电化学原理复习资料

第一章绪论思考题1、第一类导体和第二类导体有什么区别？答：区别：载流子的不同。第一类导体载流子为物体内部自由电子或空穴，第二类导体的载流子为正负离子。注意：①不要漏掉空穴，②部分同学认为载流子在各自导体间导电过程涉及化学变化。这是不对的，只有在两类导体界面上传递时才会出现化学反应。2、什么是电化学体系？你能举出两﹑三个实例加以说明吗？答：电化学体系是指由两类不同导体组成的，是一种在电荷转移时不可避免地伴随有物质变化的体系。实例:①镀锌的电解池，其外电路是由第一类导体组成的，而电解质是由第二类导体组成，在正极上发生氧化反应（Zn和OH-失去电子的反应），在负极上发生还原反应（Zn2+和H+得电子的反应。②丹尼尔电池，其外部电路时由第一类导体组成，而溶液是由第二类导体组成，其阳极上发生还原反应，阴极上发生氧化反应。注意：①例子不能写得过于简单，要具体说明。②“阴”、“阳”的字迹一定写清楚。4、能不能说电化学反应就是氧化还原反应？为什么？答：不能。因为电化学反应是发生在电化学体系中的，并伴随有电荷的转移的化学反应。而氧化还原反应则是指在反应前后元素的化合价具有相应的升降变化的化学反应。注意：强调电化学体系，电化学反应要在两类导体组成的体系中发生反应。而氧化还原反应则没有导体类型的限制。6、影响电解质溶液导电性的因素有哪些？为什么？答：①电解质溶液的几何因素。对单位体积溶液，电解质溶液的导电性与离子在电场作用下迁移的路程和通过的溶液截面积有关，这同单位体积金属导体受其长度和横截面积的影响类似。②离子运动速度。离子运动速度越大，传递电量就越快，导电能力就越强。离子运动速度又受到离子本性、溶液总浓度、温度、溶剂粘度等的影响。③离子浓度。离子浓度越大，则单位体积内传递的电量就越大，导电能力越强。但如果离子浓度过大，离子间距离减少，其相互作用就加强，致使离子运动的阻力增大，这反而能降低电解质的导电性能。④溶剂性质。影响离子的电离、水化半径、粘度等。电解质溶液导电性的影响是多方面的，而各因素间又能相互影响。问题：容易忽略第一条，同时具体影响情况应尽量全面。第二章电化学热力学习题2、计算25℃时下列电池的电动势。(2)解：电极反应：(–)(+)PtkgmolFeClkgmolFeClkgmolSnClkgmolSnClPt|)/001.0()/01.0(||)/01.0()/001.0(|2342，，422SneSn23222FeeFe电池反应：此题可视为无限稀释的溶液，用浓度代替活度计算。因为所以，(3)Ag|AgNO3(0.1mol/kg)||AgNO3(1mol/kg)|Ag查表知25℃时，0.1mol/kg溶液中1mol/kg溶液中电极反应：(-)(+)4（1）欲求下列电极的标准电极电位，试设计出相应的电池，写出电池反应和计算标准电位的公式：解：电池:电极反应：(–)(+)电池反应：所以，的标准电极电位为：243222FeSnFeSnVFeFePt771.0)|(230，VSnSnPt154.0)|(420，VSnSnPtFeFePtE617.0154.0771.0)|()|(4202300，，VccccFRTEEFeSnFeSn6505.0)001.0(01.0)01.0(001.0log20591.0617.0log23.2222202432VAgAg799.0)|(072.040.0eAgAgAgeAg)40.01log(3.20FRT)72.01log(3.20FRTVFRTE044.0)72.01.0log()40.01[log(3.2AgAg|)(||||)(34AgNOAgZnSOZn22ZneZnAgeAg222AgZnAgZn22220/0/220222ln2)(ln2AgZnZnZnAgAgAgZnAgZnaaFRTaaaaFRTEEAgAg|20/0/22ln2AgZnZnZnAgAgaaFRTE14、从平衡常数计算电动势。已知反应在25℃时的平衡常数Kp=9.7×10-81以及水蒸气压为3200Pa。求25℃时电池Pt,H2(101325Pa)H2SO4(0.01mol/kg)O2(101325Pa)，Pt的电动势。在0.01mol/kgH2SO4溶液中的离子平均活度系数解：电极反应：(-)(+)电池反应：第五章液相传质步骤动力学思考题2、在什么条件下才能实现稳态扩散过程？实际稳态扩散过程的规律与理想稳态扩散过程有什么区别？答：只有当对流与扩散同时存在时，才能实现稳态扩散过程，故常常把一定强度的对流作用的存在，作为实现稳态扩散过程的必要条件。实际稳态扩散过程的规律与理想稳态扩散过程的区别：（1）理想条件下，扩散区和对流区可截然分开了。而在真实的条件下，扩散区和对流区没有明确界限，不能截然分开，它们之间有相互重叠区域。（2）在理想扩散条件下，扩散层有确定的厚度，其厚度等于毛细管的长度；而在真实体系中，由于对流作用于的存在，只能根据一定的理论来近似地求解扩散层的有效厚度。（3）实际稳态扩散过程中对流扩散电流密度由于对流的存在使得其受扩散系数D的影响减小。即j与D2/3成正比。（4）实际稳态对流扩散电流密度受对流传质的影响，其影响因素发生变化。如对流速度u0、电极表面位置y，溶液粘度γ等。8、试用数学表达式和极化曲线说明稳态浓差极化的规律。答：(1)当反应产物不可溶时此时浓差极化的动力学方程式为：浓差极化的极化值为：)(O)(H2)(2222气气气OH||544.0eHH4422)(24422gOHeOHOHOH2222222222222220ln4ln4ln4OHOHOHOHpppFRTKFRTpppFRTEEVFRTKFRTp226.1031.0log40591.0107.9log40591.0111013453200ln41ln428122)1ln()1ln(ln00ddOOjjnFRTjjnFRTcnFRT平)1ln(nFRTdjj平当很小时，由于，从公式可以看出，当较大时，和之间含有对数关系；当较小时，与之间是线性关系。其极化曲线如图所示。第六章电子转移步骤动力学4.已知时，镍在1mol/L溶液中的交换电流密度为用的电流密度电沉积镍时，阴极发生电化学极化。若传递系数，试问阴极电位是多少？解：阴极反应为：在1mol/L溶液中，查表知25℃时，，（注意温度系数）已知所以，，符合高过电位的电化学极化规律，则有:又因为：即阴极电位为：jdjjdjjnFRTjjjj平djjC0204NiSO。29/102cmA2/4.00cmA0.1NieNi224NiSO051.01051.022ZnNicaV250.00VV2516.010531.0250.03200KTVaFRTNi293,289.0)051.0log(20581.02516.0log23.22200平2290/04.0,/102cmAjcmAjc0jjcVjFRTjFRTcc424.0)04.0log(0.10591.0)102log(0.10591.0log3.2log3.290平cVcc713.0424.0289.0平9、20oC时测得铂电极在1mol/LKOH溶液中的阴极极化实验数据如表所列。若已知速度控制步骤是电化学反应步骤，试求(1)该电极反应在20oC时的交换电流密度。(2)该极化曲线塔菲尔区的a值和b值。阴极极化实验数据对表进行处理可得：（注意：作η~logj的曲线图）0—∞0.055—3.3010.080—3.0000.122—2.5230.171—2.0000.220—1.5230.266—1.0000.310—0.523Vc/cjlogOHeOOH44222由图可得直线的斜率，即b=0.093；直线的截距，即a=0.358。10、测出时电极反应O+e⇌R的阴极极化电流与过电位的数据如表6.8所列。求该电极反应的交换电流密度和传递系数。)/(2cmAjcVc/0.0020.5930.0060.7890.0100.8530.0150.8870.0200.9010.0300.934作η~logj的曲线图85.3093.0358.0log0baj240/1041.1cmAj由图可看出过电位与电流密度的对数呈线性关系，即为高过电位下的极化过程。由拟合直线可以得到：直线斜率值（Slope），即b=0.289；直线的截距（Intercept），即a=1.401。求得说明：①作图的误差会影响到计算结果②对图中直线作延长线，当logj=0，求得a值。289.00591.03.2tanFRT204.084.4289.0400.1log0baj250/1045.1cmAj化学电源1.什么是化学电源？试述其结构和类型（1）化学电源：又称电池，是将氧化-还原反应的化学能直接转变为电能的装置.（2）化学电源的结构:电极材料（正、负极）、隔膜、电解液、外壳等化学电源的类型:①一次电池（原电池）②二次电池（蓄电池或可充电电池）③贮备电池④燃料电池2.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、截止电压电池容量、连续放电、间歇放电、电池的寿命、自放电、过充电等.。电动势E：又称理论电压，是指没有电流流过外电路时电池正负两极之间的电极电势差。开路电压OCV：是在无负荷情况下的电池电压，一般OCV≤E，只有可逆电池的OCV＝E。工作电压V：是指电池有电流流过时的端电压。额定电压：指电池工作时公认的标准电压。中点电压：指电池放电期间的平均电压。截止电压：指电池放电终止时的电压值。电池容量C：指在一定放电条件下，电池放电到终止电压时所能放出的电量，单位为库仑（C）或安时（A·h）C=mzF/M电池的寿命包含三种涵义：使用寿命是指在一定条件下，电池工作到不能使用的工作时间。循环寿命是指在二次电池报废之前，在一定条件放电条件下，电池经历充放电循环的次数，对于一次电池、燃烧电池则不存在循环寿命。贮存寿命是指电池性能或电池容量降低到额定指标以下时的贮存时间。自放电是指由于电池种一些自发过程的进行而引起的电池容量的损失。充电时间太长，电池可能被过充电。3.什么是一次电池？一次的原因是什么？有何优点？（1）一次电池（原电池）为电池放电后不能用充电的方法使它复原的一类电池。（2）原因是由于电池反应或电极反应的不可逆性或条件限制使电池反应很难可逆地进行所决定的。（3）主要优点是：方便、简单、容易使用，维修工作量极少。其他优点有：贮存寿命长，适当的比能量和比功率，可靠，成本低。4.写出氯化铵型锌锰一次电池表达式及电极反应和成流反应氯化铵型锌锰电池：电池表达式：(-)Zn│NH4Cl+ZnCl2│MnO2,C(+)负极反应：Zn－2e→Zn2+正极反应：2MnO2+2H2O+2e→2MnOOH+2OH–电池反应：Zn+2MnO2+2NH4Cl→2MnOOH+Zn(NH3)2Cl25.写出碱性锌锰一次电池表达式及电极电池反应，并说明其主要结构和特征。电池表达式为：(一)Zn│浓KOH│MnO2，C（+）负极反应：Zn+2OH-—2e→Zn(OH)2Zn(OH)2+2OH-→[Zn(OH)4]2-正极反应：MnO2+H2O+e→MnOOH+OH-MnOOH+H2O+e→Mn(OH)2+OH–电池反应：Zn+MnO2+2H2O+2OH-→Mn(OH)2+Zn(OH)42-电池采用浓KOH作电解液（PH≈5），采用