应用电化学简单题附答案

应⽤电化学简单题附答案
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TiO2、RuO2加催化剂（Pt、PbO2）。

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 Ni5H6+6NiOH M N
Ni+6Ni（OH）2
储氢合⾦：在⼀定条件下可逆的吸收放出H2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：O2+4H++4e-→2H2O
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Al2O3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：2CH2=CHCN+2H++2e-→NC（CH2）4CN 阳极：H2O—2e-→1/2O2+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
2
O的过程。

碱性介质：2H
2
O+2e-=H++2OH-（析氢）
1/2O
2+2e-+H
2
O=2OH-（耗氧）
酸性介质：2H++2e-=H
2
（析氢）
2H++1/2O
2+2e-=H
2
O(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？
η
I
=
η
E
=
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
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
2
O
3
/H
2
SO
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。

、⾦刚⽯、SiC、氮化答：①⾼硬度的微粒：SiO
2
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：H2SO4
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。