應(yīng)用電化學(xué)習(xí)題.doc

陰極保護(hù)的方法有哪幾種，畫圖并簡(jiǎn)述一下各種方法，也可舉例說明。答案：1，外加電流陰極保護(hù)法。在電解質(zhì)中加入輔助電極，連接外電源正極，將要保護(hù)的金屬集體連接到外電源負(fù)極，然后調(diào)節(jié)所施加的電流，使金屬基體達(dá)到保護(hù)所需的陰極電勢(shì)。2犧牲陽極的陰極保護(hù)法。在金屬基體上富家更活潑的金屬，在電解質(zhì)中構(gòu)成短路的原電池，金屬基體成為陰極，而活潑金屬成為陽極，并不斷被溶解掉。（圖略，例子略）1，什么是電極電位？電極電位測(cè)量分為哪兩類？答案：，當(dāng)金屬與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，在金屬/溶液界面處將產(chǎn)生電化學(xué)雙電層，此雙電層兩側(cè)的金屬相與溶液相之間的電位差稱為電極電位。電極電位測(cè)量分為兩類：（1）測(cè)量腐蝕體系無外加電流作用時(shí)的自然腐蝕電位及其隨時(shí)間的變化（2）測(cè)量金屬在外加電流作用下的極化電位及其隨電流或時(shí)間的變化。2，極化曲線測(cè)試的原理與方法是？答案：1，控制電流法（以電流為自變量，測(cè)電極電位隨電流變化的函數(shù)關(guān)系）；2，控制電位法（以電位為自變量，測(cè)極化電流隨電位變化的函數(shù)關(guān)系）3，簡(jiǎn)單畫出恒電流充電曲線圖及恒電位充電曲線圖并寫出其中物理量的含義。答案：恒電流充電曲線圖恒電位充電曲線圖I0E/Rl IE/(Rp+Rl) 請(qǐng)簡(jiǎn)要說明鋰離子電池的結(jié)構(gòu)。鋰離子電池是在鋰電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一類新型二次電池，其以碳基材料作為負(fù)極，以尖晶石型的LiCoO2、LiMnO2和LiFePO4等作為正極。有機(jī)物溶液作為電解液，以聚丙烯作為隔膜。請(qǐng)簡(jiǎn)單畫出雙電層模型，并根據(jù)自己所畫的雙電層模型畫出其相對(duì)應(yīng)的電位分布圖。參考答案：請(qǐng)簡(jiǎn)述循環(huán)伏安法的基本原理。參考答案：基本原理：循環(huán)伏安法是指加在工作電極上的電勢(shì)從原始電位E0開始，以一定的掃描速度掃描到一定的電勢(shì)E1后，再將掃描方向反向進(jìn)行掃描到原始電勢(shì)E0，然后在E0和E1之間進(jìn)行循環(huán)掃描。其施加電勢(shì)和時(shí)間的關(guān)系為：E = E0 + vt簡(jiǎn)述簡(jiǎn)單金屬離子的還原過程。答案：1、水化金屬離子由本體溶液向電極表面的液相傳質(zhì)。2、電極表面溶液層中金屬離子水化數(shù)降低、水化層發(fā)生重排，使離子進(jìn)一步接近電極表面。3、部分失水的離子直接吸附于電極表面的活化部位，并借助于電極實(shí)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移，形成吸附于電極表面的水化原子；同時(shí)，由于吸附于電極表面的金屬原子的形成，電極表面水化離子濃度降低，導(dǎo)致了水化離子由本體溶液向電極表面?zhèn)鬟f的液相傳質(zhì)過程。 4、吸附于電極表面的水化原子失去水化層，成為金屬原子進(jìn)入晶格。請(qǐng)簡(jiǎn)述電泳漆的工作原理？（簡(jiǎn)答題，10分）答：電泳是電泳涂料在陰陽兩極，施加于電壓作用下，帶電荷之涂料離子移動(dòng)到陰極，并與陰極表面所產(chǎn)生之堿性作用形成不溶解物，沉積于工件表面。（2分）它包括四個(gè)過程：1、電解（分解）：在陰極反應(yīng)最初為電解反應(yīng)，生成氫氣及氫氧根離子 OH ，此反應(yīng)造成陰極面形成一高堿性邊界層，當(dāng)陽離子與氫氧根作用成為不溶于水的物質(zhì)，涂膜沉積，方程式為： H2OOH+H 。（2分，其中寫出“電解”給0.5分，其余的解釋為1.5分）2、電泳動(dòng)（泳動(dòng)、遷移）：陽離子樹脂及 H+ 在電場(chǎng)作用下，向陰極移動(dòng)，而陰離子向陽極移動(dòng)過程。（2分，其中寫出“電泳動(dòng)”給0.5分，其余的解釋為1.5分）3、電沉積（析出）：在被涂工件表面，陽離子樹脂與陰極表面堿性作用，中和而析出不沉積物，沉積于被涂工件上。（2分，其中寫出“電沉積”給0.5分，其余的解釋為1.5分）4、電滲（脫水）：涂料固體與工件表面上的涂膜為半透明性的，具有多數(shù)毛細(xì)孔，水被從陰極涂膜中排滲出來，在電場(chǎng)作用下，引起涂膜脫水，而涂膜則吸附于工件表面，而完成整個(gè)電泳過程。（2分，其中寫出“電滲”給0.5分，其余的解釋為1.5分）請(qǐng)簡(jiǎn)述電解加工的特點(diǎn)？（簡(jiǎn)答題，5分）答：(1) 加工范圍廣（不受金屬材料硬度和強(qiáng)度限制）。（1分）(2) 生產(chǎn)率高，約為電火花的5-10倍，有時(shí)比切削高。（1分）(3) 加工質(zhì)量好，無切削力和切削熱，表面無殘余應(yīng)力。（1分）(4) 可用于加工薄壁和易變形零件。（1分）(5) 工具陰極無損耗。（1分）腐蝕電池的定義是什么？基本過程是什么？形成腐蝕電池的原因是什么？至少說出3點(diǎn)定義：只能導(dǎo)致金屬材料破壞而不能對(duì)外界作有用功的短路的原電池?；具^程：（1）陽極過程。金屬進(jìn)行陽極溶解，以離子形式進(jìn)入溶液，同時(shí)將等當(dāng)量的電子留在金屬表面：neMn+ Mn+ +ne（2）陰極過程。溶液中的氧化劑吸收電極上過剩的電子，自身被還原：O + neR（3）上述兩個(gè)陰、陽極過程是在同一塊金屬上或在直接相接觸的不同金屬上進(jìn)行的，并且在金屬回路中有電流流動(dòng)。原因：金屬方面: 環(huán)境方面: (1)成分不均勻 (1)金屬離子濃度差異 (2)組織結(jié)構(gòu)不均勻 (2)氧含量的差異 (3)表面狀態(tài)不均勻 (3)溫度差異 (4)應(yīng)力和形變不均勻 (5)熱處理差異電化學(xué)腐蝕熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)關(guān)心的重點(diǎn)是什么？各自有哪些基本研究方法？ 答：電化學(xué)熱力學(xué)：是用來解決一個(gè)電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生方向和程度的問題的。 方法：能斯特公式、電動(dòng)序、電位pH圖。 電化學(xué)動(dòng)力學(xué)：一個(gè)電化學(xué)體系發(fā)生反應(yīng)的速度怎么樣，哪些因素會(huì)影響到電極反應(yīng)的速度，以及反應(yīng)速度與這些因素間的又有怎樣的函數(shù)關(guān)系，等等。方法：極化現(xiàn)象及曲線，、塔菲爾公式、腐蝕電位和腐蝕電流。什么是電池的電動(dòng)勢(shì)和開路電壓?他們大小相等嗎？電池的電動(dòng)勢(shì)(electromotive force)又稱理論電壓，是指沒有電流流過外電路時(shí)電池正負(fù)兩極之間的電極電勢(shì)差，其大小是由電池反應(yīng)的Gibbs自由能變化來決定的。電池的開路電壓 (Open Circuit Voltage) 是在無負(fù)荷情況下的電池電壓。只有可逆電池的開路電壓才等于電池電動(dòng)勢(shì)，一般電池的開路電壓總小于電池的電動(dòng)勢(shì)。析氫腐蝕和吸氧腐蝕的比較？（列表）發(fā)生鈍化的金屬或合金具有的一些特點(diǎn)？ 有哪幾種主要的鈍化理論？特點(diǎn)：（1）金屬或合金的溶解速度，即腐蝕速度大大降低；（2）金屬或合金的電極電位發(fā)生突變，一般明顯正移；（3）對(duì)金屬表面進(jìn)行探測(cè)，金屬表面成分與結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。理論：成相膜理論與吸附理論。什么是交流阻抗技術(shù)？交流阻抗技術(shù)有什么特點(diǎn)？交流阻抗法是指小幅度正弦波交流阻抗法，是控制電極電流（電位）按正弦規(guī)律隨時(shí)間變化，同時(shí)測(cè)量相應(yīng)的電極電位（或電流）隨時(shí)間的變化，或者直接測(cè)量電極的交流阻抗，進(jìn)而計(jì)算各種電極參數(shù)。E = i ZZ阻抗特點(diǎn)：1、采用小幅度交流信號(hào)測(cè)量，屬暫態(tài)電化學(xué)技術(shù)。2、微弱信號(hào)檢測(cè)。極化電位通常小于10mV。3、測(cè)試頻率范圍寬。106102Hz以下。4、腐蝕體系穩(wěn)定性的影響。自腐蝕電位Ek等參數(shù)的變化均會(huì)影響阻抗測(cè)量的精度。堿性鋅-氧化銀電池以鋅粉為負(fù)極，以氧化銀粉(Ag2O)壓制成正極，電解液為飽和了鋅酸鹽的濃堿溶液 (2045)，試寫出其正極反應(yīng)，負(fù)極反應(yīng)，電池反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)： Zn + 2OH- - 2e ZnO + H2O正極反應(yīng)： Ag2O + H2O + 2e 2Ag + 2OH-電池反應(yīng)： Zn + Ag2O ZnO + 2Ag什么是化學(xué)電源的內(nèi)阻？由哪幾部分組成?有哪些辦法能減小內(nèi)阻？?jī)?nèi)阻是化學(xué)電源的電動(dòng)勢(shì)(或開路電壓)與工作電壓的差值除以通過的工作電流。 R = ( E-V )/I內(nèi)阻歐姆內(nèi)阻電解液的歐姆內(nèi)阻電極材料的固相歐姆電阻隔膜的電阻極化內(nèi)阻 Rp = (+ + - )/I 工作時(shí)由于電化學(xué)極化和濃差極化而引起 減小歐姆內(nèi)阻的方法：縮短正負(fù)極間的距離，增加隔膜離子導(dǎo)電能力，使用高電導(dǎo)率的電解液電極的定義是什么？?jī)深悓?dǎo)體的區(qū)別有哪些？答：電極就是由金屬（或其它電子導(dǎo)體）與電解質(zhì)溶液（或其它離子導(dǎo)體）組成的電化學(xué)體系。1）第一類導(dǎo)體（電子導(dǎo)體）：荷電粒子是電子或電子空穴，它既包括普通的金屬導(dǎo)體也包括半導(dǎo)體。特點(diǎn)： A.自由電子或電子空穴作定向移動(dòng)而導(dǎo)電。B.導(dǎo)電過程中導(dǎo)體本身不發(fā)生變化。C.溫度升高，電阻也升高。D.導(dǎo)電總量全部由電子承擔(dān)2）第二類導(dǎo)體（離子導(dǎo)體）：荷電粒子是離子。特點(diǎn)：A.正、負(fù)離子作反向移動(dòng)而導(dǎo)電。B.導(dǎo)電過程中有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。C.溫度升高，電阻下降。D.導(dǎo)電總量分別由正、負(fù)離子分擔(dān)。簡(jiǎn)述鹽橋的作用及基本設(shè)計(jì)要求。作用：為降低液接電勢(shì)，使用鹽橋使兩電解質(zhì)溶液不直接接觸，又使電路溝通。設(shè)計(jì)要求：用作鹽橋的電解質(zhì)不能與電極物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)簡(jiǎn)述電解冶金的方法，并說出電解冶金與火法冶金比較有哪些特點(diǎn)？1、電解冶金分為電解提取和電解精煉。電解提?。翰捎貌蝗苄躁枠O，使經(jīng)浸出、凈化處理的電解液中的待提取金屬離子在陰極還原，制得純金屬。電解精煉：以其它方法(主要是火法冶金)煉制的粗金屬作為陽極進(jìn)行電解，通過選擇性地陽極溶解及陰極沉積，達(dá)到分離雜質(zhì)和提純金屬的目的。2、與火法冶金比較，電解冶金的特點(diǎn)：具有高的選擇性，可獲得高純金屬；能回收有用的金屬，可處理低品位的礦物及組分復(fù)雜的多金屬礦，有利于資源的綜合利用；對(duì)環(huán)境的污染較??；生產(chǎn)也較易連續(xù)化和自動(dòng)化；能耗較高。什么是電極電位？電極電位測(cè)量分為哪兩類？答案：當(dāng)金屬與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，在金屬/溶液界面處將產(chǎn)生電化學(xué)雙電層，此雙電層兩側(cè)的金屬相與溶液相之間的電位差稱為電極電位。電極電位測(cè)量分為兩類：（1）測(cè)量腐蝕體系無外加電流作用時(shí)的自然腐蝕電位及其隨時(shí)間的變化（2）測(cè)量金屬在外加電流作用下的極化電位及其隨電流或時(shí)間的變化。極化曲線測(cè)試的原理與方法是？答案：1，控制電流法（以電流為自變量，測(cè)電極電位隨電流變化的函數(shù)關(guān)系）；2，控制電位，法（以電位為自變量，測(cè)極化電流隨電位變化的函數(shù)關(guān)系）簡(jiǎn)述氯堿工業(yè)三種電解法中的汞陰極法的基本原理和優(yōu)缺點(diǎn)。電解原理：食鹽水溶液在直流電作用下，陰離子在陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)，陽離子在陰極上發(fā)生還原反應(yīng)。前者稱為陽極過程，后者稱為陰極過程。其中陰極用汞，由于氫在汞上有很高的超電勢(shì)H+不易在陰極上放電，而Na可與汞生成汞齊，因而降低了Na+的析出電位，使其可以在汞陰極上析出，反應(yīng)式為：陽極反應(yīng) 2Cl- - 2e Cl2陰極反應(yīng) Na+ + Hg + e Na-Hg在解汞室中：2Na-Hg + 2H2O 2Hg + 2Na+ + 2OH- + H2則理論分解電壓為：式中Na為汞齊中鈉的活度。電解NaCI總反應(yīng) 2NaCl + 2H2O Cl2 + 2NaOH + H2副反應(yīng)：4OH- - 4e 2H2O + O2汞槽法的主要優(yōu)點(diǎn)：是所得堿液的濃度高，接近50，可直接作為商品出售，而且純度高，幾乎不含Cl-。其直流電能消耗雖高，但它不需要蒸發(fā)濃縮堿液的后處理，故每噸堿的總能耗仍和其他二法相仿，而且對(duì)鹽水的凈化要求不像隔膜槽那樣高。從生產(chǎn)能力上看，汞槽的優(yōu)越性是所用電流密度大，而且可大幅度的變化，可避開城市用電高峰，隨時(shí)調(diào)整電流密度。汞槽的主要缺點(diǎn)是：有汞毒污染環(huán)境，必須必須嚴(yán)格控制排放污水中汞的含量，按時(shí)檢查操作工人健康狀況，加強(qiáng)勞動(dòng)保護(hù)措施。汞的價(jià)格貴，投資大是它的另一缺點(diǎn)。理論分解電壓與槽壓：理論分解電壓：理論上使某電解質(zhì)溶液能連續(xù)不斷發(fā)生電解時(shí)所必須外加的最小電壓，在數(shù)值上等于該電解池作為可逆電池時(shí)的可逆電動(dòng)勢(shì)。槽壓：在一定的電解電流密度（I）下，電解槽正負(fù)極之間的電壓（E）。等于電解過程的理論分解電壓（E可逆），陰極過電位（a），陽極過電位（c），以及電解槽中所有電阻引起的壓降（IR總）之和。E = E可逆 + a + c + IRi ；R總 = Ri = R溶液 + R隔膜 + R氣體 + R導(dǎo)體論述氯堿工業(yè)中隔膜法和離子膜法電解工藝控制的異同點(diǎn)：氯堿工業(yè)在電解食鹽水溶液時(shí)為了高效率地制取氯氣和燒堿，關(guān)鍵是要分隔兩極產(chǎn)物，阻止陰極附近生成的OH-進(jìn)入陽極區(qū)，避免H2和Cl2的混合產(chǎn)生危險(xiǎn)。 正是根據(jù)分隔產(chǎn)物的不同方法，形成了三種不同的生產(chǎn)工藝：隔膜法、水銀法和離子膜法。現(xiàn)主要討論隔膜法和離子膜法電解工藝。隔膜法：a）鹽水濃度和pH值為了提高析氯電流效率應(yīng)盡可能提高進(jìn)槽電解液中NaCl的濃度，一般要求達(dá)到320326g/L。電解液的pH值對(duì)于陽極可能發(fā)生的兩個(gè)反應(yīng)及電流效率有重大影響。國(guó)外不少氯堿工廠采用酸性鹽水pH為35。pH值升高，有利于氧的析出，降低析氯的電流效率；pH升高還導(dǎo)致氯溶解度增加，當(dāng)pH4.5后氯的溶解度急劇增大，將導(dǎo)致一系列副反應(yīng)發(fā)生；pH值也不可太小，否則可能造成電極材料和隔膜的腐蝕。b）鹽水流量和陰極區(qū)堿液的濃度鹽水的流量(流速)既關(guān)系能否阻止OH-的遷移和電流效率，又影響陰極區(qū)堿液的濃度及食鹽的分解率。 決定鹽水流量(流速)的因素，主要是鹽水加入速率、隔膜的滲透率及兩室液面差。C（NaOH）120g/L后，電流效率急劇下降，所以為了維持高的電流放率，陰極堿液的濃度控制在120140g/L之間，一般不應(yīng)超過150g/L (約12)。鹽水流量還與隔膜的滲透率即隔膜的質(zhì)量、性能有關(guān)。c）電解溫度 溫度對(duì)電解的影響是多方面的，隔膜法電解的溫度一般維持在8595oC。溫度升高的影響：可提高電解液的電導(dǎo)率，降低溶液的歐姆壓降和槽壓?？山档碗娀瘜W(xué)極化及濃度極化，這都有利于降低電解的能耗。氯在鹽水中的溶解度也下降，減少了氯的損失，可提高電流效率。氫和氯中水蒸氣含量增加，增加了后處理工序(干燥)的負(fù)擔(dān)，同時(shí)可能加劇各種材料的腐蝕。d）電流密度隔膜法電解的電流密度取決于陽極材料，因?yàn)殡姌O材料的穩(wěn)定性，壽命與電流密度有密切關(guān)系。電流密度提高可使電流效率提高，但也會(huì)使槽壓升高，能耗增加。所以應(yīng)綜合考慮，選擇較合理的電流密度