《应用电化学》期末复习

k Ee E
A E Ee
k 表示阴极过电位， A表示阳极过电位
Ee 表示平衡电位， E表示极化电位
极化曲线
12、电极反应的种类有哪些？
①简单电子迁移反应；②金属沉积反应；③表面膜转移反应；④伴随着化学反应 的电子迁移过程；⑤多孔气体扩散电极中的气体还原/氧化反应；⑥气体析出反 应；⑦腐蚀反应。
21、铅蓄电池
（或 Pb PbO2 4 H 2 SO4
2
2 PbSO4 2 H 2 O ）
22、开路电压、工作电压、内阻、放电曲线。
开路电压：没有通电时电池的电压称为开路电压，等于两极之间的电位差。 工作电压：又称闭路电压，是指电池接通负荷时的电压。 *欧姆电阻和过电位的存在使得工作电压低于开路电压。 内阻：包括欧姆内阻 R 和极化内阻 Rf，前者由电解质、电极材料、隔膜的内阻 及各部分零件接触电阻组成，后者由极化引起。 放电曲线： 电池的工作电压随时间的变化曲线。 评价电池的性能常采用放电曲线， 放电曲线越平坦性能越好。
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13、电极过程包含的步骤？
（1）反应物向电极表面传质（迁移、扩散、 对流） ； （2）电子转移（或称电子传递、电荷转移） ； （3）产物离开电极或进入电极内部； （4） 电子转移前或电子转移后在溶液中进行 的化学转化； （5） 表面反应， 如吸附、 电结晶、 生成气体。
式中：a A
8、双电层模型理论
第一种模型是平板电容器模型（紧密双电层模型） ，该模型是把双电层看作平板 电容器， 电极上的电荷位于电极表面， 溶液中的电荷集中排列在贴近电极的一个 平面上，构成紧密层。 第二种模型是分散双电层模型， 这种模型认为溶液中的离子电荷不是集中而是分 散的，分散规律遵循 Boltzmann 分布。 第三种模型是 Stern 模型， 这个模型综合了上述两个模型中的合理部分，认为溶 液中的离子分为两层， 一层排列在贴近电极的一个平面上， 另一个向溶液本体方 向扩散，即分为紧密层和分散层两层。因此， 双电层电位差为分散层电位差 1 和 紧密层电位差 - 1 之和。 第四种模型为 BDM 模型，双电层由若干层组成，内层为最靠近电极的一层，由溶 剂分子和特征吸附物质组成，分散层，OHP 层与溶液本体之间，IHP 为特性吸附 离子正中心位置。 双电层分类：离子双电层，偶极双电层，吸附双电层。
23、容量、比能量、比功率及其相关计算。
（1）容量：在一定放电条件下可从电池获得的电量，称为容量以 Q 表示，单位 是 Ah 理论容量为： Q理
t 0
zFm M ，电化当量越小，电池容量越大。电化当量： k M nF
实际容量为： Q Idt ，恒电流时 Q It 放电率：电池的放电速率，常用小时率（放电时间）和倍率（电流）来表示。 E g .电池的额定容量为 10Ah，以 2A 电流放电，则小时率为 10Ah/2A=5h，这就是 5 小时率， 以 C/5 表示； 或进行 5 小时放电， 则倍率为 10Ah/5h=2A， 表示为 0.2C， 表示电流 0.2*10=2A. 倍率：电池在规定时间放出全部的电容，用电池容量数值的倍数表示电流值。 E g . 2 倍率放电，放电电流是电池容量数值的 2 倍。 （2）比能量：又称能量密度，电池对外做功输出的电能为电量与电压的乘积。 理论上，电能 Q理 E理 GE理 /k
3、三电极体系：工作电极、参比电极、对电极（辅助电极）
工作电极：指所研究的反应在该电极上发生。 参比电极：一个已知电势，接近于理想不极化的电极，用于测定工作电极的电动 势。 对电极（辅助电极） ：与工作电极组成回路，使工作电极电流通畅，以保证所研 究的反应在工作电极上发生。
4、常用的参比电极以及电极符号
①、氢电极（SHE 或 NHE） ，符号：H+|H2|Pt，电极电动势为 0，适用于酸性溶液。 ②、甘汞电极，符号：Cl-|Hg2Cl2|Hg，饱和甘汞电极 E=0.2415V，适用于酸性或中 性溶液，电极反应 Hg2Cl2（固体）+2e=2Hg+2Cl③、银—氯化银电极，符号：Cl-|AgCl|Ag，适用于含 Cl-的体系 电极反应 AgCl(固)+e=Ag+Cl④、硫酸亚汞电极，符号：SO42-|Hg2SO4|Hg，适用于硫酸根体系 电极反应 Hg2SO4（固）+2e=2Hg+SO42⑤、氯化汞电极，符号：OH-|HgO|Hg，适用于（强）碱性溶液 电极反应 HgO+H2O+2e=Hg+2OH-
10、物质液相传质的方式？
电迁移、扩散、对流 电迁移：在电场的作用下，带点物质的定向移动。 扩散：在浓度梯度的作用下，带点的或不带电的物种由高浓度区向低浓度区 移动。分为稳态扩散和非稳态扩散。 对流：流体借助本身的流动，携带物质转移的传质方式，推动力为机械力。
11、极化和极化曲线
极化：把电流流过电极时电极电位偏离平衡电位的现象称为极化。 为使过电位为正值，阴极极化过电位为 阳极极化过电位为 式中：
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9、电毛细曲线和零电荷电位
电毛细曲线呈抛物线状。 当表面电荷变为零，界面张力达到最大值，相应的电位称为零电荷电位，以 Ez 表示。 在零电荷电位时，界面张力最大，微分电容最小。 若以 Ez 作为零点，则 E EZ ,此 为离子双电层的电位差。当 0 时，电极 表面荷正电， 0 时，电极表面没有剩余电荷，当 0 时，电极表面荷负电。
27、燃料电池的分类
①硷性燃料电池（AFC） ；②磷酸燃料电池（PAFC） ；③聚合物电解质膜燃料电池； ④熔融碳酸盐燃料电池（MCFC） ；⑤固体氧化物电解质燃料电池（SOFC） 。
28、太阳能电池
太阳能电池是把光转换为电能的光电池，属于物理电源。
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Q：电池容量， E：电池电压
比能量为单位重量或单位体积电池对外输出的能量。单位为 Wh kg 1或Wh L1
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（3）比功率：这是单位时间电池的比能量。 比功率的大小表征电池能承受的工作电流的大小。
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①汞电解槽
②隔膜电解槽
③离子膜电解槽
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20、化学电源的分类和组成部分。
分类：①原电池（一次电池） ；②蓄电池（二次电池） ；③贮备电池；④燃料电池 （连续电池） 。 基本部分：①正极和负极；②电解质；③隔膜；④外壳。
18、电催化、电催化剂的主要性能、影响电催化活性的主要因素？
电催化： 电极显著的影响某些电极反应的速度， 而电极本身不发生任何净变化的 作用。 电催化剂的主要性能：
影响因素：
19、电解制取氯碱，电解槽及工艺，电解槽的种类名称及优缺点。
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7、Tafel 公式以及计算
阴极： k ak bk ln ik 阳极： A a A bA ln i A
式中：ak RT RT ln i 0，bk anF anF RT RT ln i 0，bA nF nF
14、循环伏安曲线及应用。
循环伏安曲线：电极电位随时间线性变化， 若从起扫电位 Ei 以一定的扫描速度扫描至某 一点位 Ef，然后反扫回到 Ei 得到电流与电位 的曲线，即循环伏安曲线。 应用：可以用来判断反应的可逆性。
15、常见的过电位形式。
浓差过电位，活化过电位，电化学过电位 浓差过电位：扩散步骤成为控制步骤时，相应的过电位为浓差过电位 活化过电位：电子转移或化学转化成为控制步骤时， 相应的过电位为浓差过电位 电化学过电位：电子转移，即电化学步骤起控制作用时的电位 *浓度越大，过电位越大；电子转移或化学转化需要的活化能越高，过电位也就 越大。
25、锂离子电池
负极材料：石油焦碳和石墨；正极材料：LixCo2，也用 LixNiO2 和 LixMn2O4 电解质溶液：LiPF6+EC（二乙烯碳酸酯）+DMC（二甲基碳酸酯） 锂离子二次电池充放电时的反应式为
26、燃料电池与其他电池的不同之处
燃料电池与一般电池不同， 它所需要的电极活性物质并不存在于电池内部， 而是 全部由电池外部供给的。 原则上只要不断供给化学原料， 燃料电池就能不断工作。 优点：①能量效率高；②与其他能量转化装置相比，操作更为简单，而且效率与 负荷无关；③燃料电池运行时比较安静、清洁，废气排放量低，对环境污染少； ④可在较宽温度范围内工作， 能回收中温和高温燃料电池的废热， 提高能源综合 利用率。
16、电合成的优缺点？
缺点： （1）消耗大量电能； （2）电解槽结构复杂，生产能力不高，以及电极活性 不易维持。
17、槽电压、电流效率、电能效率、法拉第定律的定义及计算。
A) 槽电压： U Ed A K IR Ed U
U 为槽电压与理论分解电压之差值，包括阳极过电位、阴极过电位和电解槽内
5、法拉第过程和非法拉第过程。
法拉第过程：电荷经过电极/溶液界面进行传递，而引起某种物质发生氧化还原 反应，符合法拉第定律，产生法拉第电流。 非法拉第过程：一定条件下，当在一定电势范围内施加电势时，电极/溶液界面 不发生电荷传递反应，仅电势/溶液界面结构发生变化。 （吸附，脱附）
6、可逆电化学过程热力学。 （以作业题为例）
29、Fe—H2O 的电位—pH 图发生的反应及应用。
比功率与内阻有关，因 为电池的实际功率为 P IV I ( E IR内 ) IE I 2 R内
电池的内阻越大，比功率越小，也就是高速率放电性能差。
24、镉镍电池
电池符号：Cd|KOH|NiOOH
从电池反应可知，OH-并不消耗，故电解液变化不大。活性物质在充电时，负极 是金属镉，正极是半导体 NiOOH ，都能导电。 缺点：记忆效应
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Байду номын сангаас
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的欧姆电压降。 B) 电流效率： （定义） I
m nF M 实际 100% It 生产目的产物所用的电 量 100% 消耗的总电量
C)
Ed I ' t E I' 100% d 100% 电能效率： UIt U I Ed : 理论分解电压， I '：按法拉第定律计算所 需的电流
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《应用电化学》期末复习
1、电化学：研究电能和化学能相互转化以及转化过程中有关规律的科学。 2、电化学体系的基本单元是什么？
电极、隔膜、电解质溶液 电极：与电解质溶液或电解质接触的电子导体或半导体。 隔膜： 将电解槽分隔为阳极曲和阴极区， 保证阳极和阴极上的反应物和产物不互 相接触和干扰。 电解质溶液：是电极间电子传递的媒介由溶剂电解质盐电活性物质组成。

E
M eg.Cu2+还原为 Cu， nF k=63.57/2*96487=0.3294mg·C-1=1.186g ·(Ah)-1 E) 法拉第常数 F=96487C=26.8Ah F) 1mol 产物所需的电量为 nF， n 为电极反应的电子数， 因此电极产物的量可表 示为 ItM/nF
D) 电化当量: k