应用电化学--简单题附答案

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1.何谓电毛细曲线？何谓零电荷电势？由lippman 公式可进一步得到界面双电层的微分电容Cd ，请给出Cd 的数学表达式。

答：①将理想极化电极极化至不同电势（Φ），同时测出相应的界面张力（σ值），表征Φ-6关系的曲线为“电毛细曲线”。②“零电荷电势”是指σ-Φ曲线上最高点处d σ/d Φ=0即q=0（表面不带有剩余电荷）相应的电极电势，用Φ0表示。③由lippman 公式：q=-（d σ/d Φ)μ1 ,μ2 ,...μi ;及Cd=dq/d Φ得Cd=-d 2σ/d Φ2

2.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：①电化学极化是指外电场作用下，由于电化学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”）。②原因：电化学反应迟缓、浓差极化。③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：① 参比电极选用理想不极化电极。②类型：标准氢电极，饱和甘汞电极，Ag/Agcl 电极，Hg/HgO/OH -电极。③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：①电毛细法和微分电容法。②零电荷电势表明了“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；③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F ﹤Cl ﹤I

的顺序而增强，特性吸附在电毛细曲线和微分电容曲线上有何表现？

答：①卤素离子为表面活性物质，阴离子吸附主要发生在比零电荷电势更正的电势范围，由于F - 、cl - 、 I -离子半径依次增大，可极化度增大，吸附能力增强，所以在汞电极上，I ->cl ->F -.②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：①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②初始条件：C i （x,0）=C i 0 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 ）=C i 0，无穷远处不出现浓度极化。③另一边界条件：极化条件

7.溶液中有哪几种传质方式，产生这些传质过程的原因是什么？

答：对流、扩散、电迁移。①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；②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；③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：①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。②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k S 和交换电流密度i 0的物理意义，并比较两者的区别。

答：①k S ：当电极电势为反应体系的标准平衡及反应粒子为单位浓度时，电极反应进行的速率（md/s ）。i 0：反应在平衡电势下的电流密度，即有i 0=i a =i k ②相同点：数值越大，表示该反应的可逆性越强。不同点：k S 与浓度无关，i 0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

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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：①正极：主要是嵌锂化合物，包括三维层状的LiCoO 2,LiNiO 2,三维的TiO 2。负极：主要是碳素材料，如石墨、碳纤维。②锂遇水反应生成H 2，可能有爆炸的危险，所以要用非水有机溶剂。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：①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；②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：①Evans 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②从该图可知极化曲线较陡，表明电极的极化率较大，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。③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：①基本条件：析出电位十分相近或相等；②若析出电位相差较小，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墨，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、RuO 2加催化剂（Pt 、PbO 2）。形稳电极是指电解过程中耐腐蚀、尺寸稳定、寿命长的不溶性阳极。 18.二次电池要求充放电反应可逆性要好，一般要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：①正极材料：Ni(OH)2;负极：混合稀土氢合金（LaNiH x ）或钛镍合金（MH x ）。电池反应：M N Ni 5H 6+6NiOH M N Ni+6Ni （OH ）2 储氢合金：在一定条件下可逆的吸收放出H 2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：①阴极反应为吸氧反应：O 2+4H ++4e -→2H 2O ②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：①电解提取：直接利用通电的方式提取电解质中的金属。②电解精炼：利用电解方法将含有金属的物质进行提纯。③区别：电解提取采用不溶性阳极，如以Pt 为电极，电解Al 2O 3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

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近端与远端，其电流密度不同。用途：①确定渡液各组分的合适含量；②确定渡液中添加剂或杂质的大致含量；③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：①液相传质，反应粒子向电极表面迁移；②前置转化，发生化学转化反应；③电荷传递，反应粒子还原为吸附态金属原子；④电结晶，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：2CH 2=CHCN+2H ++2e -→NC （CH 2）4CN 阳极：H 2O —2e -→1/2O 2+2H +

25.碱性锌氧化银电池以锌粉为负极，以氧化银粉(Ag2O) 压制成正极，电解液为饱和了锌酸盐的浓碱溶液试写出其正极反应，负极反应，电池反应。 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：①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。②开路电压U ：电池两极在断路时的稳定电极电势之差。③工作电压V ：有电流通过外电路时，两极的电势差。④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。⑤数值：E>U>V>截止电压 27.防止钢铁腐蚀主要措施有？ 答：①阴极保护法中的外加电流法；②涂防锈漆；③镀上惰性金属镀层；④用缓蚀剂加以保护 28.什么是析氢腐蚀和耗氧腐蚀？

答：①析氢腐蚀：以H +还原反应为阴极，生成H 2的过程。②耗氧腐蚀：消耗O 2的还原反应为阴极，生成OH -或H 2O 的过程。

碱性介质：2H 2O+2e -=H ++2OH -（析氢） 1/2O 2+2e -+H 2O=2OH -（耗氧） 酸性介质：2H ++2e -=H 2（析氢）

2H ++1/2O 2+2e -=H 2O(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：①外加电流法：在电解质中加入辅助电极，

将需要保护的金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I a 变小，若调制b 点，则为0,起到对阴极的保护。 ②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：①特点：形成致密氧化膜，隔离腐蚀介质，包括Al 。Cr 、Ti 。②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？

答：①缓蚀剂：加入到一定介质中能明显抑制金属腐蚀的少量物质。②机理：形成氧化膜促进钝化；形成沉淀膜；形成吸附膜

32.金属离子还原继而形成结晶层的电结晶一般过程由哪些基本步骤组成及次序？

答：①溶液中的离子向电极表面扩散→②电子迁移反应→③失去溶剂化外壳，形成吸附原子→④吸附原子经表面扩散，到缺陷等位置→⑤电还原的金属原子聚集，核化→⑥结合到晶格中，核化生长→⑦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？ ηI = ηE =

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：①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）②特点：电解治金采用电

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4 / 4 子作还原剂，而火法冶金一般采用CO ，C,H 2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：①对镀锌层采用Cr 2O 3/H 2SO 4钝化后处理。②

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：①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）。②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）③络合剂：使金属离子的阴极还原极化得到提高，得到细致、紧密的镀层，成本高。（通常是氰化物，现在已向无氰方向发展）④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）⑤缓冲剂用于稳定镀液pH

35.电镀的生产工艺有哪些？有何作用？

答：①镀前处理：获得良好镀层，包括机械加工、酸洗、除油等步骤。②电镀：镀上镀层金属或合金。③镀后处理：除去吸附着的镀液，包括水洗和烘干。

36.在光亮硫酸盐镀铜中，阳极用什么材料？通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：①高硬度的微粒：SiO 2、金刚石、SiC 、氮化

硼；②润滑性能的微粒：石墨、聚四氟乙烯、氟化石墨；③有特殊功能的微粒：WC 、SiC 、BN 。粒径一般在几十纳米到几十微米

38.电镀溶液中既不参加电极反应，又不对放电金属离子起络合作用，而只是用来提高溶液的导电能力的称之谓导电盐；这类物质不仅仅指盐，也包含酸或碱。请在酸性光亮镀铜、氯化钾镀锌、氰化物镀铜的三种电镀液中，各指出那些物质属导电盐？导电盐含量的高或低，对镀液的性能有什么影响？

答：酸性光亮镀铜镀液中导电盐：H 2SO 4

氯化钾镀锌：KCl

氯化物镀铜：NaOH 、NaCN 导电盐含量高，电阻小，提高镀液而分散能力，有利于镀液的稳定性。导电盐含量低，镀液导电能力差，槽压变高。

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