的過電位為0.35 V。當(dāng)J增加到原來的8倍時，陰極過電位是多少？假設(shè)為電化學(xué)極化，Tafel公式中b為0.12V。

4、10. 在20下于某一電流密度下H+在Hg上還原的過電位為1.00V，Tafel公式中b為0.113V。溫度升高到40 時，該電流密度下過電位為0.95V。如果溫度升高后，仍然維持原來的過電位不變，H+還原反應(yīng)速度將有何變化（以百分?jǐn)?shù)表示）？假定與溫度無關(guān)。11. 25下，于強(qiáng)烈攪拌的某電解液中，將陰極極化到遠(yuǎn)離其平衡電位，若此時將電極表面剩余電荷密度值變化0.045C/m2，則電極反應(yīng)速度可能變化多少倍？ (設(shè)Cd恒定為0.15F/m2, =0.5，單電子反應(yīng))12 25下某電極反應(yīng)的J0為5×103安培/米2。在恒電位極化下的過電位為0.199V時，穩(wěn)態(tài)電流密度為多少？應(yīng)用快速開

5、關(guān)切斷恒電位儀，然后對電極施加恒定的陰極電流密度0.205安培/米2，問達(dá)新穩(wěn)態(tài)下的過電位是多少？假定=0.5 。13. 當(dāng)HCl在50%甲醇水溶液中的濃度為0.1M時，在20下實驗中測得H+在Hg陰極上還原的過電位數(shù)據(jù)如下 ：如果CTP是陰極過程的RDS，求（1）塔菲爾公式中的常數(shù)a和b；（2）J0；（3）在低電流密度區(qū)域電流密度與過電位的比例常數(shù)；（4）在電流密度為10安培/米2時的絕對電流密度J正和J逆值。14.與單電子電極反應(yīng)相比，多電子電極反應(yīng)的動力學(xué)公式有何變化？近似公式適用范圍有何變化？ Tafel公式在什么條件下就不再適用了？為什么？ 15.測量電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)有哪些方法？

6、1）經(jīng)典法：利用旋轉(zhuǎn)電極測曲線，得穩(wěn)態(tài)極化曲線。（法，曲線法）2）暫態(tài)法：利用短暫電脈沖或交流電（如單位階躍法，電流階躍法，循環(huán)伏安法，交流阻抗譜法）16.推導(dǎo)多電子電極反應(yīng)的近似公式適用范圍。17. 298K下，F(xiàn)e2+陰極還原反應(yīng)機(jī)理為： Fe2+ H2O=FeOH+H+ FeOH+e- FeOH FeOH H+ e- = Fe H2O 求該反應(yīng)的Tafel斜率b，及Fe2+和OH-的陰極電化學(xué)反應(yīng)級數(shù)。（=0.5）18.設(shè)有一電極反應(yīng)均可溶，某濃度，已知電極反應(yīng)速率常數(shù)，求（1）交換電流密度（2）若忽略傳質(zhì)影響，當(dāng)陽極電流密度為時，其過電勢為多少？ 19.寫出考慮了1效應(yīng)的Tafel公式

7、。20.根據(jù)課本圖6-7的實驗分析1效應(yīng)的影響第七章 濃度極化1. 寫出液相傳質(zhì)總流量的表達(dá)式及其所傳導(dǎo)的電流的表達(dá)式。2.分析穩(wěn)態(tài)過程和暫態(tài)過程的區(qū)別和聯(lián)系。3.指出液相中各部分液層厚度的數(shù)量級。4.分別寫出用反應(yīng)物粒子和可溶產(chǎn)物粒子表示的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散電流密度公式，其中的z是粒子的荷電荷數(shù)嗎？為什么？5.什么是極限擴(kuò)散電流密度？6.說明雙電層、擴(kuò)散層、邊界層的區(qū)別。7.如何研究濃度極化的動力學(xué)特征？8.畫出產(chǎn)物可溶和產(chǎn)物不溶時典型濃度極化曲線。9.推導(dǎo)O與R均可溶且初始濃度均不為零的濃度極化公式。10.簡述平衡電位與穩(wěn)定電位的區(qū)別和聯(lián)系。11.平板電極恒電位極化時，暫態(tài)過程擴(kuò)散層真實厚度大約是有

8、效厚度的多少倍？12.以濃度分布曲線說明，恒電位和恒電流條件下的非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散中濃度極化是如何發(fā)展的。13.進(jìn)行電位階躍實驗，計算電流強(qiáng)度如何確定電極面積？14.微電極研究電極過程有何優(yōu)點(diǎn)？15. 對于一個可用半無限邊界條件的方程來描述的電化學(xué)體系，電池壁必須離開電極五倍“擴(kuò)散層厚度”以上。某物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)D10-5cm2/s，求對于100s的電位階躍實驗時間，工作電極和電池壁之間的距離要求多大?16.如何根據(jù)J、J0、Jd的相對大小判斷R.D.S?17.RED有何特點(diǎn)？18.如何用RED判斷電極過程的R.D.S.19.RRED有何作用？2025下以3.0×103安培/米2的電流密度在靜

9、止的電解液中恒電流電解還原某有機(jī)物，每一個有機(jī)物分子與6個電子相結(jié)合，若液相傳質(zhì)步驟控制著整個電極過程的速度，有機(jī)物的擴(kuò)散系數(shù)為 2×10-9米2/秒，其濃度為10-2M，擴(kuò)散層的有效厚度約為5×10-4米，求過渡時間。當(dāng)恒電流極化10-4秒時，緊靠電極表面的液層中反應(yīng)物的濃度是多少？21.在25下醌在光滑的鉑電極上還原為氫醌。已知醌在溶液中的濃度是0.01M，它的擴(kuò)散系數(shù)為9.5×10-10米2/秒，擴(kuò)散層厚度約為5×10-4米 ，求在電流密度為1.0安培/米2 時的濃度過電位（假定反應(yīng)物的電遷移和對電流可略去不計） 。 注：反應(yīng)為兩電子反應(yīng)，氫醌的溶

10、解度很小，此題可按產(chǎn)物不溶去解。22.某金屬電沉積的速度受液相傳質(zhì)步驟控制，溶液中某金屬離子的原始濃度為 2.0×10-3M，同時溶液中存在有大量的局外電解質(zhì)，在25下，J=4.6安培/米2時，=-0.0041 伏特，已知此時電極反應(yīng)的Jd=16.2安培/米2,求 （1）當(dāng)J=4.6安培/米2時，電極表面金屬離子的濃度。 （2）參加反應(yīng)的電子數(shù)。23.在鍍光亮鎳的溶液中雜質(zhì)Cu2+的含量最多不能超過0.01克/升，現(xiàn)有1米3 鍍液中Cu2+含量已高達(dá)0.15克/升，準(zhǔn)備用恒定的低電流密度通電處理溶液48小時，使Cu2+在穩(wěn)態(tài)下陰極還原并沉積在電極上，試估算所需要的陰極面積。已知在上述

11、條件下Cu2+還原過程為擴(kuò)散傳質(zhì)步驟控制，Cu2+ 離子的擴(kuò)散系數(shù)為10-5厘米2/秒，擴(kuò)散層厚度為0.05厘米。24.用旋轉(zhuǎn)圓盤電極電解CuSO4和 Na2SO4的混合溶液。溶液中CuSO4的濃度為0.1M，而Na2SO4的濃度比CuSO4大得多。圓盤電極面積為5.5×10-3米2，轉(zhuǎn)速為1.0轉(zhuǎn)/秒，Cu2+的擴(kuò)散系數(shù)為 1.1×10-9米2/秒。溶液的黏度為1.2×10-3千克/米秒，密度為1.1×103千克/米3，求通過電極的極限電流強(qiáng)度。 25.通常所說的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散電流中，是否包括電遷移和對流的影響在內(nèi)？26.擴(kuò)散層與分散層是否相同？27.擴(kuò)散層

12、與邊界層有何不同？對流擴(kuò)散時，擴(kuò)散層內(nèi)的溶液是否運(yùn)動 ？28.若液相傳質(zhì)是某電極過程的控制步驟，當(dāng)向溶液中加入表面活性物質(zhì)以后，對整個電極過程的速度是否有影響，為什么？29.在什么條件下半波電位才能做為表達(dá)反應(yīng)物和產(chǎn)物特性與濃度無關(guān)的常數(shù)？30. 非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散與穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散有什么區(qū)別？在擴(kuò)散流量的公式中怎樣反映非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的特點(diǎn)？為什么非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散終歸要過渡到穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散？第八章 氣體電極過程1試述在酸性溶液中H+離子還原為H 2分子的幾種可能的機(jī)理，并寫出反應(yīng)式。兩種：在酸性溶液中，兩個帶正電荷的H+還原過程的第一步都是由H+變成吸附于金屬M(fèi)上的氫原子MH,這個是電子轉(zhuǎn)移步驟。隨后的反應(yīng)有兩種可能，既可以

13、是兩個吸附氫原子結(jié)合為H2，稱為附和脫附步驟；也可以是另外一個H+在吸附氫原子的位置上放電，稱為電化學(xué)脫附步驟。 反應(yīng)式：（1）H+ + M +e- = MH ; MH + MH = H2 + 2M （2）H+ + M +e+ = MH ; MH + H+ +e- = H2 + M2為什么H+離子在不同金屬上還原時，過電位的數(shù)值有很大差別?在塔菲爾公式中，的物理意義是：氫在電極上還原時，單位電流下的過電位。在用不同的材料制成的電極上的數(shù)值可以很不相同，表示不同的電極表面對氫析出過程有著很不相同的“催化能力”。3什么叫電催化?它與一般化學(xué)催化有何不同？怎樣鑒別電催化劑的優(yōu)劣?電催化：電極反應(yīng)中，

14、電極或溶液中某些物質(zhì)能顯著的影響電極反應(yīng)的速度，而其本身不發(fā)生任何凈變化的作用，稱為電催化。能夠催化電極反應(yīng)的物質(zhì)叫做電催化劑。電催化劑的要求：有一定的電子導(dǎo)電性；.點(diǎn)化學(xué)穩(wěn)定性要好；.有較高的催化活性。區(qū)別：.電催化與電極電位有關(guān)；.電催化可在較低溫度下起作用；.不參加電極反應(yīng)的離子和溶劑分子常對電催化有明顯的作用。鑒別：比較。，。較大的催化活性越好?；虮容^可逆性。（實質(zhì)還是比較。）影響電催化劑性能的因素：.電催化劑的化學(xué)成分；.電催化劑的晶面和晶型；.載體的作用；.電極的真實表面積（增大真實表面積可使電極反應(yīng)在較低的過電位下獲得較高的表觀電流密度）。電極電催化作用的主要方式：.電極與活化絡(luò)

15、合物間存在著相互作用；.電極與吸附于其上的反應(yīng)物或中間產(chǎn)物之間存在著相互作用；.溶劑與溶質(zhì)在電催化劑上的吸附作用。4由實驗測出氫在某一電流密度下于Fe電極上析出時，過電位為0.427伏特，b0.112伏特，同一電流密度下氫在Ni電極上析出的過電位為0.350伏特，比較Fe與Ni催化活性的相對大小提示：利用巴伏公式求出，的大小決定了催化活性的大小第九章 金屬的陰極還原1影響金屬離子陰極還原反應(yīng)的因素有哪些?答：1.金屬本性；2.溶液組成：有機(jī)表面活性劑，陰離子，溶劑，絡(luò)合劑，局外電解質(zhì)。3.基體金屬：形成合金（產(chǎn)物中金屬活度小于純金屬，使平衡電位正移，有利于還原反應(yīng)）4.欠電勢沉積（當(dāng)金屬原子在

16、異種金屬電極還原時，有時可以觀察到：當(dāng)電極電勢顯著正于沉積金屬的標(biāo)準(zhǔn)電勢時，金屬離子就能在基底上還原，生成單原子層厚度的沉積層）2絡(luò)合劑對電極體系的熱力學(xué)性質(zhì)及動力學(xué)性質(zhì)各有何影響?答：熱力學(xué)：.絡(luò)離子穩(wěn)定常數(shù)越大，電離越少，越穩(wěn)定；.穩(wěn)定常數(shù)越大，電極反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)電位與平衡電位越負(fù)。動力學(xué)：穩(wěn)定常數(shù)與過電位沒有必然聯(lián)系.絡(luò)合物越穩(wěn)定，反應(yīng)離子改組為活化絡(luò)合物時涉及的能量變化也比較大，即金屬離子還原時活化能較高，極化較大。.一些離子能形成有利于電子交換的“橋”式配體，則反應(yīng)活化能顯著降低，即使穩(wěn)定常數(shù)很大，過電位很低，往往比簡單例子都容易反應(yīng)。3金屬電結(jié)晶過程是否一定要先形成晶核？晶核形成的條件是

17、什么？不是，比如螺旋位錯生長機(jī)理。形成條件：體系應(yīng)偏離平衡而處于過飽和狀態(tài)，當(dāng)晶胚的大小超過臨界晶核時才能形成晶核。4有機(jī)表面活性物質(zhì)對金屬電沉積過程有哪些影響？意義何在？答：在電鍍工藝中，大部分有機(jī)添加劑的作用機(jī)理是增大電化學(xué)極化和增大新晶核的形成速度，使鍍層細(xì)致均勻。有些能促使某些晶面的擇優(yōu)取向，改進(jìn)鍍層光亮程度。有些能阻化或活化電極反應(yīng)，有些能影響鍍層內(nèi)應(yīng)力，或影響氣泡在鍍層上的附著能力等等。優(yōu)點(diǎn)：加入濃度小，成本低，對金屬離子的化學(xué)性質(zhì)沒有影響，一般沒有毒性。缺點(diǎn)：容易引起雜志使鍍層的純度和機(jī)械性能下降，不宜在高溫下使用。容易產(chǎn)生泡沫并由此引起新的廢水處理問題，以及濃度的測定和控制較為

18、困難。5. 金屬Cu由Cu 2+離子活度為1的溶液中在25。C下以J70安培米2的速度沉積。在電子轉(zhuǎn)移步驟控制整個電極過程速度的情況下測得塔菲爾公式中的b0.06伏特和J01安培米2。問陰極電位是多少提示：巴伏公式求陰極過電位第十章金屬的陽極過程及自溶解1什么叫穩(wěn)定電位?它與平衡電位有何不同?穩(wěn)定電極電位（腐蝕電位）：無外電流時，由于共軛反應(yīng)的存在使電極電位偏離平衡電位而建立的新的電位。平衡電位：只發(fā)生一個電極反應(yīng)，電荷轉(zhuǎn)移平衡、物質(zhì)轉(zhuǎn)移平衡穩(wěn)定電位：存在共軛反應(yīng)（同一電極上同時進(jìn)行的，有著相同反應(yīng)速度數(shù)值且相互獨(dú)立的一對反應(yīng)），電荷轉(zhuǎn)移平衡、物質(zhì)轉(zhuǎn)移不平衡2金屬的陽極溶解與金屬的自溶解有什么

19、不同?影響金屬自溶解的因素有哪些？影響因素：金屬本性（自身的。的大?。芤旱慕M成，濃度，溫度，攪拌條件，有機(jī)表面活性物質(zhì)，外部施加的電流等。3什么叫金屬的鈍化?金屬鈍化后，還有沒有電流通過？化學(xué)鈍化：金屬在具有一定強(qiáng)度的氧化性介質(zhì)中變得不溶的現(xiàn)象。 電化學(xué)鈍化：陽極極化時，由于金屬表面狀態(tài)變化而引起陽極溶解速度急劇下降甚至幾乎停止的現(xiàn)象，有電流通過。4金屬鈍化成相膜理論和吸附理論有什么區(qū)別和聯(lián)系？ 成相膜理論認(rèn)為，金屬鈍化是因為在表面生成了一層緊密的、完整的、有一定厚度(一般為幾納米)的鈍化膜。這層膜是一個獨(dú)立相，將金屬與溶液機(jī)械地隔離開，致使金屬的溶解速度大大下降。大多數(shù)鈍化膜系由氧化物組成。此外磷酸鹽、鉻酸鹽、