电化学的作业答案

2.3RT ㏒αZn2+

0.0591㏒0.044

0.45×2×0.210.0591

0.03I

0αnF η

2.3RT

2013年应用电化学习题参考答案

Chapter 1

1、 为什么不能用普通电压表测量电动势？应该怎样测量？

（1）电动势的概念:电动势是一个容易精确测量但含义复杂的参数。其定义为：在电池中没有电流通过时，自发电池两个终端相之间的电位差。它是断路情况下原电池两极间的电位差，等于组成电池的各个相界面的代数和。

（2）不能用普通电压表测量电动势。因为电动势=内部电压+输出电压，而普通电压表测定的电压为电池的输出电压（端电压）。

（3）电动势测量具体方法很多。常用电位差计来测量，电位差计利用补偿法和比较法实现对电动势的测量。

2、 试总结比较以下概念：平衡电位，标准电位，稳定电位，极化电位，过电位 平衡电位：处于热力学平衡状态的电极体系的电极电位。由于氧化反应和还原反应速度相等，电荷交换和物质交换都处于动态平衡之中，因而净反应速度为零，电极上没有电流通过，即外电流等于零。这时的电极电位就是平衡电位。 稳定电位：热力学非平衡电极体系在电荷交换达到平衡时的电极电位，数值不随时间而发生改变。但此时可能物质交换不平衡，如共轭体系。

标准电位：25℃电极体系各组分均处于标准态下的电极电位。

极化电位：有电流通过时电极体系的实际电极电位，因为有极化发生，所以又称极化电位。 过电位：某一电流密度下极化电极电位与该电极的平衡电极电位之间的差值称为过电位。 3、25℃锌从ZnSO 4（1mol/L ）溶液中电解沉积的速度为0.03A/cm 2时，阴极电位为-1.013V 。已知电极过程的控制步骤是电子转移步骤，传递系数为α=0.45以及1mol/L ZnSO 4溶液的平均活度系数γ=0.044。试问25℃时该电极反应的交换电流密度是多少？ 解： 电极反应：Zn 2+ + 2e → Zn

在1mol/L ZnSO 4溶液中，αZn2+ =γ±C Zn2+=0.044; φ0=-0.763V ； φ平 =φ0 + = -0.763+ = -0.803V

已知φ=-1.013V ；α=0.45；I=0.03 A/㎝2

η =（φ平 - φ）= ㏒I 0 + ㏒I

=-0.803-(-1.013)=0.21v

㏒ =

㏒ =

所以：I 0=1.9×10-5 A/㎝2

4、在0.1mol/L ZnCl 2溶液中电解还原锌离子时，阴极过程为浓差极化。已知锌离子的扩散系数为1×10-5cm 2/s ，扩散层有效厚度为1.2×10-2cm 。试求：

-2.3RT αnF 2.3RT I

I

（1）20℃时阴极的极限扩散电流密度。

（2）20℃时测得阴极过电位为0.029V ，相应的阴极电流密度应为多少？

解： 电极反应：Zn 2+ + 2e → Zn

（1） 稳态浓差极化时，极限扩散电流密度为

j d = nFDc 0/δ

已知：n=2；c 0 = 0.1mol/L=0.1×10-3mol/㎝3；δ=1.2×10-2㎝；D=1×10-5㎝2/s 。 所以 j d = 2×96500×1×10-5×0.1×10-3/1.2×10-2=0.016A/㎝2

（2） 因为是浓差极化，因此阴极过电位就是浓差极化过电位，阴极电流即为扩散电流。

η浓差= -2.3RT ㏒(1-j/j d )/2F ㏒(1-j/j d ) = -2Fη浓差/2.3RT=-2×0.029/0.0581=-1 1-j/j d = 0.1 j= 0.9j d =0.9×0.016=0.0144 A/cm 2 5、试比较电化学极化与浓度极化的异同？

极化是电流通过电极时，电极电势偏离平衡电极电势的现象。

浓差极化：在电化学过程中，由于有电极反应发生，造成电极附近溶液的浓度和本体溶液（指离开电极较远、浓度均匀的溶液）浓度发生了差别所致。或者说浓度极化是因为电解质溶液中物质传递速率慢引起。

电化学极化——在电解过程中，由于电极表面上电子交换过程（电荷传递或电化学反应）进行缓慢而引起的电极电势偏离平衡电极电势的现象。 浓度极化和电化学极化的特点：见讲义

6、试述交换电流密度的意义和影响因素。 （1）交换电流密度定义

在平衡电位下，电极过程正反应和逆反应（或氧化和还原反应）的速率相等，正反应）或逆反应）的速率即为交换电流密度。 E=E e

⎪⎭

⎫ ⎝⎛--=⎪⎭⎫

⎝⎛=∞

∞e C O o e A R o o E RT nF c k nF E RT nF c k nF I ααexp exp

（2）交换电流密度的意义

Exchange current density is a very useful parameter in the description of the kinetics of electrode reactions but is primarily a measure of the amount of electron-transfer activity in the equilibrium situation. A high value indicates that much simultaneous oxidation and reduction is taking place and is indicative of an inherently fast reaction. A small value suggests that only a small amount of electron-transfer occurs at the equilibrium potential and is a symptom of a slow electrode reaction.

（3）交换电流密度的影响因素

a) rate constants

b) electrode materials c) concentration

Chapter 2