電化學(xué)原理思考題答案-北航李荻版

1、2.為什么不能測(cè)出電極的絕對(duì)電位？我們平常所用的電極電位是怎么得到的？不對(duì)，雖然有電位差，但是沒(méi)有電流通過(guò)，所以不能轉(zhuǎn)化為電能。答：電極電位是兩類(lèi)導(dǎo)體界面所形成的相間電位，相間電位中的內(nèi)電位是無(wú)法直接測(cè)量的，故無(wú)法直接測(cè)出電極的絕對(duì)電位，我們平常所用的電極電位都是相對(duì)電極電位。 17、描述腐蝕原電池的特點(diǎn)所在。陰、陽(yáng)極區(qū)肉眼可分或不可分，或交替發(fā)生；體系不穩(wěn)定® 穩(wěn)定， 腐蝕過(guò)程是自發(fā)反應(yīng)；只要介質(zhì)中存在氧化劑 (去極化劑)，能獲得電子使金屬氧化，腐蝕就可發(fā)生；腐蝕的二次產(chǎn)物對(duì)腐蝕影響很大；電化學(xué)腐蝕離不開(kāi)金屬/電解質(zhì)界面電遷移，電子由低電位金屬或地區(qū)傳荷到電位高的金屬或地區(qū)，再轉(zhuǎn)移

2、給氧化劑；腐蝕電池包括陰極、陽(yáng)極、電解質(zhì)溶液和電路四部分，缺一不可；陰極、陽(yáng)極反應(yīng)相對(duì)獨(dú)立，但又必須耦合，形成腐蝕電池；ia=ic ， 無(wú)凈電荷積累；腐蝕電池不對(duì)外作功，只導(dǎo)致金屬腐蝕破壞的短路原電池。原電池和電解池1原電池和電解池的比較：裝置原電池電解池實(shí)例原理使氧化還原反應(yīng)中電子作定向移動(dòng)，從而形成電流。這種把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置叫做原電池。使電流通過(guò)電解質(zhì)溶液而在陰、陽(yáng)兩極引起氧化還原反應(yīng)的過(guò)程叫做電解。這種把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置叫做電解池。形成條件電極：兩種不同的導(dǎo)體相連；電解質(zhì)溶液：能與電極反應(yīng)。電源； 電極（惰性或非惰性）；電解質(zhì)（水溶液或熔化態(tài)）。反應(yīng)類(lèi)型自發(fā)的氧化還原反應(yīng)非

3、自發(fā)的氧化還原反應(yīng)電極名稱(chēng)由電極本身性質(zhì)決定：正極：材料性質(zhì)較不活潑的電極；負(fù)極：材料性質(zhì)較活潑的電極。由外電源決定：陽(yáng)極：連電源的正極；陰極：連電源的負(fù)極；電極反應(yīng)負(fù)極：Zn-2e-=Zn2+ （氧化反應(yīng)）正極：2H+2e-=H2（還原反應(yīng)）陰極：Cu2+ +2e- = Cu （還原反應(yīng)）陽(yáng)極：2Cl-2e-=Cl2 （氧化反應(yīng)）電子流向負(fù)極正極電源負(fù)極陰極；陽(yáng)極電源正極電流方向正極負(fù)極電源正極陽(yáng)極；陰極電源負(fù)極能量轉(zhuǎn)化化學(xué)能電能電能化學(xué)能應(yīng)用抗金屬的電化腐蝕；實(shí)用電池。電解食鹽水（氯堿工業(yè)）；電鍍（鍍銅）；電冶（冶煉Na、Mg、Al）；精煉（精銅）。2化學(xué)腐蝕和電化腐蝕的區(qū)別化學(xué)腐蝕電化腐

4、蝕一般條件金屬直接和強(qiáng)氧化劑接觸不純金屬，表面潮濕反應(yīng)過(guò)程氧化還原反應(yīng)，不形成原電池。因原電池反應(yīng)而腐蝕有無(wú)電流無(wú)電流產(chǎn)生有電流產(chǎn)生反應(yīng)速率電化腐蝕化學(xué)腐蝕結(jié)果使金屬腐蝕使較活潑的金屬腐蝕3吸氧腐蝕和析氫腐蝕的區(qū)別電化腐蝕類(lèi)型吸氧腐蝕析氫腐蝕條件水膜酸性很弱或呈中性水膜酸性較強(qiáng)正極反應(yīng)O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-2H+ + 2e-=H2負(fù)極反應(yīng)Fe 2e-=Fe2+Fe 2e-=Fe2+腐蝕作用是主要的腐蝕類(lèi)型，具有廣泛性發(fā)生在某些局部區(qū)域內(nèi)4電解、電離和電鍍的區(qū)別電解電離電鍍條件受直流電作用受熱或水分子作用受直流電作用實(shí)質(zhì)陰陽(yáng)離子定向移動(dòng)，在兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)陰陽(yáng)離子自由移

5、動(dòng)，無(wú)明顯的化學(xué)變化用電解的方法在金屬表面鍍上一層金屬或合金實(shí)例CuCl2 CuCl2CuCl2=Cu2+2Cl陽(yáng)極 Cu 2e- = Cu2+陰極 Cu2+2e- = Cu關(guān)系先電離后電解，電鍍是電解的應(yīng)用5電鍍銅、精煉銅比較電鍍銅精煉銅形成條件鍍層金屬作陽(yáng)極，鍍件作陰極，電鍍液必須含有鍍層金屬的離子粗銅金屬作陽(yáng)極，精銅作陰極，CuSO4溶液作電解液電極反應(yīng)陽(yáng)極 Cu 2e- = Cu2+陰極 Cu2+2e- = Cu陽(yáng)極：Zn - 2e- = Zn2+ Cu - 2e- = Cu2+ 等陰極：Cu2+ + 2e- = Cu溶液變化電鍍液的濃度不變?nèi)芤褐腥苜|(zhì)濃度減小6電解方程式的實(shí)例（用惰性

6、電極電解）：電解質(zhì)溶液陽(yáng)極反應(yīng)式陰極反應(yīng)式總反應(yīng)方程式（條件：電解）溶液酸堿性變化CuCl22Cl-2e-=Cl2Cu2+ +2e-= CuCuCl2= Cu +Cl2HCl2Cl-2e-=Cl22H+2e-=H22HCl=H2+Cl2酸性減弱Na2SO44OH-4e-=2H2O+O22H+2e-=H22H2O=2H2+O2不變H2SO44OH-4e-=2H2O+O22H+2e-=H22H2O=2H2+O2消耗水，酸性增強(qiáng)NaOH4OH-4e-=2H2O+O22H+2e-=H22H2O=2H2+O2消耗水，堿性增強(qiáng)NaCl2Cl-2e-=Cl22H+2e-=H22NaCl+2H2O=H2+Cl

7、2+2NaOHH+放電，堿性增強(qiáng)CuSO44OH-4e-=2H2O+O2Cu2+ +2e-= Cu2CuSO4+2H2O=2Cu+ O2+2H2SO4OH 放電,酸性增強(qiáng)除電子轉(zhuǎn)移步驟之外，其他電極過(guò)程的單元步驟能否用電流密度來(lái)表示它們的速度？為什么？因?yàn)镴=zFvr對(duì)于我們所討論的某一反應(yīng)來(lái)說(shuō)，zF為常數(shù)，故J與vr成正比。這就是說(shuō)，在電化學(xué)中總是習(xí)慣于用電流密度來(lái)表示反應(yīng)速度。由于在穩(wěn)態(tài)下接續(xù)進(jìn)行的各步驟速度都一樣，所以在討論液相傳質(zhì)等步驟時(shí)，也可用電流密度來(lái)表示它們的反應(yīng)速度。因此，在電化學(xué)中實(shí)際上已經(jīng)將電流密度變成反應(yīng)速度的同義語(yǔ)了。己知電極反應(yīng)在25時(shí)的反應(yīng)速度為0.1 A/cm2。

8、根據(jù)各單元步驟活化能計(jì)算出電子轉(zhuǎn)移步驟速度為1.04 X 10-2mol/m2s，擴(kuò)散步驟速度為0.1 mol/m2s。試判斷該溫度下的控制步驟。若這一控制步驟的活化能降低了12kJ/mol，會(huì)不會(huì)出現(xiàn)新的控制步驟?解因?yàn)殡姌O反應(yīng)速度可用電流密度表示，即J=nFv，所以對(duì)電子轉(zhuǎn)移步驟，其反應(yīng)速度可表示為j電子=nFv電子。已知n=1，故 j電子=1x96500 x 1. 04 x 10-20.1A/cm2同理J擴(kuò)散=nFv擴(kuò)散 =1x96500x0.1=0.965A/cm2已知整個(gè)電極反應(yīng)速度為0. 1 A/cm2,所以可判斷速度控制步驟是電子轉(zhuǎn)移步驟。若電子轉(zhuǎn)移步驟活化能降低12 kJ/mol，則根據(jù) v=K c exp(-W/RT)式中,W為活化能,c為反應(yīng)物濃度。設(shè)原來(lái)速度為v1?；罨芙档秃蟮乃俣葹?v2 ,則v1=K c exp(-W1/RT)V2=K c exp(-W2/RT)=V1 exp(W/RT)=1.04x10-2 exp(12x103/8.31x298)=1.32 mol/m2s可見(jiàn)J'電子>>J擴(kuò)散，速度控制步驟將發(fā)生變化。4、電化學(xué)反應(yīng)的基本動(dòng)力學(xué)參數(shù)有哪些？說(shuō)明它們的物理意義？通常認(rèn)為傳遞系數(shù)(和)、交換電流密度( j0 )和電極反應(yīng)速度常數(shù)(K)為基本的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。傳遞