应用电化学练习题

应用电化学练习题
1、 试推导下列电极反应的类型及电极反应的过程。

（1）++
→+24Ce e 2Ce ，(2)-→++OH 4e 4O H 2O 22
(3)
Ni e 2Ni 2→++ (4)()()-+→++OH s MnOOH O H e s MnO 22
(5)2Zn(OH)e 2OH
2Zn →-+-
; ()()[]
-
-→+242OH Zn OH 2OH Zn
2、 试说明参比电极应具有的性能和用途。

3、 试描述双电层理论的概要。

4、 根据电极反应Red ne
O x ↔+，已知：1
*O *R L mmol 1x
-⋅==c c ，17s cm 10--⋅=θk ，3.0=α，n=1；（1）计算交换电流密度A I j /00=以μA 2cm -⋅表示）；（2）试画出阳极电流和阴极电流在600μA 2-⋅cm 范围
内的Tafel 曲线（η-I lg
）。

T ＝298K ，忽略物质传递的影响。

5、 试推导高正超电势时η～I 关系式，并同Tafel 方程比较。

6、 根据文献提供的数据，(
)()()()1
46
1
36L mmol 20CN Fe ,L mmol 20CN Fe Pt -+
-+
⋅⋅，
()1
L mmol 1.0NaCl =⋅在25℃时的A I j
/00
=＝2.0mA.cm -2,这个体系的电子传递系数为0.50，计算：（1）θ
k 的
值；（2）溶液中两种络合物浓度都为1mol.L -1时的交换电流密度0j ；（3）电极面积为0.1cm 2，溶液中两种络合物浓度
为10－
4mol.L
－1
时的电荷传递电阻。

7、 根据文献J.Am.Chem.Soc.，77，6488（1955）报道，研究电极反应：
()Hg Cd e 2Hg Cd 2→+++，当c Cd(Hg)=0.40mol.L -1时，得到如下实验数据：
试计算α和θ
k 的值。

8、 对于一个旋转圆盘电极，应用稳态物质传递控制电极反应的处理，物质传递系数m 0=0.62
6
1
21320-ν
ωD ,式中
0D 为扩散系数（cm.s -1），ω
为圆盘的角速度(s -1)(
ω=2πf ，f 为旋转频率r.s -1)，ν是动力黏度，水溶液中ν为
0.010（cm 2.s -1）。

使用0.30cm 2的圆盘电极，在1mol.L -1Fe 3+还原为Fe 2+。

已知Fe 3+的0D 为5.2×10－
6 cm.s -1，计算圆盘电极转速为10 r.s -1时的还原极限电流。

9、 现用70A.m -2电流密度电解出铜，假定溶液中Cu 2+的活度为1，实验测得其Tafel 曲线低利率为（0.06V ）－
1，交换
电流密度
0j 为1 A.m -2，试问电解析出铜时阴极电位应为多少？
10、写出下列电池的电极反应，成流反应以及电解和集电器名称；
（1） 碱性锌－锰原电池 （2）锂－二氧化锰原电池 （3）锌－氧化汞电池 （4）碱性镍－镉电池（5）氢镍蓄电池（6）氢－氧燃料电池 11、下表为某电池在不同放电电流下的放电数据记录（电池质量50g ）
(1) 绘出两放电电流下电池的放电曲线，（E /V-Q /mA.h.g -1）。

(2) 解释为什么相同初终放电电压而不同放电电流下电池容量不尽一样？
12、下表为碱性锌－锰电池的开路电压（OCV ）和放置时间的关系，放置10个月后电池容量下降了10%，（1）试计算
平均自放电速率，并绘出OCV －放置时间曲线；（2）试说明引发电池自放电的主要原因。

13、对于嵌入反应：
83x 83O V Li O V x Li =+[ 电解液为1 mol.L -1LiClO 4+PC:DME(1:1)]
(1) 试将该反应设计成二次电池并写出相应的电极反应。

(2) 试根据嵌入的锂离子的量x ，计算电池的理论容量。

(3) 试简述研究该二次电池性能的一般方法。

14、对于燃料电池：（－）（Pt ），()()+⋅-,Pt O SO H L
mol 1OH CH 2421
3
（1） 试写出电极反应和电池反应，并计算标准电池电动势。

（2） 试根据热力学知识推导其电池能量效率（H
G id ∆∆=/η）≥100%是可能的。

（3） 试叙述改进该燃料电池性能的方法。

15、试依据热力学数据计算碱性锌－空气电池的理论容量、电池的电动势。

16、试叙述燃料电池的类型及特点。

17、请写出铅酸蓄电池的电极反应和成流反应，并叙述影响其寿命和容量减小的原因及铅酸蓄电池的改进方法。

18、试叙述如何实现镍－镉电池的密封。

19、试叙述影响电镀层质量的因素。

20、试叙述电镀过程中添加剂的作用原理。

21、试叙述电镀生产的主要工艺对镀层质量的影响。

22、写出酸性光亮镀铜、镀亮镍和镀铬的电极反应，并简要说明镀液中成分的作用。

23、试说明阳极和阴极电泳涂装的主要原理和电泳涂装的优点。

24、298K 时，欲回收电镀液中的银，废液中AgNO 3浓度为10－
6mol.L -1，还含有少量的Cu 2+存在，若以石墨为阴极，银
用阴极电解法回收，要求回收99%的银，计算中令活度系数r 1=1。

试计算：（1）Cu 2+的浓度应低于多少？（2）阴极电位应控制在什么范围内？（3）什么情况下Cu 与Ag 同时析出？
25、以惰性电极电解SnCl 2的水溶液进行阴极镀Sn ，阳极上产生O 2，已知：+2Sn α＝0.10，+H α＝0.010，阳极上2O η＝0.5V ，已知：Sn
Sn 2+
ϕ＝－0.140V ,
V 23.12
O/O H θ
,H
2=+
ϕ，(1)试写出电极反应。

并计算实际分解电压，
（2）若阴
,H
2η=0.40V ，试问要使+2Sn α降低到何值才开始析出氢？
26．在铝的阳极氧化中分别要得到厚层和薄层氧化物膜对应的电解质条件、温度条件和电流密度条件各是什么？并说明原因。

27．试写出下列无机电合成的电极反应和总反应。

（1） 水银式电解槽制备2Cl 和NaOH （2）氯酸钾的电合成 （3）二氧化锰的电合成 （4）碱性介质中电解水
（5）高氯酸钠的的电合成 （6）由2MnO 的锰矿电解合成4KMnO 28．某工厂拟采用过硫酸法，设计生产10000吨30%22O H 的车间，试计算其电能消耗和设备等参数。

设水解效率为
80%，电流效率为85%。

29．试比较氯碱工业中三种不同电解槽的优缺点。

30．某氯碱厂用水银槽电解食盐水，通过电解槽的电流为100kA 。

问理论上每天生产多少2Cl ，2H 和NaOH ？设阳极电流效率为97%，问实际上每天生产多少2Cl ？（以每天24h 计） 31．氯碱工业中在阴极的改进方面，人们试用氧化还原反应代替+
H
的析出反应，即用阴极反应：
-=++OH 2e 2O H O 2/122 ，V
401.0=θϕ，代替析氢反应。

（1） 试写出改进前的电极反应和总反应，（2）阴极反应改进后，理论分解电压降低多 （3）理论上，每生产1吨NaOH 将节约多少电能？
32．有机化合物的电解合成方法有何优缺点？目前比较肯定的或带有方向性的课题有哪些？
33．早期的关于电解法生产己二腈的工业设计，主要理论依据是什么？20世纪70年代后出现的关于电解合成己二腈的几种改进方法的特点是什么？
34．何谓有机物的间接电合成法？试各举一实例分别说明间接电氧化和间接电还原合成有机物。

35．何谓相转移电解法，试举例说明之。

36．试举例说明成对电解合成法，此法有什么优点？ 37．生产四烷基铅的电解槽的结构有何特点？
38．何谓有机化合物的电化学氟化？电氟化过程的基本特征有哪些？ 39．糖精电化学合成法较之传统的化学合成有何优点？
40．写出电解法生产己二腈的合成反应，试计算生产每吨己二腈的理论能量消耗，若电解槽电压为11.65V ，电流效率
为80%，计算实际能耗和能量效率。

近年来，经过改进，槽电压已降到3.84V ，相应的数值又如何？
41．假设槽电压为5V ，电流效率为80%，计算从乙二酸生产乙醛酸的比能耗。

（比能耗指生产1kg 产品所需要的能量）。

42．某有机物在阴极上电化学还原时，每个分子消耗2个电子。

电流效率为95%，槽电压为12 V 。

在50min 内电流密
度随时间的变化可用下式表示；20167.0cm A 4.0-⋅=i e i
，
计算单位面积阴极可得的产物量（单位；2
cm mol -⋅）和这段时间内所需的平均电能（单位：1
mol h kW -⋅⋅）。

43．简化的pH -ϕ
图以可溶性离子浓度总和小于10-61L mol -⋅作为金属腐蚀与否的界限，合理吗？什么叫腐蚀区，
钝化区和稳定区？ 44．()
θ
ϕ
/Cu
Cu
2+
比()
θ
ϕ
t
P ,/H H
2+
高，为什么Cu 在潮湿空气中也腐蚀？()
θ
ϕ
/Ti
Ti
2+
比()θ
ϕ
t
P ,/H H
2+
低得多，但为什么Ti 又是良
好的耐腐蚀金属？()θ
ϕ
/Zn
Zn
2+
比()θ
ϕt
P ,/H H
2+
低，但用Zn 桶盛水不腐蚀，为什么？
45．局部腐蚀只是局部问题，为什么说比均匀腐蚀更为严重？试举例说明孔蚀，晶间腐蚀，应力腐蚀破裂和冲蚀。

46．什么叫局部电池和局部电流，它们与局部腐蚀关系如何？试列表对均匀腐蚀和局部腐蚀的特点加以说明。

47．画出一种典型的金属钝化I －ϕ曲线，并说明各段的意义。

如何能说明金属钝化的原因是金属表面形成致密氧化物被膜的结果。

48．试根据金属腐蚀的电化学机理，说明可能的防腐方法。

说明阴极保护和阳极保护的异同。

49．什么叫缓蚀剂？其防蚀机理如何？试说明之。

50．镍在水溶液中的热力学稳定性可以根据热力学数据及由此计算而建立的电势－pH 图进行判断。

试描绘下列给定条件下Ni 的电势－pH 图的概念。

从酸到弱碱性溶液中，将Ni ，Ni 2＋
，Ni(OH)2作为镍的稳定的化学物质时可以看成：（a ）Ni 和Ni 2＋
的平衡，（b ）Ni 和Ni(OH)2的平衡，（c ）Ni 2＋
和Ni(OH)2的平衡。

Ni 2＋
，Ni(OH)2及H 2O 的标准态的化学势分别为()θ
μ
+
2Ni
，()()θμ2OH Ni ，()θ
μO H 2，用()x α
表示某种化学物质x 活度。

（1）写出（a ），（b ），（c ）的反应式及（a ）、
（b ）平衡电势ϕ的表达式。

（2）Ni 2＋
的活度()+
2Ni α
＝10
－5
时，表示在电势－pH 图中的（a ）和（b ）平衡电势的直线
在pH ＝7.0相交，试求Ni(OH) 2的溶度积K sp 的表达式及其值。

水的电离常数K w =10-14。

（3）描述()
+
2Ni α＝10
－5
时，电
势－pH 图的概况，表示出各种化学物质的稳定区域。

51．英国在罗马人征服期的遗址发现大量的铁钉（有1吨以上）。

像山一样的铁的四周几乎都腐蚀了，但放在中心部的铁钉没有腐蚀。

叙述不腐蚀与腐蚀的原因。

还有在日本琦玉、千叶发现的古喷时代的带有金象眼的铁剑几乎都腐蚀了，说明它与铁钉的情况有何不同？
1．怎样用电毛细曲线和微分电容曲线求电极表面的剩余电荷密度和零电荷电势？哪种方适得到的结果更精确些? 2．在电极／溶液界面上若有特性吸附现象时，电毛细曲线和微分电容曲线将发生怎样的变化？ 3．电极过程可看作一个连续反应，它包括哪几个步骤?什么叫控制步骤? 4．原电池与电解池中的极化现象有何异同？
5．举例说明什么是阴极极化曲线？什么是阳极极化曲线? 极化曲线有哪些表示方法？ 6．什么叫极化度(极化率)？它的大小说明什么性质？
7．测量极化曲线时有恒电流法和恒电位法，在什么情况下用哪一种方法?
8．稳态法和暂态法有何区别？
9．何为三电极体系? 在什么情况下用两电极体系进行测量?
10．在25℃时从SnSO4溶液中沉积金属Sn，测得的超电势与电流密度值如下，
η/(V) I／(A·m—2)
一0．002 0．20×10-6
一0．004 0．37 ×10-6
—0．006 0．57 ×10-6
一0．008 0．79 ×10-6
一0．010 1．03 ×10-6
绘制极化曲线，并求出0.60×10-6处的极化度
11．什么是交换电流密度？交换电流密度的大小说明了电极的什么性质?
12．电极反应的正向电流密度，反向电流密度与外电路的电流密度有何关系？
13．塔菲尔公式的内容是什么？式中a、b常数的物理意义是什么?
14．电解H2SO4水溶液时．H2在Ni阴极上的超电势为0.35V，当电流密度增加原来数值的8倍，阴极的超电势是多少?假设Tafel公式中的b为0.12V。

15．25℃稀H2SO4溶液中，超电势随汞电极上电流密度的变化如下：
η/(V) I／(A·m—2)
0．60 2.9×10-11
0．65 6.3×10-11
0．73 28×10-11
0．79 100×10-11
0．84 250×10-11
0．89 630×10-11
0．93 1650×10-11
0．96 3300×10-11
求H2在汞阴极上的i0和α和β值。

16．描述电极反应的基本动力学参数有哪些？其值大小说明什么?
17．什么是“ψ1效应”?为什么测平衡电极电势时不必考虑电极表面的状态，而测超电势时必须注意电极表面的状态？18．比较电化学极化与浓差极化各种影响因素。

并指出两种极化在电极过程中所起的作用。

19．液相传质有哪几种方式？金属阳极溶下的金属离子以哪种方式进行传质离开电极?
20．扩散层和分散层是否是一个概念？扩散层与边界层有何不同？什么是扩散层有效厚度？
21．稳态扩散与非稳态扩散有何区别?
22．旋转圆盘电极的用途有哪些？有何优点？
23．旋转电极以3000转／分的速度转动，测量到的极限电流为100μA，电极直径φ=1.0mm，反应粒子的扩散系数为5 ×10-6cm2·s-1，n=1，反应粒子的动力粘度系数γ=10×10-2 cm2·s-1，求反应粒子的浓度为多少?
24．S2O82-离子在汞阴极上放电，为什么加入支持电解质，极限电流不是降低而是增加？
25．当电解0.02M银的络氰化物溶液时，Ag的析出电流效率达100%．已知15℃时银氰络离子的扩散系数为1.3×10-5 cm2·s-1，计算以下每种情况的扩散层的近似厚度。

(1)溶液未加搅搅拌，温度为15℃，电流密度不超过5A·m-2。

(2)以速度为500转/分而转动搅拌的溶液中电流密度为20 A·m-2。

(3)在温度70℃时未加搅拌的溶液中电流密度为22 A·m-2。

(近似认为70℃与15℃的扩散系数相等)
26．渡锌槽中ZnO的含量为15 g·L-1，在自然对流的条件下，扩散层厚度 =0.01cm，Zn2+离子的扩散系数D=l.5×10-5cm·s-1，电流效率为80％，已知锌的密度为7.14g·cm-3，如果外加电流密度是极限电流密度的10％，求电镀半小时后锌镀层的厚度?
27．什么叫极谱?极谱法进行定量和定性分析的依据是什么?
28．极谱极大产生的原因是什么？如何消除极大？为什么？
29．氢还原过程中提出“迟缓放电理论”和“复合理论”各有什么依据？应如何评论它们？
30．为什么氢电极、氧电极都是还原过程比氧化过程研究得充分？用什么手段可证明氧化还原过程的中间产物是H2O2？31．为什么氢电极在一定的温度、压力和浓度时平衡电势只有一个值，而氢的超电势在不同的金属上差别却值大? 32．镍作阳极、铅作阴极在0.1M的NaOH溶液中通过显著电流，试估计阳极电势与阴极电势值。

可认为超电势与电解液的本性无关。

33．钝化的成膜理论与吸附理论各有哪些实验事实为依据?
34．稳定电势与平衡电势有何不同?测平衡电势应保证哪些条件?
35．利用铜—水体系E—pH图解释：为什么在电解精炼铜时电解液应加入H2SO4?为何在电解过程小不断补加H2SO4? 36．为什么电势—pH图中总出现一些斜率不同的直线？电势-pH图是电化学平衡图，对研究腐蚀有何用处？
37．金属自溶解过程受哪些因素的影响？
38．Ni阳极溶解反应25℃时Tafel公从中b=0.052V，i0=2×10-5A·m-2，求Ni2+离子活度为l的溶液中电极电势为0.02V 时阳极溶解的速度为多少?
39．化学腐蚀的机理是什么？
40．在含氧的中性介质中，金属发生腐蚀的共轭反应是什么反应？同一金属在含氧量不同的介质中发生腐蚀的原因是什么？为何不是浓差造成的电势不同而引起的腐蚀?
41．什么川伊文思（Evans）图？有何用处？
42．不锈钢不生锈的原因是什么？在什么条件下才保证不锈钢真的不生锈?
43．什么叫阴极保护法和阳极保护法？
44．缓蚀剂为何能起缓蚀作用？除使用缓蚀剂外还有哪些防腐措施？
45．金属的阴极过程有哪些特点?
46．金属络离子是如何放电的?
47．如何理解金属电结晶过程中的“吸附原子”？
48．金属电结晶过程中晶核形成的条件是什么?如何才能得到致密的镀层?
49．欲回收废液中的银，废液中AgNO3的浓度为10-6M，还含有少量的Cu2+离子，若以石墨为阳极，银为阴极用电解法回收银，要求回收99%的银，Cu2+离子的浓度低于多少？阴极电势应控制在什么范围之内？在什么情况下Cu与Ag 同时析出？
50．电解10M CuSO4溶液，用金属Pt作阳极，阴极是面积为55cm2的铜盘，电流强度保持恒定0.40A，如果电解槽中有一升溶液，计算铜析出将维持多少时间？析铜的槽电压为多少?
51．什么是电镀液的分散能力(均镀能力)？什么是深镀能力(复盖能力)？
52．决定镀液分散能力好坏的因素是哪些？
53．为什么说氯碱工业是重要的电解工业?
54．氯碱工业中有哪些主要产品与副产品？工业上采用什么办法尽量减少副产品的产生？
55．隔膜电解槽与水银电解槽有什么优缺点?
56．氯碱工业中所有的金属阳极由哪些成分构成？为什么它比石墨阳极好?
57．隔膜槽中的隔膜有哪几种类型？哪种隔膜好?为什么?
58．某氯碱厂用水银槽电解食盐水，通过电解槽的电流密度为10kA／m2，电极面积均为10m2。

问理论上电解槽每天生产多少C12，H2，NaOH？设阳极的电流效率为97％，问实际上每天生产多少C12?
59．用金属阳极代替石墨阳极后，隔膜槽槽电压为3.5V，水银槽电压为4.3V，问同样生产一吨氯气，水银槽比隔多耗多少电能?
60．氯碱生产中电能的消耗费占总生产费的30%，应采用哪些措施来降能耗？目前采取了哪些重大革新措施？今后还有哪些工作可做？
61．化学电源的工作电势为何一定小于它的电动势？在什么情况下化学电源的开路电压等于它的电动势？
62．什么是一次电池？什么是二次电池？燃料电池和它们有什么不同?
63．什么叫电池容量？化学电源两极上的活性物质能全都用来供电吗？为什么？
64．什么叫电池的理论能量密度和实际能量密度？什么叫电池的功率密度？这些概念对研究化学电源有何方便之处？65．用银锌蓄电池的理论开路电压为1.85V，计算它的理论能量密度？为什么此电池的功率密度在现有电池中为最大? 66．锌锰干电池的电液有酸性和碱性之分，哪一种比较好？为什么？我们常用的是哪一种？
67．为什么铅酸蓄电池必需经常维持在充足电的状态?为什么镉镍蓄电池不能长期维持充满电的状态，必须经常放电，否则就降低电池容量？
68．写出镉镍蓄电池的充、放电反应式；并指出密封式的干蓄电池在过充电时为何不必补充水，和排出气体?
69．银锌蓄电池有哪些优缺点?
70．如何表示燃料电池的能量转换效率?
71．目前成功的燃料电池是哪种，说明它的工作原理。

1、电化学系统的构成单元有哪些？
2、电极的特性要求？
3、研究固体电极时注意进行哪些处理？
4、对辅助电极和参比电极有哪些要求？
5、电解质溶液如何分类？
6、零电荷电势如何测定？影响零电荷电势的因素？
7、什么是电极过程？其主要过程有哪些？
8、什么是电极极化？有哪些因素影响极化？
9、电极反应的过程？
10、电子传递系数（α）的意义，取值范围？
11、写出Butler-V olmer方程，为什么说是电化学基本方程？
12、标准速率常数和交换电流密度的意义是什么？
13、传递系数对电流-超电势关系的影响
14、R ct—电荷传递电阻的意义，用什么方法进行测量？
15、电极反应过程的物质传递形式？
16、电化学测量方法主要有？
17、电化学技术的特点？
18、稳态与暂态？
20、电位扫描伏安法？
21、循环伏安曲线主要分析哪些数据？
22、什么叫电催化?它与一般化学催化有何不同？怎样鉴别电催化剂的优劣?
23、电化学催化剂必须具备的性能？
24、氢气析出时在金属和金属氧化物上电催化的主要机理和步骤？
25、氧气还原电催化机理与吸附模式的关系？
26、试述在酸性溶液中H离子还原为H2分子的几种可能的机理。

并写以反应式。

27、影响氢与氧超电势的因素有哪些？
28、为什么H离子在不同金属上还原时，超电势的数值会有很大差别?。