《应用电化学》复习思考题参考答案

《应用电化学》思考题

第一章电化学理论基础

1．什么是电化学体系？基本单元有那些？

（1）由两类不同导体组成，且在电荷转移时不可避免地伴随有物质变化的体系，通常有原电池、电解池、腐蚀电池三大类型。

（2）1.电极 2.电解质溶液 3.隔膜

2．试举例说明隔膜的作用。

隔膜是将电解槽分隔为阳极区和阴极区，以保证阴极、阳极上发生氧化－还原反应的反应物和产物不互相接触和干扰。例如采用玻璃滤板隔膜、盐桥和离子交换膜，起传导电流作用的离子可以透过隔膜。

3．试描述现代双电层理论的概要.

电极\溶液界面的双电层的溶液一侧被认为是由若干“层”组成的。最靠近电极的一层为内层，它包含有溶剂分子和所谓的特性吸附的物质（离子或分子），这种内层也称为紧密层、helmholtz层或stern层，如图1.5所示。实际上，大多数溶剂分子（如水）都是强极性分子，能在电极表面定向吸附形成一层偶极层。特性吸附离子的电中心位置叫内holmholtz层（IHP），它是在距离为x1处。溶剂化离子只能接近到距电极为x2的距离处，这些最近的溶剂化离子中心的位置称外helmholtz层（OHP）。非特性吸附离子由于电场的作用会分布于称为分散层（扩散层）的三维区间内并延伸到本体溶液。在OHP层与溶液本体之间是分散层。

4．什么是电极的法拉第过程和非法拉第过程。

电极上发生的反应过程有两种类型，法拉第过程和非法拉第过程。

前者是电荷经过电极/溶液界面进行传递而引起的某种物质发生氧化或还原反应时的法拉第过程，其规律符合法拉第定律，所引起的电流称法拉第电流。

后者是在一定条件下，当在一定电势范围内施加电位时，电极/溶液界面并不发生电荷传递反应，仅仅是电极/溶液界面的结构发生变化，这种过程称非法拉第过程。

5．试述电极反应的种类和机理。

电极反应种类:（1）简单电子迁移反应；(2)金属沉积反应;（3）表面膜的转移反应;（4）伴随着化学反应的电子迁移反应;（5）多孔气体扩散电极中的气体还原或氧化反应;（6）气体析出反应;（7）腐蚀反

应

电极反应的机理:

（1）CE机理：指在发生电子迁移反应之前发生了化学反应，其通式为：

X O X+ne Red

H2HCHO + H2O C步骤

HCHO + 2H+ + 2e →CH3OH E步骤

(2) EC机理：指在电极/溶液界面发生电子迁移反应后又发生了化学反应，其通式为：

O X+Ze→Red X

如：对氨基苯酚在Pt电极上的氧化反应

（3）催化机理

a、“外壳层”催化：

EC机理中的一种，指在电极和溶液之间的电子传递反应，通过电极表面物种氧化—还原的媒介作用，使反应在比裸电极低的超电势下发生，其通式可表示如下：

X + ne Red E步骤

X + Y C步骤

如：Fe3+/Fe2+电对催化H2O2的还原反应：

1/2H2O2+e→OH-

3+2+

Fe+ 1/2H2O2→Fe3++ OH-

b、“内壳层”催化：

也称为化学氧化—还原催化，即当反应物的总电化学反应中包括旧键的断裂和新键的形成时，发生在电子转移步骤的前、后或其中而产生了某种化学加成物或某些其它的电活性中间体，总的活化能会被某些“化学的”氧化—还原催化剂所降低。

如：酸性介质中甲醇在铂电极上的电催化氧化反应

Pt + CH3OH →Pt -(CH3OH)ad

4Pt + Pt- (CH3OH)ad →4Pt - Had + Pt-(CO)ad

2Pt + H2O →Pt -Had + Pt- OHad

Pt- (CO)ad + Pt -OHad →2Pt + CO2 + H+ + e

（4）ECE机理：指氧化还原物种先在电极上发生电子迁移反应，接着又发生化学反应，在此两反应后又发生了电子迁移反应，生成产物。如对亚硝基苯酚的还原反应：

第三章化学电源

1.什么是化学电源？试述其结构和类型

（1）化学电源：又称电池，是将氧化-还原反应的化学能直接转变为电能的装置.（2）化学电源的结构:

电极材料（正、负极）、隔膜、电解液、外壳等

化学电源的类型:①一次电池（原电池）②二次电池（蓄电池或可充电电池）③贮备电池④燃料电池

2.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

电池容量、连续放电、间歇放电、电池的寿命、自放电、过充电等.。

电动势E：又称理论电压，是指没有电流流过外电路时电池正负两极之间的电极电势差。开路电压OCV：是在无负荷情况下的电池电压，一般OCV≤E，只有可逆电池的OCV＝E。

工作电压V：是指电池有电流流过时的端电压。

额定电压：指电池工作时公认的标准电压。

中点电压：指电池放电期间的平均电压。

2

3

截止电压：指电池放电终止时的电压值。

电池容量C ：指在一定放电条件下，电池放电到终止电压时所能放出的电量，单位为库仑（C ）或安时（A·h ） C=mzF/M

由图可知，间歇放电时电池的容量要较连续放电时的大。

电池的寿命包含三种涵义：使用寿命是指在一定条件下，电池工作到不能使用的工作时间。循环寿命是指在二次电池报废之前，在一定条件放电条件下，电池经历充放电循环的次数，对于一次电池、燃烧电池则不存在循环寿命。贮存寿命是指电池性能或电池容量降低到额定指标以下时的贮存时间。

自放电是指由于电池种一些自发过程的进行而引起的电池容量的损失。

充电时间太长，电池可能被过充电。

3. 什么是一次电池？一次的原因是什么？有何优点？

（1）一次电池（原电池）为电池放电后不能用充电的方法使它复原的一类电池。

（2）原因是由于电池反应或电极反应的不可逆性或条件限制使电池反应很难可逆地进行所决定的。

（3）主要优点是：方便、简单、容易使用，维修工作量极少。其他优点有：贮存寿命长，适当的比能量和比功率，可靠，成本低。

4. 写出氯化铵型锌锰一次电池表达式及电极反应和成流反应

氯化铵型锌锰电池：

电池表达式 ：(-) Zn │NH 4Cl+ZnCl 2│MnO 2 , C (+)

负极反应：Zn －2e →Zn 2+

正极反应：2MnO 2+2H 2O+2e →2MnOOH+2OH –

电池反应：Zn+2MnO 2+2NH 4Cl →2MnOOH+Zn(NH 3)2Cl 2

5. 写出碱性锌锰一次电池表达式及电极电池反应，并说明其主要结构和特征。

电池表达式为 ：(一)Zn │浓KOH │MnO 2 ，C （+）

负极反应： Zn+2OH - —2e →Zn(OH)2

Zn(OH)2+2OH -→[Zn(OH)4]2-

正极反应： MnO 2+H 2O+e →MnOOH+OH -

MnOOH+H 2O+e →Mn(OH)2+OH –

电池反应：Zn+MnO 2+2H 2O+2OH -→Mn(OH)2+Zn(OH)42-

电池采用浓KOH 作电解液（PH ≈5），采用Zn 和石墨分别作为负极和正极的集电器。该电池的特点是自放电小、内阻小、放电电压比盐类电解液的要高且稳定，同时由于电解MnO 2(EMD)的使用，电池具有较高的容量。

6. 试述锂一次电池的通性，写出Li/SO 2电池的电极和电池反应

电压

时间