應(yīng)用電化學(xué)復(fù)習(xí)

1、一、化學(xué)電源的基本概念1. 化學(xué)電源的組成和工作原理組成：電極、電解質(zhì)、隔膜、外殼。工作原理：化學(xué)電源就是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換的裝置。放電時(shí)，電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽潆姇r(shí)則是將電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能貯存起來(lái)。以丹尼爾電池為例討論化學(xué)電源的工作原理：丹尼爾電池：（）znznso4|cuso4cu(+)負(fù)極： zn2e zn2 氧化正極： cu22ecu 還原電池反應(yīng)：zncu2zn2cu 成流反應(yīng)2. 化學(xué)電源的基本組成部分及其作用電極：在電池充放電過(guò)程中參與電極反應(yīng)，是直接決定電池容量和電化學(xué)性能。電解質(zhì)：電池的主要組成之一，在電池內(nèi)部擔(dān)負(fù)著傳遞正負(fù)極之間電荷的作用。隔膜：將電池正負(fù)極隔開防止兩極直接接

2、觸而短路。 外殼：電池的容器。3. 化學(xué)電源的主要性能指標(biāo)（1）電池的開路電壓與電動(dòng)勢(shì)：電動(dòng)勢(shì)e：電池兩極斷路時(shí)，處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)下，兩極的平衡電位之差。開路電壓u：電池?cái)嗦窌r(shí)，兩極的穩(wěn)定電位之差。電動(dòng)勢(shì)e是可逆電極，可逆電池，可逆過(guò)程；開路電壓u是可逆電極，不可逆過(guò)程。電動(dòng)勢(shì)e與開路電壓u二者關(guān)系：可逆電池u=e；不可逆電池：ue。工作電壓v：電池工作時(shí)兩端的電壓即電池中有電流通過(guò)時(shí)的端電壓，隨輸出電流的大小、放電深度、溫度等變化而變化。開路電壓u和工作電壓v之間的關(guān)系：有電流通過(guò)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)極化、濃差極化、歐姆極化等，故vu（2）電池的容量c：電池在一定的放電制度下，所放出的電量c，

3、單位為庫(kù)侖（c）或安培.小時(shí)（ah)。電池的比容量：?jiǎn)挝毁|(zhì)量或單位體積電池所給出的容量，稱為重量比容量cm或體積比容量cv放電時(shí)率t：用放電時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)表示放電速率，即在規(guī)定的放電時(shí)間內(nèi)，電池放出全部的額定容量，以一定的放電電流i放放完額定容量c額所需小時(shí)數(shù)。放電倍率： 放電電流為電池額定容量的倍數(shù)。（3）化學(xué)電源的自放電及其影響因素自放電：一次電池或充電后的二次電池在貯存一段時(shí)間后，容量發(fā)生自動(dòng)降低的現(xiàn)象，稱為電池的自放電。對(duì)于蓄電池，又叫充電保持能力。電池存在的自放電，將直接影響到電池的儲(chǔ)存性能，電池自放電越小，電池的儲(chǔ)存性能越好。4. 一個(gè)化學(xué)電源必備條件：化學(xué)反應(yīng)中的兩個(gè)過(guò)程必須分隔在

4、兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行；物質(zhì)在發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)，電子必須經(jīng)過(guò)外電路。5. 電池和電池容量的計(jì)算：理論容量c0:實(shí)際容量c:6. 電池自放電大小計(jì)算自放電前電池容量減去自放電后電池容量。二、鋅二氧化錳電池1. 鋅二氧化錳電池中二氧化錳（正極）的反應(yīng)機(jī)理：mno2電極的電化學(xué)行為：質(zhì)子電子機(jī)理mno2陰極還原的初級(jí)過(guò)程：mnooh的生成（水錳石） 反應(yīng)：mno2 h e mnoohmno2陰極還原的次級(jí)過(guò)程：mnooh的轉(zhuǎn)移歧化反應(yīng)： 2mnooh2hmno2mn22h2o 固相質(zhì)子擴(kuò)散2. 鋅二氧化錳電池中鋅負(fù)極的自放電原因：氫離子的陰極還原引起鋅的自放電（析氫腐蝕）；氧的陰極還原引起鋅電極的自放電；電

5、解液中的雜質(zhì)引起的鋅電極的自放電，引起鋅電極自放電的主要原因是氫的陰極析出所引起的鋅的腐蝕，即析氫腐蝕。降低自放電的措施：加添加劑在金屬鋅中加入添加劑或在電解液中加入緩蝕劑。保證原材料的質(zhì)量達(dá)到要求。對(duì)電液進(jìn)行凈化。貯存電池的溫度低于25。電池要嚴(yán)格密封。3. 中性鋅錳電池：正極：天然mno2或電解mno2 負(fù)極： 鋅筒電解質(zhì)溶液：nh4cl(zncl2)型或zncl2 (nh4cl)型 隔膜：漿層紙 外殼：鋅筒負(fù)極特點(diǎn)：容量增大，電池內(nèi)阻減小，放電電流增大堿性鋅錳電池：正極：電解mno2（emd） 負(fù)極：汞齊化鋅粉（多孔鋅電極，汞的添加量為鋅粉的6%10%（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）目的：提高析氫過(guò)電位，

6、減少鋅負(fù)極腐蝕）電解質(zhì)溶液：koh溶液 隔膜：隔膜紙 外殼：鍍鋁鋼外套特點(diǎn)：放電性能好，容量高，可大電流連放，放電曲線平穩(wěn)低溫性能好3.儲(chǔ)存性能好4.防漏液性能好4. 鋅錳電池為什么只適合小電流放電?高電流密度下，鋅負(fù)極會(huì)發(fā)生鈍化：zn24ohzno2 2- 2h2o 2e zno2 2-轉(zhuǎn)變成zn(oh)2，阻止電極反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行三、鉛酸電池1. 簡(jiǎn)述鉛酸電池的工作原理：2. 簡(jiǎn)述鉛酸電池正極板柵的腐蝕和變形現(xiàn)象：正極板柵腐蝕的原因：正極板柵中的pb和其他成分如sb處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，在充電時(shí)可發(fā)生陽(yáng)極溶解導(dǎo)致板柵的腐,從而破壞了極板柵與活性物質(zhì)的接觸。 正極板柵的變形現(xiàn)象：正極板柵的長(zhǎng)大是

7、由于其表面氧化膜pbo2的生成。 pbo2比pb具有更大的比體積。正極板柵長(zhǎng)大的后果是其線性尺寸增加、彎曲以及個(gè)別筋條的斷裂,從而造成板柵的破壞和電池正極板柵在使用過(guò)程中的變形稱為板柵的長(zhǎng)大。 3. 鉛負(fù)極的鈍化：在電極過(guò)程中pb表面形成緊附于pb表面的結(jié)晶層pbso4，從而導(dǎo)致pb電極導(dǎo)電性和活性下降，稱為鉛負(fù)極的鈍化.鉛負(fù)極的添加劑：無(wú)機(jī)類添加劑：炭黑、baso4 有機(jī)類添加劑：木素、腐殖酸鉛負(fù)極的不可逆硫酸鹽化：活性物質(zhì)在一定條件下生成堅(jiān)硬而粗大的pbso4(不同于正常放電時(shí)生成的pbso4)，幾乎不溶解，因此在充電時(shí)不能轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)，造成電池容量減??；常常是在電池組長(zhǎng)期充電不足或過(guò)放

8、電狀態(tài)下長(zhǎng)期儲(chǔ)存形成的；硫酸鹽化的根本原因一般認(rèn)為是pbso4的重結(jié)晶。4.為什么可以通過(guò)測(cè)量電解液的密度來(lái)估算鉛蓄電池的容量？鉛酸蓄電池的電動(dòng)勢(shì)只與酸的濃度有關(guān)，與蓄電池中含有的鉛、二氧化鉛或硫酸鉛的量無(wú)關(guān)。（依據(jù)電池反應(yīng)）5. 大電流低溫放電對(duì)鉛酸電池產(chǎn)生不利影響：大電流低溫放電容易導(dǎo)致產(chǎn)生硫酸鉛結(jié)晶，幾乎不溶解，因此在充電時(shí)不能轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)，造成電池容量減小。四、鋰離子電池1. 鋰離子電池的工作原理：2. 正極材料：licoo2 linio2 lixmn2o4 和lifepo4性能對(duì)比：licoo2主要優(yōu)點(diǎn)：工作電壓較高（平均工作電壓為3.7v），充放電電壓平穩(wěn)，適合大電流充放電，比能

9、量高，循環(huán)性能好電導(dǎo)率高，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、容易制備等。主要缺點(diǎn)：價(jià)格昂貴，抗過(guò)充電性較差，循環(huán)性能有待進(jìn)一步提高。linio2主要優(yōu)點(diǎn)：理論容量為274mah/g，實(shí)際容量已達(dá)190mah/g210mah/g，自放電率低，無(wú)污染，與多種電解質(zhì)有著良好的相容性，與licoo2相比價(jià)格便宜等linio2具有致命的缺點(diǎn)： linio2的制備條件非?？量?，商業(yè)化生產(chǎn)困難；linio2的熱穩(wěn)定性差，linio2的熱分解溫度最低（200左右），且放熱量最多，這對(duì)電池帶來(lái)很大的安全隱患；linio2在充放電過(guò)程中容易發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，使電池的循環(huán)性能變差。lixmn2o4主要優(yōu)點(diǎn)為：錳資源豐富、價(jià)格便宜；安全性高

10、，比較容易制備。lixmn2o4缺點(diǎn):理論容量不高；材料在電解質(zhì)中會(huì)緩慢溶解，即與電解質(zhì)的相容性不太好；在深度充放電的過(guò)程中，材料容易發(fā)生晶格崎變，造成電池容量迅速衰減，特別是在較高溫度下使用時(shí)更是如此。lifepo4具有高穩(wěn)定性、更安全可靠、更環(huán)保并且價(jià)格低廉。在大型鋰離子電池方面有非常好的應(yīng)用前景。lifepo4的主要缺點(diǎn)是理論容量不高，室溫電導(dǎo)率低。3. 鋰離子電池電解液的組成：鋰離子電池電解液一般是由有機(jī)溶劑和電解質(zhì)（鋰鹽）組成。有機(jī)溶劑一般采用直鏈酯和環(huán)酯 (如ec+dmc，pc+dec)混合溶劑。電解質(zhì)有：無(wú)機(jī)鋰鹽（liclo4、libf4、lipf6、liasf6）、有機(jī)鋰鹽（三

11、氟甲基磺酸鋰 licf3so3，二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰 lin(cf3so2)2，三(三氟甲基磺酰)甲基鋰 lic(so2 cf3)）。4. 鋰離子電池和鋰電池區(qū)別：鋰電池和鋰離子電池一般指鋰一次電池和鋰二次電池。鋰電池的負(fù)極為金屬鋰，正極為mno2、socl2、 so2、(cfx)n等。鋰離子電池是以鋰離子嵌入化合物為正、負(fù)極的二次電池。六、電鍍緒論1. 電鍍定義：電鍍是用電化學(xué)方法在固體表面沉積一層金屬、合金或金屬與非金屬?gòu)?fù)合電沉積的過(guò)程。2. 電鍍技術(shù)應(yīng)用： 表面處理：增強(qiáng)零件的抗腐蝕性能；增強(qiáng)零件的裝飾功能；增強(qiáng)零件的特殊功能如抗高溫氧化、抗磨、減磨、 微孔吸附、增強(qiáng)材料強(qiáng)度、增強(qiáng)材

12、料導(dǎo)電性能等。電鑄：提純金屬或濕法冶金。電加工：某些精密的零件，機(jī)械加工困難，可采用電加工成型技術(shù)。表面處理：制備特殊用途材料如發(fā)泡鎳、中空鎳?yán)w維等。高科技：如電沉積法制備一維納米線。材料制備：制備催化材料、復(fù)合材料、金屬膜材料等。3. 重要的電鍍技術(shù)：1856年蓋瑟（geuther）發(fā)明的鉻酸鍍鉻；1916年瓦特（o.p.watts）發(fā)明的硫酸鹽電鍍鎳。4. 陰極性鍍層：當(dāng)鍍層與基體金屬形成腐蝕電池時(shí)，鍍層因電位比基體更正，基體金屬首先受到腐蝕溶解，這時(shí)鍍層為陰極性鍍層。陽(yáng)極性鍍層：當(dāng)鍍層與基體金屬形成腐蝕電池時(shí)，鍍層因電位比基體金屬更負(fù)，首先受到腐蝕溶解，這時(shí)鍍層為陽(yáng)極性鍍層。七、金屬電結(jié)

13、晶1. 金屬離子還原時(shí)電化學(xué)極化較小的有那些？金屬離子還原時(shí)電化學(xué)極化較大的有那些？2. 絡(luò)合劑對(duì)金屬離子的還原有極化作用嗎？是否所有的絡(luò)合物都能增大電化學(xué)極化？絡(luò)合劑對(duì)金屬離子的還原有極化作用。 是，因?yàn)榻j(luò)離子和金屬離子形成金屬絡(luò)合物后，金屬離子的濃度降低，活度降低從而使平衡電極電勢(shì)變負(fù)。絡(luò)合物穩(wěn)定常數(shù)越大,平衡電位負(fù)移越多。而平衡電位越負(fù),金屬陰極還原的初始析出電位也越負(fù)。八、電解液分散能力1. 電解液分散能力（均鍍能力）：就是電解液能使零件表面鍍層的厚度均勻分布的能力。電解液覆蓋能力（深鍍能力）：在一定的電解條件下，電解液能使鍍層沉積金屬覆蓋整個(gè)表面的能力。2. 整平能力：整平能力又叫微

14、觀分散能力，是以鍍層在陰極表面不同部位的分布的情況來(lái)評(píng)價(jià)鍍液電鍍性能的一個(gè)重要指標(biāo)。幾何整平 b 負(fù)整平 c 正整平3. 初次電流分布：假設(shè)陰極極化不存在時(shí)的電流分布為初次電流分布，此時(shí)r極化 0。二次電流分布：在陰極極化存在時(shí)的電流分布稱為二次電流分布。4. 影響電解液分散能力因素：主要有幾何因素的影響（零件不同部位離陽(yáng)極的距離導(dǎo)致電流密度大小不同）和電化學(xué)因素（陰極極化度和溶液的電導(dǎo)率）等。5. 影響電解液覆蓋能力因素：析出電位：電位越正，有利于提高覆蓋能力；基體材料特性：依材料不同各異，通常金屬析出過(guò)電位與氫析出過(guò)電位相反；基體材料表面狀態(tài)：光滑、潔凈有利于覆蓋；粗糙、油污不利于覆蓋6.

15、 整平劑的特征：能強(qiáng)烈阻化陰極過(guò)程，提高極化 50120m（光亮劑只能提高1030mv）；能夾雜在鍍層中或在陰極上還原而被消耗；整平劑在峰處的吸附量大于谷處的吸附量。7. 測(cè)定覆蓋能力：直角陰極法； 內(nèi)孔法； 凹穴法等。測(cè)定分散能力：彎曲陰極法；遠(yuǎn)近陰極法； 霍爾槽等。九、電鍍前表面準(zhǔn)備1. 金屬零件鍍前機(jī)械處理：粗糙表面的整平包括：（1）磨光（2）拋光（3）滾光、震動(dòng)、離心（4）刷光、噴砂處理等。待添加的隱藏文字內(nèi)容32. 金屬零件鍍前化學(xué)處理：除油：包括有機(jī)溶劑除油，化學(xué)除油及電化學(xué)除油以及超聲波除油浸蝕：包括強(qiáng)浸蝕、電化學(xué)浸蝕及弱浸蝕（活化拋光：化學(xué)拋光、電化學(xué)拋光活化：化學(xué)活化、電化學(xué)

16、活化3. 化學(xué)除油反應(yīng)：主要是與動(dòng)、植物中的硬脂酸皂化反應(yīng)(c17h35coo)3c3h5+3naoh3 c17h35coonac3h5(oh)3 為了同時(shí)除去（非皂化）油，可在化學(xué)除油液中加入（乳化劑）。4. 電化學(xué)除油電解液中是否要加入乳化劑？由于電化學(xué)除油時(shí)，電極上不斷產(chǎn)生的氫氣和氧氣具有乳化作用，故電化學(xué)除油溶液中可以少加或不加乳化劑。5. 鋼鐵零件酸侵蝕通常采用硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（2025），提高硫酸的濃度不能增強(qiáng)浸蝕能力，超過(guò)40時(shí)由于硫酸的強(qiáng)氧化性，對(duì)氧化皮幾乎不溶解。6. 為了防止過(guò)侵蝕，可在hcl侵蝕液中加入（六次甲基四胺）在h2so4侵蝕液中加入二鄰甲苯基硫脲7. 侵蝕液中溶

17、解產(chǎn)物累積到一定程度，會(huì)降低硫酸侵蝕液的侵蝕速度，一般控制鐵含量（60g/l）。8. 鋼鐵零件的活化處理有哪些方法？活化處理的機(jī)理時(shí)什么？ 電化學(xué)陰極活化：強(qiáng)烈析氫保持表面活化 活化與預(yù)鍍同時(shí)處理：大量析氫活化，少量的ni沉積在陰極表面活化與預(yù)鍍單獨(dú)處理十、電鍍鋅1. 近年來(lái)發(fā)展較快的無(wú)氰鍍鋅是哪個(gè)工藝？氯化鉀型弱酸性鍍鋅電解液是近年來(lái)發(fā)展較快的一種無(wú)氰鍍鋅工藝，簡(jiǎn)稱鉀鹽鍍鋅。堿性鋅酸鹽電解液（答案不確定，暫以第二個(gè)優(yōu)先）2. 鍍鋅后為什么要進(jìn)行鈍化處理？鋅在使用環(huán)境（例如大氣）中的化學(xué)穩(wěn)定性不高，為了保護(hù)鋅鍍層本身免受介質(zhì)腐蝕大都采用鈍化處理方法，使鋅鍍層表面形成化學(xué)穩(wěn)定性高的鈍化膜層。3.

18、 哪種鈍化工藝生成的鈍化膜耐腐蝕性能最好？ 三酸鈍化（鉻酸、硫酸、硝酸），該鈍化膜具有自修復(fù)作用。4. 堿性鋅酸鹽鍍鋅為什么zn2會(huì)不斷升高？怎樣控制？鋅酸鹽鍍液的操作溫度一般控制在1040(最佳1532)，溫度過(guò)高，則陽(yáng)極溶解快，zn2+升高快。鋅酸鹽鍍液中zno與naoh的質(zhì)量比，以保持1:10最好。當(dāng)氫氧化鈉含量過(guò)高時(shí)，陽(yáng)極溶解過(guò)快，鍍液中zn2+濃度過(guò)高控制方法：控制好鍍液中zno的含量在10gl左右 zno和naoh的含量比為1:10左右 定期分析鍍液，避免zn2+的升高及上述比例失調(diào)?？刂茰囟?。十一、電鍍鎳1. 論述普通鍍鎳電解液中氯離子的作用？加入氯離子，能顯著改善陽(yáng)極的溶解性，提高鍍液導(dǎo)電率，改善鍍液的分散能力。氯離子是鍍鎳液中不可缺少的成分。但氯離子含量不能過(guò)高，否則會(huì)引起陽(yáng)極過(guò)腐蝕或不規(guī)則溶解，產(chǎn)生大量陽(yáng)極泥，懸浮于鍍液中，使鍍層粗糙或形成毛刺。2. 光亮鍍鎳工藝中，初級(jí)光亮劑有何特征？次級(jí)光亮劑有何特征？初級(jí)光亮劑對(duì)陰極極化的影響比較小，當(dāng)濃度較低時(shí)，一般使陰極超電勢(shì)增加5 mv45 mv；濃度提高時(shí)，超電勢(shì)不再明顯增加。初級(jí)光亮劑大都含有= cso2的結(jié)構(gòu)的有機(jī)含硫化合物。它