研究生電極過(guò)程與動(dòng)力學(xué)考試試題及答案

1、一 列舉上課學(xué)過(guò)的有關(guān)電化學(xué)術(shù)語(yǔ)1.1工作電極 、參比電極 、輔助電極、開(kāi)路電勢(shì)、背景極限、法拉第過(guò)程、非法拉第過(guò)程1.2理想極化電極、雙電層、電壓階躍、電流階躍、電勢(shì)掃描1.3理想非極化電極1.4能斯特反應(yīng)交流阻抗、循環(huán)伏安、穩(wěn)態(tài)電流、支持電解質(zhì)、物質(zhì)傳遞、電荷傳遞、液接電勢(shì)、準(zhǔn)可逆過(guò)程、不可逆過(guò)程二、下圖是電化學(xué)測(cè)量常用的二電極體系，畫出該體系的等效電路，導(dǎo)出該等效電路施加一個(gè)電位階躍信號(hào)時(shí)電流-時(shí)間關(guān)系議程并作圖。What is the equivalent circuit of Fig3? What is the current response when a potential st

2、ep is applied to this cell?Cd和CSCE的串聯(lián)電容CT=Cd·CSCE/( Cd +CSCE)， 通常CSCECd的所以CTCd，所以在此線可忽略CSCE 電荷q和施加的電壓EC之間函數(shù)： 在任意時(shí)間內(nèi)，總電壓等于電阻上的電壓ER和電容器上的電壓EC若假設(shè)電容器開(kāi)始并不荷電（t=0,q=0）微分后得到因此，施加一個(gè)電勢(shì)階躍，電流隨時(shí)間呈指數(shù)衰減三、推導(dǎo)可逆反應(yīng)O + ne = R 的初始濃度為零時(shí)陰極還原的穩(wěn)態(tài)電流-電位方程并作圖。初始時(shí)，R不存在，由當(dāng)由于E1/2與物質(zhì)的濃度無(wú)關(guān)，因而是O/R體系的特征參數(shù)故用lg(il-i)/i 對(duì)E作圖，得到一條斜率

3、為nF/2.3RT的直線，截距為E1/2四、根據(jù)Butler-Volmer方程 導(dǎo)出電荷傳遞電阻表達(dá)式和Tafel方程。沒(méi)有物質(zhì)傳遞影響的情況，如果溶液被充分?jǐn)嚢?，或電流維持在很小值時(shí)，表面濃度與本體濃度沒(méi)有較大差別 令f=F/RT(1)當(dāng)0時(shí)，ex1+xi=i0(1-f)1+（1-）f=- i0f-/i有電阻的量綱，常稱為電荷轉(zhuǎn)移電阻RctRct= -/i = 1/i0f =RT/Fi0(2)當(dāng)時(shí)，在很負(fù)的過(guò)電勢(shì)時(shí) e-fe (1-)fi= i0e-f lni=lni0 f = + =a+ blgi即Tafel方程為 =a+ blgi五、列舉三個(gè)參比電極并講述其中一個(gè)制作過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)氫電極、甘汞

4、電極、銀|氯化銀電極、汞|氧化汞電極、汞|硫酸汞電極電解法制備“銀|氯化銀電極”取銀絲一根，用丙酮除油，再用3N HNO3溶液浸蝕，用蒸餾水洗凈后放在0.1mol/L HCl溶液中進(jìn)行陽(yáng)極氧化，用金屬鉑作陰極，電解陽(yáng)極電流密度為0.4mA/cm2,時(shí)間是30min,氧化后氯化銀電極呈紫色，用蒸餾水洗凈后便可裝入?yún)⒈入姌O管中備用。A Terminology explanation 術(shù)語(yǔ)解釋1.Faradaic current 法拉第電流：由于發(fā)生法拉第過(guò)程而產(chǎn)生的電流叫法拉第電流2.Idea polarized eletrode 理想極化電極：無(wú)論外部所加電勢(shì)如何，都沒(méi)有跨越金屬-溶液界面的電荷

5、轉(zhuǎn)移的電極，稱為理想極化電極3.Solution resistance溶液電阻：溶液中阻礙粒子定向移動(dòng)的能力。4.practical reversibility實(shí)際可逆性：由于所有的實(shí)際過(guò)程都是以一定的速率進(jìn)行的，他們不具有嚴(yán)格的熱力學(xué)可逆性。然而，實(shí)際上一個(gè)過(guò)程在要求的精度內(nèi)，熱力學(xué)公式仍然適用，在這些情況下，人們可以稱此過(guò)程為可逆。5.formal potential 形式電勢(shì)：形式電勢(shì)是O和R的濃度比為1和其他特定的物質(zhì)，如介質(zhì)中各種組分的濃度均為定值時(shí)，測(cè)得的半電池電勢(shì)6.Electrochemical potential 電化學(xué)電勢(shì)： 像離子這樣的帶電粒子，除受濃度梯度的作

6、用外，還要受電力的驅(qū)動(dòng)，這兩種力合稱電化學(xué)勢(shì)7Migrration 遷移：荷電物質(zhì)在電場(chǎng)（電勢(shì)梯度）作用下的運(yùn)動(dòng)。8 Supporting electrolyte支持電解質(zhì)：一種使溶液電阻降低的電解質(zhì)，本身不參與電化學(xué)反應(yīng)。9 Exchange current 交換電流：在活化過(guò)程中沒(méi)有大量能量損失下體系釋放的凈電流能力的量度。10 concentration overpotential濃度過(guò)電勢(shì)：可看做為支持此電流的物質(zhì)傳遞速率所需時(shí)的活化能。B Mechanism or phenomenon description原理和現(xiàn)象描述1.To describe the mechanism on

7、oxidation or reduction reaction of a species at electrode based on Fig.1描述圖片1物質(zhì)的還原或氧化反應(yīng)的原理（a）還原反應(yīng) A+eA- 通過(guò)外加負(fù)電勢(shì)，使電極達(dá)到更負(fù)的電勢(shì)，電子的能量升高。當(dāng)能量高到一定程度時(shí)，電子從電極轉(zhuǎn)移到電解液中物質(zhì)的空軌道上，溶液中的物質(zhì)被還原。（b）氧化反應(yīng) A-eA+通過(guò)外加正電勢(shì)，電子能量降低，當(dāng)能量降到一定值時(shí)，電子從溶液轉(zhuǎn)移到電極上，溶液中物質(zhì)被氧化。2.To draw the potential profile across the double-layer region of Fig

8、2畫出圖片2雙電層的電勢(shì)分布圖解答：3.what is the equivalent circuit of Fig3?What is the current response when a potential step is applied to this cell?畫出圖片3的等效電路，施加一個(gè)電壓階躍后電流是如何的？Cd和CSCE的串聯(lián)電容CT=Cd·CSCE/( Cd +CSCE)， 通常CSCECd的所以CTCd，所以在此線可忽略CSCE 電荷q和施加的電壓EC之間函數(shù)： 在任意時(shí)間內(nèi)，總電壓等于電阻上的電壓ER和電容器上的電壓EC若假設(shè)電容器開(kāi)始并不荷電（t=0,q=0）微

9、分后得到因此，施加一個(gè)電勢(shì)階躍，電流隨時(shí)間呈指數(shù)衰減4.What are the conditions for the results of Fig4 to be obtained?初始時(shí)，R不存在，由當(dāng)由于E1/2與物質(zhì)的濃度無(wú)關(guān)，因而是O/R體系的特征參數(shù)故用lg(il-i)/i 對(duì)E作圖，得到一條斜率為nF/2.3RT的直線，截距為E1/25.To give the possible mechanism for the influence of exchange current density and transfer coefficient on the current-overpot

10、ential curves based on fig5 圖a反映了在Eq處電流-過(guò)電勢(shì)曲線的變形程度與交換電流密度的關(guān)系。這里沒(méi)有考慮物質(zhì)傳遞的影響，任意給定的電流下的過(guò)電勢(shì)僅用提供異相反應(yīng)過(guò)程以該電流所表征的速率進(jìn)行所需的活化能。交換的電流越小，動(dòng)力學(xué)越遲緩，因此特定凈電流下的反應(yīng)活化過(guò)電勢(shì)越大。圖b反映了傳遞系數(shù)對(duì)電流-過(guò)電勢(shì)曲線對(duì)稱性的影響。因?yàn)?，如果溶液被充分?jǐn)嚢?，或電流維持在很小值時(shí)，其表面濃度與本體濃度沒(méi)有較大的差別，在小時(shí)凈電流和過(guò)電勢(shì)有線性關(guān)系，在大的時(shí)的Tafel行為，對(duì)于較大值時(shí)，括號(hào)中的某項(xiàng)可忽略，如在很負(fù)電勢(shì)時(shí)e-fe (1-)f，因此傳遞系數(shù)越小，特定凈電流下的反應(yīng)活

11、化能過(guò)電勢(shì)就越大。6To tell the meaning of Gibbs free energy ,enthalpy and entropy changes in a reversible electrochemical reactions.7To explain the mechanism for the formation of a liquid junction potential and propose the methods to minimize it由于兩個(gè)電極各自具有不同的支持電解質(zhì)，在兩種溶液間某處有一界面存在，在此界面處物質(zhì)傳遞過(guò)程使溶液混合。除非初始時(shí)是相同的溶液，否

12、則液接界將處于不平衡態(tài)，因?yàn)榘l(fā)生連續(xù)凈的物質(zhì)流動(dòng)通過(guò)它。電池的電勢(shì)也與兩成電解液之間的電勢(shì)差相關(guān)。減少Ei常用方法是用一個(gè)高濃度體系的鹽橋來(lái)取代液接部分，而鹽橋的溶液正負(fù)離子具有幾乎相等的淌度。8To describe the effect of supporting electrolyte on measured current. 幾乎消除了遷移對(duì)于電活性物質(zhì)傳遞的影響 高濃度粒子的存在降低了溶液電阻，因而降低了在工作電極和參比電極之間未補(bǔ)償電阻降提高了對(duì)工作電極電勢(shì)的控制和測(cè)量的精度。 本體溶液電導(dǎo)的提高也可降低在電池中電能地消耗，大大簡(jiǎn)化測(cè)量?jī)x器C Equation inference1

13、.To infer charge transfer resistance Rct and Tafel equations from Butler-Volmer equation 沒(méi)有物質(zhì)傳遞影響的情況，如果溶液被充分?jǐn)嚢瑁螂娏骶S持在很小值時(shí)，表面濃度與本體濃度沒(méi)有較大差別 令f=F/RT(1)當(dāng)0時(shí)，ex1+xi=i0(1-f)1+（1-）f=- i0f-/i有電阻的量綱，常稱為電荷轉(zhuǎn)移電阻RctRct= -/i = 1/i0f =RT/Fi0(2)當(dāng)時(shí)，在很負(fù)的過(guò)電勢(shì)時(shí) e-fe (1-)fi= i0e-f lni=lni0 f = + =a+ blgi即Tafel方程為 =a+ blgi

14、2.To infer Ficks first and second laws.第一定律：通過(guò)乘以等到O的濃度是因?yàn)?，所以第二定律由由當(dāng)Do不是x的函數(shù)時(shí)，得到Electrochemical Thermodynamics and Electrode process Kinetics 電化學(xué)熱力學(xué)和電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)Chapter11. Draw a three electrode electrochemical cell for electrochemical experiments, name its compositions.畫出一個(gè)三電極電池，說(shuō)出其組成2. We can predict t

15、he possibility for any reaction to take place in a solution based on thermodynamic data.Can you tell the conditions for an oxidation reaction or reduction reaction to take place based on the relationship between molecular orbital of species and electron energy level of an electrode?（a）還原反應(yīng) A+eA- 通過(guò)外

16、加負(fù)電勢(shì)，使電極達(dá)到更負(fù)的電勢(shì)，電子的能量升高。當(dāng)能量高到一定程度時(shí)，電子從電極轉(zhuǎn)移到電解液中物質(zhì)的空軌道上，溶液中的物質(zhì)被還原。（b）氧化反應(yīng) A-eA+通過(guò)外加正電勢(shì)，電子能量降低，當(dāng)能量降到一定值時(shí)，電子從溶液轉(zhuǎn)移到電極上，溶液中物質(zhì)被氧化。3. What is faradic process? Write down the relation of the reacted amount of O with passed electricity quality for the reaction O + n什么是法拉第過(guò)程，寫下當(dāng)初始濃度為零時(shí)陰極還原反應(yīng)通過(guò)的電量法拉第過(guò)程，即反應(yīng)遵循法拉

17、第定律，電流通過(guò)引起化學(xué)反應(yīng)的量與所通過(guò)的電量成正比Q=nF4Electrochemical double layer is an important concept in electrochemistry .Estimate the change of electricity quantity of electrode when electrode potential changes by 1V ,assuming that there is no faradaic current during potential changing.解答：q=CdE 雙電層電容Cd 一般在1040F/cm2

18、 qmin=10F/cm2×1V=10C/cm2；qmax=40F/cm2×1V=40C/cm25What is the current correspondence when applying a potencial step to a two-electrode cell with an ideal polarized mercury drop electrode and an SCE.Cd和CSCE的串聯(lián)電容CT=Cd·CSCE/( Cd +CSCE)， 通常CSCECd的所以CTCd，所以在此線可忽略CSCE 電荷q和施加的電壓EC之間函數(shù)： 在任意時(shí)間內(nèi)

19、，總電壓等于電阻上的電壓ER和電容器上的電壓EC若假設(shè)電容器開(kāi)始并不荷電（t=0,q=0）微分后得到因此，施加一個(gè)電勢(shì)階躍，電流隨時(shí)間呈指數(shù)衰減6 Infer the equation and draw the current-potential curve for a nenstian system.初始時(shí)O與R均存在時(shí)，Co(x=0)0時(shí)陰極極限電流，CR(x=0)0時(shí)陽(yáng)極極限電流 Chapter 21. Tell the physical meaning of H，S，G for an a electrochemical reaction at a constant pressure2.

20、 Tell the difference between formal potential and standard potential 3. Infer the electrode potential expression equation for the cell reaction Zn+2AgClZn2+ +2Ag +2Cl- based on the concept of electrochemical potential.(p43)4 How does a liquid junction potential form and how can we minimize it?Chapter31. Infer the equation 是能壘的對(duì)稱性量度交叉對(duì)稱時(shí)，=，=1/2 ，對(duì)于其他情況01/2 或1/21，對(duì)大多數(shù)體系值在0.3-0。7之間，沒(méi)有