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1、1， 电化学实际应用的范围及分类有哪些？答：(1)电合成无机物和有机物，例如氯气、氢氧化钠、高锰酸钾、己二腈、四烷基铅；(2)金属的提取与精炼，例如熔盐电解制取铝、湿法电冶锌、电解精练铜； (3)电池，例如锌锰电池、铅酸电池、镍硌电池、锂电池、燃料电池、太阳能电池；(4)金属腐蚀和防护的研究，采取有效的保护措施，例如电化学保护、缓蚀剂保护；(5)表面精饰，包括电镀、阳极氧化、电泳涂漆等；(6)电解加工，包括电成型(电铸)、电切削、电抛磨；(7)电化学分离技术，例如电渗析、电凝聚、电浮离等应用于工业生产或废水处理；(8)电分析方法在工农业、环境保护、医药卫生等方面的应用。3，试说明参比电极应具有
2、的性能和用途。答：参比电极是理想不极化电极，它应具备下列性能：应是可逆电极，其电极电势符合Nernst方程；参比电极反应应有较大的交换电流密度，流过微小的电流时电极电势能迅速恢复原状；应具有良好的电势稳定性和重现性等。参比电极是指一个已知电势的接近于理想不极化的电极，参比电极上基本没有电流通过，用于测定研究电极(相对于参比电极)的电极电势。实际上，参比电极起着既提供热力学参比，又将工作电极作为研究体系隔离的双重作用。4 , 试说明工作电极应具有的性能和用途。答：工作电极(working electrode，简称WE)：又称研究电极，是指所研究的反应在该电极上发生。一般来讲，对工作电极的基本要求
3、是：所研究的电化学反应不会因电极自身所发生的反比而受到影响，并且能够在较大的电位区域中进行测定；电极必须不与溶剂或电解液组分发生反应；电极面积不宜太大，电极表面最好应是均一、平滑的，且能够通过简单的方法进行表面净化等等。工作电极可以是固体，也可以是液体，各式各样的能导电的固体材料均能用作电极。通常根据研究的性质来预先确定电极材料，但最普通的“惰性”固体电极材料是玻碳(GC)、铂、金、银、铅和导电玻璃等。采用固体电极时，为了保证实验的重现性，必须注意建立合适的电极预处理步骤，以保证氧化还原、表面形貌和不存在吸附杂质的可重现状态。在液体电极中，汞和汞齐是最常用的工作电极，它们都是液体，都有可重现的
4、均相表面，制备和保持清洁都较容易，同时电极上高的氢析出超电势提高了在负电位下的工作窗口，已被广泛用于电化学分析中。5，试说明辅助电极应具有的性能及用途。答：辅助电极和工作电极组成回路，使工作电极上电流畅通，以保证所研究的反应在工作电极上发生，但必须无任何方式限制电池观测的响应。由于工作电极发生氧化或还原反应时，辅助电极上可以安排为气体的析出反应或工作电极反应的逆反应，以使电解液组分不变，即辅助电极的性能一般不显著影响研究电极上的反应。但减少辅助电极上的反应对工作电极干扰的最好办法可能是用烧结玻璃、多孔陶瓷或离子交换膜等来隔离两电极区的溶液。为了避免辅助电极对测量到的数据产生任何特征性影响，对辅
5、助电极的结构还是有一定的要求。如与工作电极相比，辅助电极应具有大的表面积使得外部所加的极化主要作用于工作电极上，辅助电极本身电阻要小，而且不容易极化，同时对其形状和位置也有要求。6，作为有机溶剂应具有哪些条件?答：作为有机溶剂应具有如下条件：可溶解足够量的支持电解质；具有足够使支持电解质离解的介电常数；常温下为液体，并且其蒸气压不大；黏性不能太大，毒性要小；可以测定的电位范围(电位窗口)大等。7，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-Chapma
6、n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
7、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）8，李普曼公式可以做什么计算，说明什么问题？答：该公式表示在一定的温度和压力下，在溶液组成不变的条件下，、和之间存在一定的定量关系（ ）。根据该式可以由毛细曲线中任意一点上的斜率求出该电极电势下的表面电荷密度。如由毛细曲线中求得某点的0，则0，表明电极表面带负电。在曲线的最高点，0，即0，表明电极表面不带电，达一点相应的电极电势称为“零电荷电势”，用表示。9，零电荷的电势可用哪些方法测定？零电荷电
8、势说明什么现象？能利用零电荷电势计算绝对电极电位吗？。答：在毛细曲线的最高点，0，即0，表明电极表面不带电，达一点相应的电极电势称为“零电荷电势”，用表示。零电荷电势可以用实验方法测定，主要的方法有电毛细曲线法及微分电容曲线法(稀溶液中)，除此之外，还可以通过测定气泡的临界接触角、固体的密度、润湿性等方法来确定。零电荷电势是研究电极/溶液界面性质的一个基本参考点。在电化学中有可能把零电荷电势逐渐确定为基本的参考电位，把相对于零电荷电势的电极电势称为“合理电势”，用()表示。10，电极反应的种类主要有哪些？答：(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
9、子迁移反应(7)腐蚀反应(6)气体析出反应(5)多孔气体扩散电极中的气体还原或氧化反应11，何谓CE机理和EC机理？答： CE机理：是指在发生电子迁移反应之前发生了化学反应为：在给定的电势区间，溶液中反应物的主要存在形式X是非电活性物种，不能在电极表面进行电化学反应，必须通过化学步骤先生成电活性物种，后者再在电极上进行电荷传递。这类反应的例子有金属配离子的还原、弱酸性缓冲溶液中氢气的析出以及异构化为前置步骤的有机电极过程等：(2)EC机理：是指在电极/溶液界面发生电子迁移反应后又发生了化学反应，其通式可表示为；随后质子转移过程的有机物还原以及金属电极在含配合物介质中的阳极溶解等均属于这类反应。
10、12，试推导高正超电势时I关系式，并同Tafel方程比较答：在强极化的条件下，由Butler-Volmer方程可以推导出Tafel经验方程。Tafel经验方程中的a,b可以确定为：Tafel方程是人类经验的总结，方程只适用于不存在物质传递对电流影响(即极化超电势较大)的情况。如果电极反应动力学过程相当容易，在超电势不是很大时，就能够达到物质传递的极限电流，对这样的体系，Tafel方程就不适用。Tafel行为是完全不可逆电极过程的标志。对于Tafel方程，高超电势下阴极支的斜率为，高正超电势下阳极支的斜率为，阴极、阳极的曲线外推到可得到截距，从而可求得交换电流的大小。13，溶液中有哪几种传质方式
11、，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。14，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
12、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。 第三章 化学电源答：电池容量是指在定放电条件下，电池放电到终止电压时所放出的电量，单位为库仑()或安时(Ah)。比容量是单位质量或单位体积电池所输出的电量。4，答：电池的电动势又称理论电压，是指没有电流流过外电
13、路时电池正负两极之间的电极电势差，其大小是由电池反应的Gibbs自由能变化来决定的。由于Gibbs自由能的减小等于化学反应的最大有用功，故电池的电动势也就是放电的极限电压。电池的开路电压是在无负荷情况下的电池电压，只有可逆电池的开路电压才等于电池电动势，般电池的开路电压总小于电池的电动势。5，答：电池的能量是指在一定放电条件下，电池所能作出的电功，它等于放电容量和电池平均工作电压的乘积，常用单位为瓦时(Wh)。电池的比能量(或能量密度)是指单位质量或单位体积的电池所输出的能量，分别以Whkg-1和WhL-1表示。电池的功率(power)是指在一定放电条件下，电池在单位时间内所输出的能量，其单位
14、为瓦(W)或千瓦(kW)。电池的比功率(或功率密度)是指单位质量或单位体积的电池所输出的功率分别以Wkg-1和WL-1表示。6，答：电池的寿命包含有三种涵义。即使用寿命、循环寿命、贮存寿命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，在一定充放电条件下，电池经历充放电循环的次数，对于次电池、燃料电池则不存在循环寿命。显然，循环寿命越长，电池的可逆性能就越好；循环寿命与放电深度、充放电电流和温度等有关。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，影响电池贮存寿命的主要原因是电池自放电。电池自放电的原因：(1)不期望的副反应的发生(2)电
15、池内部变化而导致的接触问题，(3)活性物质的再结晶，(4)电池的负极大多使用的是活泼金属，可能发生阳极溶解，(5)无外接负载时电池在电解质桥上的放电等。7，答：选择电池时须考虑的重要事项如下： (1)电池类型(2)电化学体系(3)电压(4)负载和放电形式(5)放电制度(6)温度(7)使用时间 (8)物理性能(9)贮存性能 (10)充放电循环(11)环境条件 (12)安全性和可靠性(13)苛刻的工作条件(14)维护和补充(15)成本8，答：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。二次电池，又称蓄电池或可充电电池，为电池放电后可通过充电方法使活性物质复原后能够再放电，且充
16、、放电过程能反复多次循环进行的一类电池。燃料电池是一种不经过燃烧直接以电化学反应方式将燃料和氧化剂的化学能转变为电能的高效发电装置。燃料电池是将燃料的化学能直接转变为电能的装置，它不同于一次电池和二次电池。一次电池的活性物质利用完毕就不能再放出电能，二次电池在充电时不能输出电能；而燃料电池只要不间断地供给电池以燃料，就能不断输出电能。答：16，简单叙述燃料电池的类型和特点答：1氢-氧燃料电池， 氢-氧燃料电池根据电解质性质可分为酸性、碱性和熔盐燃料电池。根据工作温度的不同，分为低温（298373K）、中温（373773K）和高温（7731273K）三种。2，有机物一氧燃料电池 ,3金属一氧燃料电池 ， 目前正在研究的是Mg、
