应用电化学习题

答案：1，外加电流阴极保护法。在电解质中加入辅助电极，连接外电源正极，将要保护的金属集体连接到外电源负极，然后调节所施加的电流，使金属基体达到保护所需的阴极电势。2

牺牲阳极的阴极保护法。在金属基体上富家更活泼的金属，在电解质中构成短路的原电池，金属基体成为阴极，而活泼金属成为阳极，并不断被溶解掉。（图略，例子略）

1，什么是电极电位？电极电位测量分为哪两类？

答案：，当金属与电解质溶液接触时，在金属/溶液界面处将产生电化学双电层，此双电层两侧的金属相与溶液相之间的电位差称为电极电位。电极电位测量分为两类：（1）测量腐蚀体系无外加电流作用时的自然腐蚀电位及其随时间的变化（2）测量金属在外加电流作用下的极化电位及其随电流或时间的变化。

2，极化曲线测试的原理与方法是？

答案：1，控制电流法（以电流为自变量，测电极电位随电流变化的函数关系）；2，控制电位法（以电位为自变量，测极化电流随电位变化的函数关系）

3，简单画出恒电流充电曲线图及恒电位充电曲线图并写出其中物理量的含义。 答案：恒电流充电曲线图

恒电位充电曲线图

请简要说明锂离子电池的结构。

锂离子电池是在锂电池基础上发展起来的一类新型二次电池，其以碳基材料作为负极，以尖晶石型的LiCoO2、LiMnO2和LiFePO4等作为正极。有机物溶液作为电解液，以聚丙烯作为隔膜。

请简单画出双电层模型，并根据自己所画的双电层模型画出其相对应的电位分布图。 参考答案：

I0＝E/Rl I∞＝E/(Rp+Rl)

请简述循环伏安法的基本原理。

参考答案：基本原理：循环伏安法是指加在工作电极上的电势从原始电位E0开始，以一定的扫描速度扫描到一定的电势E1后，再将扫描方向反向进行扫描到原始电势E0，然后在E0和E1之间进行循环扫描。其施加电势和时间的关系为：E = E0 + vt

简述简单金属离子的还原过程。

答案：1、水化金属离子由本体溶液向电极表面的液相传质。2、电极表面溶液层中金属离子水化数降低、水化层发生重排，使离子进一步接近电极表面。3、部分失水的离子直接吸附于电极表面的活化部位，并借助于电极实现电荷转移，形成吸附于电极表面的水化原子；同时，由于吸附于电极表面的金属原子的形成，电极表面水化离子浓度降低，导致了水化离子由本体溶液向电极表面传递的液相传质过程。 4、吸附于电极表面的水化原子失去水化层，成为金属原子进入晶格。

请简述电泳漆的工作原理？（简答题，10分）

答：电泳是电泳涂料在阴阳两极，施加于电压作用下，带电荷之涂料离子移动到阴极，并与阴极表面所产生之碱性作用形成不溶解物，沉积于工件表面。（2分）它包括四个过程：

1、电解（分解）：在阴极反应最初为电解反应，生成氢气及氢氧根离子 OH ，此反应造成阴极面形成一高碱性边界层，当阳离子与氢氧根作用成为不溶于水的物质，涂膜沉积，方程式为： H2O→OH+H 。（2分，其中写出“电解”给0.5分，其余的解释为1.5分）

2、电泳动（泳动、迁移）：阳离子树脂及 H+ 在电场作用下，向阴极移动，而阴离子向阳极移动过程。（2分，其中写出“电泳动”给0.5分，其余的解释为1.5分）

3、电沉积（析出）：在被涂工件表面，阳离子树脂与阴极表面碱性作用，中和而析出不沉积物，沉积于被涂工件上。（2分，其中写出“电沉积”给0.5分，其余的解释为1.5分）

4、电渗（脱水）：涂料固体与工件表面上的涂膜为半透明性的，具有多数毛细孔，水被从阴极涂膜中排渗出来，在电场作用下，引起涂膜脱水，而涂膜则吸附于工件表面，而完成整个电泳过程。（2分，其中写出“电渗”给0.5分，其余的解释为1.5分）

请简述电解加工的特点？（简答题，5分）

答：(1) 加工范围广（不受金属材料硬度和强度限制）。（1分）(2) 生产率高，约为电火花的5-10倍，有时比切削高。（1分）(3) 加工质量好，无切削力和切削热，表面无残余应力。（1分）(4) 可用于加工薄壁和易变形零件。（1分）(5) 工具阴极无损耗。（1分）

腐蚀电池的定义是什么？基本过程是什么？形成腐蚀电池的原因是什么？至少说出3点

定义：只能导致金属材料破坏而不能对外界作有用功的短路的原电池。

基本过程：（1）阳极过程。金属进行阳极溶解，以离子形式进入溶液，同时将等当量的电子留在金属表面：[ne·Mn+] →Mn+ +[ne]

（2）阴极过程。溶液中的氧化剂吸收电极上过剩的电子，自身被还原：O + [ne]→R （3）上述两个阴、阳极过程是在同一块金属上或在直接相接触的不同金属上进行的，并且在金属回路中有电流流动。

原因：金属方面: 环境方面: (1)成分不均匀 (1)金属离子浓度差异 (2)组织结构不均匀 (2)氧含量的差异 (3)表面状态不均匀 (3)温度差异 (4)应力和形变不均匀 (5)热处理差异

电化学腐蚀热力学和动力学关心的重点是什么？各自有哪些基本研究方法？

答：电化学热力学：是用来解决一个电化学反应的发生方向和程度的问题的。 方法：能斯特公式、电动序、电位－pH图。

电化学动力学：一个电化学体系发生反应的速度怎么样，哪些因素会影响到电极反应的速度，以及反应速度与这些因素间的又有怎样的函数关系，等等。方法：极化现象及曲线，、塔菲尔公式、腐蚀电位和腐蚀电流。

什么是电池的电动势和开路电压?他们大小相等吗？

电池的电动势(electromotive force)又称理论电压，是指没有电流流过外电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。

电池的开路电压 (Open Circuit Voltage) 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，一般电池的开路电压总小于电池的电动势。

析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较？（列表）

发生钝化的金属或合金具有的一些特点？ 有哪几种主要的钝化理论？

特点：（1）金属或合金的溶解速度，即腐蚀速度大大降低；（2）金属或合金的电极电位发生突变，一般明显正移；（3）对金属表面进行探测，金属表面成分与结构发生变化。

理论：成相膜理论与吸附理论。

什么是交流阻抗技术？交流阻抗技术有什么特点？

交流阻抗法是指小幅度正弦波交流阻抗法，是控制电极电流（电位）按正弦规律随时间变化，同时测量相应的电极电位（或电流）随时间的变化，或者直接测量电极的交流阻抗，进而计算各种电极参数。

E = i Z

Z－－－阻抗

特点：1、采用小幅度交流信号测量，属暂态电化学技术。2、微弱信号检测。极化电位通常小于10mV。3、测试频率范围宽。106～10－2Hz以下。4、腐蚀体系稳定性的影响。自腐蚀电位Ek等参数的变化均会影响阻抗测量的精度。

碱性锌-氧化银电池以锌粉为负极，以氧化银粉(Ag2O)压制成正极，电解液为饱和了锌酸盐的浓碱溶液 (20～45％)，试写出其正极反应，负极反应，电池反应

负极反应： Zn + 2OH- - 2e  ZnO + H2O 正极反应： Ag2O + H2O + 2e  2Ag + 2OH- 电池反应： Zn + Ag2O  ZnO + 2Ag

什么是化学电源的内阻？由哪几部分组成?有哪些办法能减小内阻？

内阻是化学电源的电动势(或开路电压)与工作电压的差值除以通过的工作电流。 R = ( E-V )/I

电解液的欧姆内阻

欧姆内阻{电极材料的固相欧姆电阻

隔膜的电阻内阻

极化内阻 Rp = (η+ + η− )/I

{ 工作时由于电化学极化和浓差极化而引起

减小欧姆内阻的方法：缩短正负极间的距离，增加隔膜离子导电能力，使用高电导率的电解液

电极的定义是什么？两类导体的区别有哪些？

答：电极就是由金属（或其它电子导体）与电解质溶液（或其它离子导体）组成的电化学体系。

1）第一类导体（电子导体）：荷电粒子是电子或电子空穴，它既包括普通的金属导体也包括半导体。特点： A.自由电子或电子空穴作定向移动而导电。B.导电过程中导体本身不发生变化。C.温度升高，电阻也升高。D.导电总量全部由电子承担

2）第二类导体（离子导体）：荷电粒子是离子。特点：A.正、负离子作反向移动而导电。B.导电过程中有化学反应发生。C.温度升高，电阻下降。D.导电总量分别由正、负离子分担。

简述盐桥的作用及基本设计要求。

作用：为降低液接电势，使用盐桥使两电解质溶液不直接接触，又使电路沟通。设计要求：用作盐桥的电解质不能与电极物质发生反应

简述电解冶金的方法，并说出电解冶金与火法冶金比较有哪些特点？ 1、电解冶金分为电解提取和电解精炼。

电解提取：采用不溶性阳极，使经浸出、净化处理的电解液中的待提取金属离子在阴极还原，制得纯金属。

电解精炼：以其它方法(主要是火法冶金)炼制的粗金属作为阳极进行电解，通过选择性地阳极溶解及阴极沉积，达到分离杂质和提纯金属的目的。

2、与火法冶金比较，电解冶金的特点：

①具有高的选择性，可获得高纯金属；②能回收有用的金属，可处理低品位的矿物及组分复杂的多金属矿，有利于资源的综合利用；③对环境的污染较小；④生产也较易连续化和自动化；⑤能耗较高。

什么是电极电位？电极电位测量分为哪两类？

答案：当金属与电解质溶液接触时，在金属/溶液界面处将产生电化学双电层，此双电层两侧的金属相与溶液相之间的电位差称为电极电位。电极电位测量分为两类：（1）测量腐蚀体系无外加电流作用时的自然腐蚀电位及其随时间的变化（2）测量金属在外加电流作用

下的极化电位及其随电流或时间的变化。

极化曲线测试的原理与方法是？

答案：1，控制电流法（以电流为自变量，测电极电位随电流变化的函数关系）；2，控制电位，法（以电位为自变量，测极化电流随电位变化的函数关系）

简述氯碱工业三种电解法中的汞阴极法的基本原理和优缺点。

电解原理：食盐水溶液在直流电作用下，阴离子在阳极上发生氧化反应，阳离子在阴极上发生还原反应。前者称为阳极过程，后者称为阴极过程。其中阴极用汞，由于氢在汞上有很高的超电势H不易在阴极上放电，而Na可与汞生成汞齐，因而降低了Na的析出电位，使其可以在汞阴极上析出，反应式为：

阳极反应 2Cl- 2e → Cl2 阴极反应 Na + Hg + e → Na-Hg

在解汞室中：2Na-Hg + 2H2O ＝ 2Hg + 2Na+ 2OH+ H2 则理论分解电压为：式中αNa为汞齐中钠的活度。

+

-

+-

+

+

E阳阴pO2aNaRTRT1.36(1.90)()ln()()ln()FaNaFaCI电解NaCI总反应 2NaCl + 2H2O → Cl2 + 2NaOH + H2 副反应：4OH - 4e → 2H2O + O2

汞槽法的主要优点：是所得碱液的浓度高，接近50％，可直接作为商品出售，而且纯度高，几乎不含Cl-。其直流电能消耗虽高，但它不需要蒸发浓缩碱液的后处理，故每吨碱的总能耗仍和其他二法相仿，而且对盐水的净化要求不像隔膜槽那样高。从生产能力上看，汞槽的优越性是所用电流密度大，而且可大幅度的变化，可避开城市用电高峰，随时调整电流密度。

汞槽的主要缺点是：有汞毒污染环境，必须必须严格控制排放污水中汞的含量，按时检查操作工人健康状况，加强劳动保护措施。汞的价格贵，投资大是它的另一缺点。

理论分解电压与槽压：

理论分解电压：理论上使某电解质溶液能连续不断发生电解时所必须外加的最小电压，在数值上等于该电解池作为可逆电池时的可逆电动势。

槽压：在一定的电解电流密度（I）下，电解槽正负极之间的电压（E）。等于电解过程的理论分解电压（E可逆），阴极过电位（ηa），阳极过电位（ηc），以及电解槽中所有电阻引起的压降（IR总）之和。

E = E可逆 + ηa + ηc + ∑ IRi ；R总 = ∑ Ri = R溶液 + R隔膜 + R气体 + R导体 论述氯碱工业中隔膜法和离子膜法电解工艺控制的异同点：

-

12

氯碱工业在电解食盐水溶液时为了高效率地制取氯气和烧碱，关键是要分隔两极产物，阻止阴极附近生成的OH-进入阳极区，避免H2和Cl2的混合产生危险。

正是根据分隔产物的不同方法，形成了三种不同的生产工艺：隔膜法、水银法和离子膜法。现主要讨论隔膜法和离子膜法电解工艺。

隔膜法：

a）盐水浓度和pH值

为了提高析氯电流效率应尽可能提高进槽电解液中NaCl的浓度，一般要求达到320~326g/L。

电解液的pH值对于阳极可能发生的两个反应及电流效率有重大影响。国外不少氯碱工厂采用酸性盐水pH为3~5。pH值升高，有利于氧的析出，降低析氯的电流效率；pH升高还导致氯溶解度增加，当pH＞4.5后氯的溶解度急剧增大，将导致一系列副反应发生；pH值也不可太小，否则可能造成电极材料和隔膜的腐蚀。

b）盐水流量和阴极区碱液的浓度

盐水的流量(流速)既关系能否阻止OH-的迁移和电流效率，又影响阴极区碱液的浓度及食盐的分解率。 决定盐水流量(流速)的因素，主要是盐水加入速率、隔膜的渗透率及两室液面差。

C（NaOH）＞120g/L后，电流效率急剧下降，所以为了维持高的电流放率，阴极碱液的浓度控制在120~140g/L之间，一般不应超过150g/L (约12％)。

盐水流量还与隔膜的渗透率即隔膜的质量、性能有关。 c）电解温度

温度对电解的影响是多方面的，隔膜法电解的温度一般维持在85~95oC。 温度升高的影响：

§可提高电解液的电导率，降低溶液的欧姆压降和槽压。可降低电化学极化及浓度极化，这都有利于降低电解的能耗。

§氯在盐水中的溶解度也下降，减少了氯的损失，可提高电流效率。

§氢和氯中水蒸气含量增加，增加了后处理工序(干燥)的负担，同时可能加剧各种材料的腐蚀。

d）电流密度

隔膜法电解的电流密度取决于阳极材料，因为电极材料的稳定性，寿命与电流密度有密切关系。

电流密度提高可使电流效率提高，但也会使槽压升高，能耗增加。所以应综合考虑，选择较合理的电流密度— — “经济电流密度”。

离子膜电解法：

a）阳极液中的盐水的质量：浓度、pH、杂质 b）阴极液中的NaOH浓度

阴极液中NaOH浓度对离子交换膜的导电性能及离子的选择透过性能影响甚大，由此而对槽压和电流效率产生影响。必须根据不同的离子膜的性能，进行控制。

c）电流密度

离子膜电解法的电流密度高于隔膜电解法， 一般为3000~4000A/m 2。增大电流密度可提高生产强度，但电流密度过高时，将使离子膜中Na+迁移数下降，槽压升高，电流效率下降。

d）电解温度

一般为80~90℃，电解温度需保持稳定。 e）电解槽中气体的压力

离子膜电解槽中阴极室的气体（ H2 ）压力应大于阳极室的气体(Cl2)压力，这可

以使离子膜靠近阳极，并利用阳极的析气效应改善传质。但是这一压差应力求稳定。 f）烧碱中的含盐量

离子膜电解法生产的烧碱中的含盐量与膜的性能及工作条件有关。取决于以下因素： ①阳极液中NaCl的含量：一般NaCl浓度降低时，水的移动速度加快，从而使阴极碱液中的含盐量提高；

②电流密度：提高电流密度时，电极极化加大，使得电极间电场强度增大，因而抑制了负离子(Cl-)向阴极的移动，使阴极碱液中的含盐量降低。

离子膜电解法与普通隔膜电解法工艺的主要区别： ①增加了二次盐水精制工序（脱氯、杂质）； ②需向电解槽的阴极区加入纯水；

③电解槽阳极区引出的稀盐水经脱氯、重饱和，二次精制后可再度使用；

④阴极室输出的30~35％的液碱，既可直接作为商品，也可继续蒸发为50％的烧碱或固碱。