2010级电化学测量期末考试复习题

期末考试试卷科目：电化学测量适用专业年级：应用化学2010级一．填空（30’）1.按照电极体系中的界面种类及数量，可以将电极分为三类：第一类电极（只有一个相界面，该类电极可以细分三种：金属电极、汞齐电极、氧化还原电极；第二类电极（含两个相界面）包括：难溶盐电极、难容氧化物电极、膜电极；第三类电极为气体电极，存在气相、固相、液相三相界面。2.三电极体系由研究电极、参比电极、辅助电极、组成。3.一般地，在金属/溶液界面上的荷电物质和偶极子的定向排列称为电解质双电层。4.电极/溶液界面的许多重要性质都是相对于零电荷电势的电极电势数值所决定的，其中最主要的有表面剩余电荷的符号与数量、双电层中的电势分布、各种无机和有机粒子在界面上的吸附行为等。5.溶液中的传质过程，可以依靠三种方式进行：扩散、电迁移、液体对流。6.电极过程是复杂和多步骤的过程，因此，极化类型也有许多种。对于只有四个基本步骤（电化学步骤、双电层充电步骤、离子导电步骤和反应物、产物粒子的扩散步骤）的电极过程，共有三种极化类型：电化学极化、浓差极化、电阻极化。7．i0：id=ksδ/D,i0：id这个比值决定了电极的可逆性。i0：id越大，电极的可逆程度越好，当i0：id1时，表现为不可逆电极。8.许多电化学工程和技术中，电极和溶液间存在相对运动，这主要包括两类：一类是电极本身处于运动状态；另一类是溶液流过静止的电极。9.与稳态过程相比，暂态过程的首要特点是具有暂态电流。10.复阻抗Z是电路元件对电流的阻碍作用和移相作用的反映。11.纯电阻元件:电阻两端的电压与流经电阻的电流是同频同相的正弦交流电纯电感元件:电感两端的电压与流经的电流是同频率的正弦量，但在相位上电压比电流超前纯电容元件:(+)电容器的两端的电压和流经的电流是同频率的正弦量，只是电流在相位上比电压超前12.固体电极的双电层电容的频响特性与“纯电容”并不一致，而有或大或小的偏离，这种现象，一般称为“弥散效应”。.RmsinUUtRmmsinsinUUtIItRRmsinIItLLmsin()2UeILt2CmsinUUtmsinIIt22二、简答题.（5X6=30）1.电极总过程包括几种基本过程？答：电化学反应（电荷传递反应）过程；反应物和产物的传质过程，包括反应物从溶液本体迁移到反应区和反应产物从反应区移去；电子转移步骤的前置或后续化学反应，这些可以是均相过程；可能有发生在电极表面的吸（脱）附过程、晶体生长过程（电沉积）以及伴随电化学反应而发生的一般化学反应等。2.什么是稳态？简单举例说明。答：在指定时间范围内，电化学系统的参量（如电势、电流浓度分布、电极表面状态等）变化甚微，基本上可以认为不变，这种状态可以认为电化学稳态。如锌空气电池以中小电流放电，起初电压下降较快，后来达到比较稳定的状态，电压变化甚慢。3.比较电化学极化与浓差极化的不同（从极化曲线形式、搅拌溶液对电流密度的影响、电极材料及表面状态对反应速率的影响、改变界面电势分布对反应速率的影响、反应速率的温度系数、电极真实表面积对反应速率的影响方面回答）。P894.什么叫恒电势法和恒电流法？恒电势法和恒电流法在应用方面的不同在哪里？P935.画出Faraday阻抗等效电路、界面阻抗等效电路、电极等效电路。P1306.分析Randles图,阻抗扩散的直线可能偏离45°的原因：答:电极表面很粗糙，以致扩散过程部分相当于球面扩散；除了电极电势外，还有另外一个状态变量，这个变量在测量的过程中引起感抗。三、思考题.1.有哪些双电层机构模型？试简单说明大意及比较其优缺点。答：1，Helmholtz平板电容器模（认为正负离子整齐地排列于界面层的两侧，正负电荷分布的情况就如同平行板电容器那样）；2，Gouy-Chapman扩散双电层模型(考虑到界面溶液侧的离子不仅受金属上电荷的静电作用，而且受热运动的影响，缺点是忽略了离子的尺寸，把离子视为点电荷，只能说明极稀电解质溶液的实验结果)；3，Stern模型（提出整个双电层是出紧密层和扩散层组成的，从而使理论更加切合实际，还指出离子特性吸附的可能性，可是没有考虑它对双电层结构的影响）4，Grahame提出的GCS模型（把金属/电解质溶液界面区分围扩散层和内层两部分，两者的边界是最接近金属表面的溶剂化离子的中心所在的平面。当存在特性吸附离子时，它们更加贴近电极表面，其中心所在平面即IHP，是现代双电层理论的基础。但是没有考虑吸附溶剂分子对双电层性质的影响）5，BDM模型（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(离子成分子)，这种内层也称为紧密层、Helmholtz层或Stern层）2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：物质传递的形式有三种，即扩散、电迁移、对流。扩散的原因是存在浓度梯度。电迁移是指在电场的作用下，带电物质的定向移动。在远离电极表面的本体溶液中，浓度梯度的存在通常是很小的，此时反应的总电流主要通过所有带电物质的电迁移来实现。电荷借助电迁移通过电解质，达到传输电流的目的。造成对流的原因可以是溶液中各部分存在的温度差、密度差(自然对流)，也可以是通过搅拌使溶液作强制对流。3.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：当电极反应开始的瞬间，反应物扩散到电极表面的量赶不上电极反应消耗的量，这时电极附近溶液区域各位置上的浓度不仅与距电极表面的距离有关，还和反应进行的时间有关，这种扩散称为非稳态扩散。随着反应的继续进行，虽然反应物扩散到电极表面的量赶不上电极反应消耗的量，但有可能在某一定条件下，电吸附近溶液区域各位置上的浓度不再随时间改变，仅是距离的函数，这种扩散称为稳态扩散。稳态扩散中，通过扩散传递到电极表面的反应物种可以由Fick扩散第一定律推导出；而对于非稳态扩散，物种扩散到电极表面物种的量可以由Fick扩散第二定律推导出。4根据含锌Ni(OH)2碱性电池的EIS谱图写出结论。0%的DOD(放电深度)时不同Zn含量的Zn-Ni(OH)2碱性充电电池的EIS谱图Ni电极的等效电路图Rt(电荷转移电阻)拟合结果结论：1.同一放电深度，电荷转移电阻Rt值随着Zn含量的增加，先减小后增大,(0%DOD除外)；2.同一Zn含量的样品，Rt值随着DOD的增大而增大，归因于NiOOH的还原和镍电极的电化学极化。