现代电化学复习题汇总

1，电极反应：发生在电极/溶液界面的氧化还原反应；阳极（anode)：发生氧化反应（失电子反应）的电极;阴极(cathode)：发生还原反应（得电子反应）的电极;电极过程：电极反应及相关传质过程;控制步骤:电极过程的最慢步骤;极化：电极电势偏离平衡电极电势的现象通过阴极电流时，电极电势负移，称为阴极极化通过阳极电流时，电极电势正移，称为阳极极化超电势：电极电势与平衡电极电势的差值ηa=φa—φ平，ηc=φ平—φc与电流密度有关理想极化电极：不发生任何电极反应的电极体系;特性吸附：电极表面和活性粒子之间出现的在性质及强度上与化学键类似的相互作用。绝对电极电势:金属和溶液之间的电化学势差;相对电极电势:待测电极与参比电极所组成的电池回路的电压。“φ”氢标电势:相对于标准氢电极的电极电势;零电荷电势：电极表面不带有剩余电荷时的电极电势;二、判断下列表述是否正确1.电化学反应本质上是一种氧化还原反应（T）2.电池的阳极是正极，阴极是负极（F）3.电解池的正极发生还原反应，负极发生氧化反应（F）3.电池放电时，正极发生还原反应，负极发生氧化反应（T）4.电势越高，越有利于氧化反应的进行；电势越低，越有利于还原反应的进行（T）5.零电荷电势是电极的绝对电极电势（F）6.大多数无机阴离子具有特性吸附特征，是表面活性物质（T）三，简答1.简述电极过程的基本历程。(1).反应粒子从本体溶液向电极表面传递—液相传质步骤；(2)反应粒子在电极表面或电极表面附近的液层中进行“反应前的转化过程”，如表面吸附或化学变化—“前置的”表面转化；(3)在电极表面上得到或失去电子，生成反应产物—电化学步骤；(4)反应产物在电极表面或电极表面附近的液层中进行“反应后的转化过程”，如表面脱附或化学变化—“随后的”表面转化；(5)反应产物生成新相，例如：结晶或生成气体；或反应产物从电极表面向本体溶液—液相传质步骤；2.简述电极过程的主要特征。(1).分区进行的氧化还原反应(2).“电极/溶液”界面电场对电极反应具有活化作用。因此，电极过程是一个很特殊的异相催化反应，它不仅可以改变反应速度，而且可以改变平衡点。3.试述双电层的理论模型。BDM模型（Bockris-Davanathan-Muller）的基本思想：（1）“电极/溶液”界面两侧存在剩余电荷（电子与离子电荷）所引起的界面双电层。界面双电层包括“紧密层”与“分散层”两部份。（2）“紧密层”性质取决于界面层的结构，特别是两相中剩余电荷能相互接近的程度:无机阳带子剩余电荷由于水化程度较高，一般不能逸出水化球而直接吸附在电极表面上，其“紧密层”由水偶极分子所形成的内Helmholtz层和水化阳离子所形成的外Helmholz层所构成。大多数阴离子由于水化程度较低，又能进行特性吸附，能逸出水化膜，取代水偶极层中的水分子而直接吸附在电极表面上。（3）“紧密层”中的电势分布呈线性，“分散层”中的电势分布为非线性4.简述电极/溶液界面的形成机制。形成机制（金属电极/电解质界面）：（1）、离子双电层由电极表面的剩余电荷与溶液中与之相反的离子组成（2）、离子特性吸附由吸附于电极表面的离子电荷，以及由这层电荷所吸引的另一层离子电荷组成。（3）、偶极子的定向排布电极表面溶剂分子所受力各相异性，表面上的溶剂分子在界面取向，出现定向排布—偶极双层5.相对于常规电解电容，为什么电化学双电层电容器具有高的比电容值（F/g)？电容量：dAkC0A:高比表面－纳米多孔结构d:分子级薄的介电介质，d=10A；6,为什么在为无机盐溶液中，溶液较稀时，微分电容Cd有极小值？电极表面荷正电时，Cd值较大？因为在稀溶液中，表面电荷密度很小，分散层厚度较厚，可达几百A，微分电容Cd有极小值，电极表面正电时，吸引阴离子，大多数阴离子由于水化程度较低,又能进行特性吸附，能逸出水化膜，取代水偶极层中的水分子而直接吸附在电极表面上，因此分散层厚度小，Cd值较大、7，在电化学中为什么要研究“吸附现象”主要原因是电极/溶液界面的吸附会对电极过程动力学产生重大影响：（1）表面活性粒子不参与电极反应。它们的吸附会改变电极表面状况和双电层中电位的分布，从而影响反应粒子在电极表面的浓度和电极反应的活化能，从而影响电极反应速度；（2）表面活性粒子是反应粒子或反应产物时（包括中间产物），就会直接影响到有关分步步骤的动力学规律。8，为什么不同物质发生特性吸附的能力不同，同一物质在不同电极体系中的吸附行为也不相同？发生特性吸附包括以下能量变化：①.表面活性粒子的脱水化或部分脱水化—G1②.电极表面水分子脱附——G2③.电极与活性粒子发生短程相互作用——G3如果G1+G2＞G3，特性吸附不能发生；如果G1+G2＜G3，发生特性吸附。因此可知，不同粒子的脱水化或部分脱水化是不同的，故不同物质发生特性吸附的能力也是不同的，吸附过程与被吸附物质和电极有关，不同电极体系电极表面水分子脱附不同，与被吸附物质发生的短程相互作用也不相同，故同一物质在不同电极体系中的吸附行为不相同。2电化学极化:因电化学步骤迟缓，以致成为整个电极过程的控制性步骤或控制性步骤之一时，导致电极电势偏离平衡电极电势的现象.浓差极化:液相中传质步骤迟缓，成为电极过程的控制步骤时，引起电极表面附近反应粒子浓度的变化，致使平衡电极电势改变，称为“浓差极化”。对流:溶液中物质的粒子随流动着的液体一起运动，液体与粒子之间无相对运动扩散:因存在浓度差，组分从高浓度处向低浓度处的输送电迁移:由于液相中存在电场，带电粒子（即离子）在电场作用下发生的定向移动非稳态扩散:扩散过程的初始发展阶段,电极表面附近液层中粒子的浓度随时间而发生变化稳态扩散：表面液层中浓度差不再发展时的扩散扩散层厚度：电极表面存在浓度差的液层的厚度有效扩散层厚度：电极表面完全由扩散传质所引起的浓度差的液层厚度;i=(C0-CS)/(dC/dx)X=0传递系数：电极电势对阴极反应和阳极反应的影响程度交换电流密度：表征电极电势为平衡电势时的单向绝对反应速度标准反应速度常数：电极电势为反应体系的标准平衡电极电势和反应粒子为单位浓度时，电极反应的进行速度,厘米/秒.理想不极化电极：iº极限电流：完全浓差极化时，电流不再随电势极化增大而改变的最大电流1.电化学极化是由于反应物浓度降低所致（X）2.具有稳定电势的电极体系均可作为参比电极（X）3.电极表面液层中主要传质方式为对流（X）4.实际情况下的稳态扩散为“对流扩散”（√）5.正离子在电极上发生还原时，电迁有利于增大稳态电流（√）6.iº越大，电极越易极化（X）7.实际电极体系的扩散层中仅存在扩散传质（X）8.在研究电极/溶液界面结构时,需选用iº大的电极为研究电极(X)9.对流会引起净电流(X)10.负离子在电极上氧化，电迁有利于增大稳态电流(√)1.简述电化学步骤的基本动力学参数及其物理意义。并说明如何由Tafel公式求这些动力学参数1）交换电流密度iº表征电极电势为平衡电势时的单向绝对反应速度；2)标准反应速度常数K，iº=nFKCo1-CR表征电极电势为标准电极电势时的单向反应速度；3）传递系数、,电极电势对阴极反应和阳极反应的影响程度；Tafel公式=a+blgIC=(-2.3RT/nF)lgiº+(2.3RT/nF)lgIca=(-2.3RT/nF)lgiº或(-2.3RT/nF)lgiºb=2.3RT/nF或2.3RT/nF先由斜率求出、，再根据截距求出iº2.试述扩散层与双电层的主要区别(1)、形成机制不一样双电层—各种界面因素作用下，在电极/溶液之间形成的在结构和性质上与本体溶液不同的过渡相；扩散层—由于液相传质步骤迟缓，导致电极表面反应粒子与溶液本体之间存在浓度梯度的薄液层。(2)、空间尺寸存在巨大差异双电层—最多100-200Å；扩散层—105—106Å3.简述浓差极化和电化学极化的主要特征及区别4.对于iºId的体系,电极反应有否可能受扩散步骤控制?为什么?有可能，因为通过增加极化电势，电化学反应步骤的速度可呈指数性提高，最终导致反应粒子的传质速度跟不上反应消耗的速度，导致电极表面液层中出现浓度差，此时电极反应由浓差极化和电化学极化联合控制。5.反应完全受电化学极化控制时，外电流I与超电势之间的线形关系和半对数关系各在什么条件下出现?|I|iº时，线性关系；|I|iº时，半对数关系Ia=iº[exp(nFa/RT)-exp(-nFa/RT)]Ic=iº[exp(nFC/RT)-exp(-nFC/RT)]1)|I|iº;cRT/nF或RT/nF，表达式可变为Ic=iº[(1+nFC/RT)-(1-nFC/RT)]=iº(nF/RT)C2）|I|iºIcic=iºexp(nFC/RT)C=(-2.3RT/nF)lgiº+(2.3RT/nF)lgIc6.为什么在电极表面上反应粒子浓度几乎为零时仍有电流通过,且能得到最大的电流值—极限电流？因为扩散电流密度与浓度梯度成正比，在电极表面上反应粒子浓度几乎为零时，浓度梯度最大，此时为极限扩散：Id=nFDC0/7.为什么研究电化学反应机理时，常采用旋转圆盘电极？如何采用旋转圆盘电极来判断一个反应是否由扩散控制？在一般的平面电极上，电极上每一位点的电流密度并不相同；而在旋转圆盘电极上，由于圆盘旋转而引起的相对切向液流速度同比例地增大，整个圆盘电极表面各点的扩散层厚度相同，扩散电流密度均一，因此，有利于研究电化学反应行为。根据旋转圆盘电极上，Id与ω1/2（旋转角速度）成正比，我们可以将Id对ω1/2作图，如果成线性关系，则可判断反应由扩散控制。8.如何判断一个反应完全由浓差极化控制（1）、电极电势足够正，或足够负时，均出现极限扩散电流，且电极电势与电流表达式的半对数之间存在线性关系；(2)、旋转圆盘电极：Id与ω1/2（旋转角速度）成正比；（3）、电势阶跃：I(t)—t-1/2直线关系；电流阶跃：2/102/12/10)(tInnFRTt常数（4）、线形电势扫描：I(t)—v1/2直线关系9.简述电化学极化的主要特征。电流密度较小时，超电势与电流密度之间成线性关系；电流密度较大时，超电势与电流密度的半对数之间成线性关系10.对于混合控制来说，下列情况下超电势主要由哪些极化引起：（1）、Id≈Iciº;（2）、IdIciº；（3）、Id≈IciºId≈Iciº:超电势主要由浓差极化引起;IdIciº:超电势主要由电化学极化引起;Id≈Iciº:超电势由浓差极化和电化学极化联合引起.31、一次电池:活性物质仅能使用一次的电池2、二次电池：放电后经充电可继续循环使用的电池3、燃料电池：以电化学方式将外界连续供给的燃料和氧化剂的化学能转化为电能的装置4、电催化：在电场的作用下，存在于电极表面或溶液相中的修饰物能显著地影响在电极上发生的电子转移反应，而修饰物本身不发生任何变化的一类化学作用5、电池内阻：电流通过电池时所受到的阻力6、电池自放电：电池在开路时自动放电使电池容量降低的现象1.电池电极一般由活性物质、导电剂、黏结剂等构成，导电剂的加入主要是为了提高活性物质的i0（Ｘ）；2.隔膜不仅需要良好的机械强度，而且需要高的电子导电性（Ｘ）；3.电池所用电解液需要高的离子电导率和电子电导率（Ｘ）；4.电池的工作电压有可能高于电池的开路电压（Ｘ）；5.内阻就是电池正极和负极在进行电化学反应时发生极化所导致的阻力（Ｘ）；6.二次电池的充电电压总是高于其放电电压（√）。1.电池额定容量为20Ah，分别以10小时率和2倍率放电时的电流为多少？10小时率：20Ah/10h=2A;2倍率:2*20=40A2.电池重35克，以200mA电流从满荷电态放电至截止电压，共放电10小时，电池的平均放电电压3.7V,请计算电池容量、实际重量比能量。电池容量：200mAＸ10h=2000mAh=2Ah比能量：2AhＸ3.