06級(jí)應(yīng)用電化學(xué)復(fù)習(xí)題

1、06級(jí)應(yīng)化、化工專業(yè)應(yīng)用電化學(xué)復(fù)習(xí)一. 基本理論1.電化學(xué)是研究 電子導(dǎo)體 和 離子導(dǎo)體 形成的 帶電界面現(xiàn)象 及其變化的科學(xué)。2. 分別解釋電化學(xué)極化和濃差極化答：在電極反應(yīng)的一系列步驟中，由電荷傳遞步驟控制整個(gè)電極過程的速度，稱為電化學(xué)極化。 由于反應(yīng)物和生成物的液相傳質(zhì)步驟受阻，出現(xiàn)濃度梯度引起的極化，稱濃差極化。3.濃差極化是由于 擴(kuò)散速度慢，而造成電極表面 溶液與 本體 溶液 濃度 差別所引起的極化。4. 穩(wěn)定電位S- 不可逆電極， J=0，電荷轉(zhuǎn)移達(dá)到平衡，物質(zhì)轉(zhuǎn)移不平衡，此穩(wěn)態(tài)下的電極電位。如硫酸銅溶液中的鐵電極，氯化鋅（酸性）溶液中的鋅，即腐蝕電位。5.析出電位 ： 電鍍時(shí)，電

2、壓越高，則陰極電位越負(fù)。陰極電位負(fù)移到一定值時(shí)，才開始有金屬析出。剛開始析出金屬時(shí)的陰極電位稱析出電位。析出電位與所鍍金屬性質(zhì)和鍍液有關(guān)。金屬析出電位正移越多，鍍液的深鍍能力越好。6. 活化與鈍化：測(cè)定電位時(shí)間曲線時(shí)，若電極電位偏離平衡電位向負(fù)方向變化，則電極趨向于活化。若電極電位偏離平衡電位向正方向變化，則電極趨向于鈍化。7.電極的極化：極化是電流通過電極時(shí)，電極電位偏離平衡電位的現(xiàn)象. 8.交換電流密度J0越小，溶液中金屬離子在陰極表面放電越困難，陰極極化越大。二. 金屬腐蝕與防護(hù)1. 腐蝕電池由 陰極 、陽(yáng)極 、電解質(zhì)溶液 和 連接陰極和陽(yáng)極的電子導(dǎo)體 構(gòu)成。2. 縫隙腐蝕、沉積物腐蝕、

3、 水線 腐蝕和因土質(zhì)差異發(fā)生的管道腐蝕都是由 氧濃差 電池引起。3. 根據(jù)Fe-H2O體系E-p H 圖，將介質(zhì)的p H值調(diào)整到9-13 ，可防止鐵腐蝕。4.什么叫腐蝕微電池？現(xiàn)有一含銅雜質(zhì)的鋅片，請(qǐng)敘述它在酸性溶液中的腐蝕原理。答：腐蝕微電池：由于金屬的電勢(shì)與所含雜質(zhì)的電勢(shì)不同，構(gòu)成以金屬和雜質(zhì)為電極的微小短路電池，引起金屬的腐蝕。在酸性溶液中，H+在微陰極銅雜質(zhì)獲得電子： 2 H+2e-=H2 ,產(chǎn)生氫氣，促使銅雜質(zhì)附近的鋅失去電子：Zn-2e -=Zn 2+ ,鋅作為腐蝕微電池的陽(yáng)極而被腐蝕。5. 請(qǐng)解釋陽(yáng)極保護(hù)法、外加電流陰極保護(hù)法和犧牲陽(yáng)極法三種電化學(xué)防腐蝕方法。答：陽(yáng)極保護(hù)法：用陽(yáng)

4、極極化的方法使金屬的電勢(shì)控制在穩(wěn)定鈍化區(qū)內(nèi)，并用微弱電流維持鈍化狀態(tài)，使金屬腐蝕速度降到最小限度。 外加電流陰極保護(hù)法：被保護(hù)金屬接直流電源負(fù)極，輔助電極接正極，調(diào)節(jié)電流大小，使被保護(hù)金屬達(dá)到所需的陰極電勢(shì)。 犧牲陽(yáng)極法：在被保護(hù)金屬基體上附加更活潑的金屬，使之在電解質(zhì)中構(gòu)成短路原電池。活潑金屬為電池的陽(yáng)極，被腐蝕。而金屬基體為陰極，被保護(hù)。6大海中的艦船為了防止鋼鐵外殼腐蝕，往往采取外加電流陰極保護(hù)法。請(qǐng)通過腐蝕極化圖說明其陰極保護(hù)原理。答：鋼外殼接直流電源負(fù)極，輔助電極接正極。調(diào)節(jié)電流大小，使艦船外殼電勢(shì)低于其鋼鐵腐蝕微電池陽(yáng)極平衡電勢(shì)EoA ,即可防止腐蝕。下圖為腐蝕極化圖。從圖可知，當(dāng)

5、未進(jìn)行陰極保護(hù)時(shí)，金屬腐蝕微電池的陰、陽(yáng)極極化曲線相交于S 點(diǎn)，腐蝕電勢(shì)為Ecorr ，腐蝕電流為I corr ，金屬遭到腐蝕。在外加陰極電流作用下，鋼外殼的電勢(shì)由Ecorr下降到 EoA，外加電流為I c外，而陽(yáng)極腐蝕電流為零，即鋼外殼停止腐蝕，得到保護(hù)。 7.輸油鋼管在穿越砂土和粘土交界處時(shí)，鋼管何部位會(huì)發(fā)生腐蝕？屬何種腐蝕電池？原理是什么？ 答：交界處粘土中的鋼管會(huì)發(fā)生腐蝕。屬氧濃差腐蝕電池。因砂土中氧含量高，鋼管的電極電勢(shì)高，而粘土中氧含量低，鋼管中的電極電勢(shì)低。兩部分鋼管在潮濕的地下構(gòu)成氧濃差宏觀腐蝕電池，粘土中的鋼管成為陽(yáng)極，遭到腐蝕。三. 電池1. 燃料電池可分為五大類，即 AF

6、C 、 PAFC 、 PEMFC 、 MCFC 、 SOFC 。2在燃料電池中，多孔氣體擴(kuò)散電極應(yīng)具備如下功能：有電子傳導(dǎo) 通道，有離子傳導(dǎo)通道，有 氣體擴(kuò)散 通道，有 液態(tài)水的遷移 通道。3. 鋅空氣電池的負(fù)極活性物質(zhì)是 鋅 ，正極活性物質(zhì)是空氣 。4. 簡(jiǎn)述堿性氫氧燃料電池的工作原理，寫出正、負(fù)極反應(yīng)式。答：以氫氧化鉀為電解質(zhì)，按原電池的工作原理,等溫地將燃料（氫氣）和氧化劑（氧氣）中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，其反應(yīng)產(chǎn)物為水. 負(fù)極反應(yīng)： H2+20H-=2H2O+2e- 正極反應(yīng)：1/2O2+ H2O+2e-=20H- 5. 介紹直接甲醇燃料電池的原理。該電池有何優(yōu)點(diǎn)？目前存在那些問題？

7、答:原理: -) CH3 OH + H2O CO2 + 6H+ + 6e- +) 6H+ + 3/2O2 + 6e- 3H2O 電池反應(yīng): CH3 OH +3/2O2 = CO2 + 2H2O 優(yōu)點(diǎn): 以甲醇為燃料,來源豐富,價(jià)廉.儲(chǔ)存攜帶方便.產(chǎn)物污染小. 問題: 技術(shù)不成熟.負(fù)極甲醇電催化劑效率低. 甲醇在負(fù)極的中間產(chǎn)物(CO)易使鉑中毒.Nafion膜有較高甲醇滲透率,降低甲醇利用率和電池性能.6. 寫出堿性鋅錳電池的表達(dá)式、負(fù)極反應(yīng)和正極反應(yīng)式。答：表達(dá)式: -)Zn|濃KOH(ZnO)|MnO2 ,C (+ 負(fù)極反應(yīng): Zn +2OH-Zn(OH)2 +2e- Zn(OH)2 +2O

8、H-Zn(OH)4 2-正極反應(yīng): MnO2 +H2O+e- MnOOH +OH- MnOOH+H2O+e- Mn(OH)2 +OH- 7.鉛酸蓄電池的表達(dá)式為： (-)Pb|H2SO4|PbO2(+) ，負(fù)極反應(yīng)為：Pb+HSO4-=PbSO4+H+2e- ，正極反應(yīng)為： PbO2+HSO4-+3H+2e-=PbSO4+2H2O 。隔膜是將 正、負(fù)極 隔開防止直接接觸而短路的無機(jī)或有機(jī)膜, 隔膜允許 離子 順利通過。 8. 鉛酸蓄電池在充電后期和放置期間為什么會(huì)產(chǎn)生氣體？氣體逸出有何不良后果？有何氣密途徑？答: 鉛酸蓄電池在充電后期電極反應(yīng)如下:正極:PbSO4 +2H2O 2e- PbO2

9、 + HSO4 - +3H+正極后期副反應(yīng):H2O2e- 2H+ + 1/2O2 負(fù)極: PbSO4 + H+ 2e- Pb + HSO4 -負(fù)極后期副反應(yīng): 2H+ + 2e- H2 上式表明充電后期會(huì)產(chǎn)生氫氣和氧氣.放置期間由于存在自放電,負(fù)極會(huì)產(chǎn)生氫氣: Pb + H2SO4 PbSO4 + H2 氣體逸出會(huì)帶出酸霧,損失酸和水,增加維護(hù)次數(shù).氣密途徑有:(1).氣相催化法:蓋內(nèi)表裝鈀,使氫氣和氧氣化合為水.(2).輔助電極法:電池內(nèi)裝一個(gè)輔助氫電極,與PbO2 形成自放電小電池,發(fā)生 2H2 + PbO2 +H2SO4 PbSO4 +2H2O .(3).負(fù)極吸收法:使正極充電產(chǎn)生的氧氣

10、通過隔膜擴(kuò)散到負(fù)極,發(fā)生1/2O2 +Pb PbO 或 1/2O2 + 2H+ + 2e- H2 O 的反應(yīng).四. 表面精飾1. 影響電結(jié)晶形態(tài)的因素包括： 主鹽濃度、電壓 、 溶液純凈度、p H值、電流密度 、溫度、時(shí)間 、 基底表面質(zhì)量 等。2. 電鍍條件應(yīng)控制被鍍金屬的離子陰極還原和陽(yáng)極溶解（鍍鉻除外）具有相同的電流效率，以維持鍍液的被鍍金屬離子濃度穩(wěn)定。3. 鍍前活化：溶解金屬表面的鈍化薄膜，保證鍍層與基體金屬牢固結(jié)合。4.電鍍液主要成分：一般包括主鹽、絡(luò)合劑、導(dǎo)電鹽、緩沖劑、陽(yáng)極活化劑、添加劑、潤(rùn)濕劑、抑霧劑。5.在常溫條件下，鋅鍍層對(duì)鋼鐵屬陽(yáng)極性鍍層，6. 在電鍍?nèi)芤褐屑尤氩蝗苄怨?/p>

11、體微粒，使其與金屬共沉積，稱為復(fù)合電鍍。7.ABS工程塑料在化學(xué)浸蝕時(shí)，丁二烯（B）單體溶解，形成凹坑。塑料電鍍工藝如下：除油-粗化-敏化-活化-還原-化學(xué)鍍-電鍍8.電鍍液的電流效率 = 實(shí)際鍍層質(zhì)量/法拉第產(chǎn)物質(zhì)量X100%9. 鋁合金陽(yáng)極氧化膜的多孔層其孔徑范圍一般是 10100nm 。10. 電鍍?nèi)芤旱姆稚⒛芰?均鍍 能力；覆蓋能力即 深鍍 能力。11.化學(xué)鍍是在 沒有 外電流通過的情況下，利用 氧化還原 反應(yīng)，使溶液中的金屬離子在工件表面還原析出，形成鍍層的表面加工方法。金屬離子還原所需要的電子靠 還原劑 提供?；瘜W(xué)鍍的還原作用僅僅發(fā)生在 催化 表面上。如果反應(yīng)生成物（鍍層）是反應(yīng)

12、的 催化劑 ，則化學(xué)鍍的過程就具有自動(dòng)催化作用。12. 簡(jiǎn)述電鍍?nèi)芤褐姓絼┑淖饔脵C(jī)理； 答:電沉積過程受電化學(xué)活化控制,即受電子傳遞步驟控制. 整平劑能在零件表面發(fā)生吸附,對(duì)電沉積過程起阻化作用.其吸附過程受整平劑從溶液內(nèi)部向零件表面的擴(kuò)散步驟控制. 由于零件表面存在微觀的微峰和微谷,電鍍時(shí)整平劑擴(kuò)散到微峰的量大于微谷,而還原反應(yīng)不能發(fā)生在整平劑分子覆蓋的位置,故微峰處受到的阻化作用大于微谷,使微峰處電鍍速率小于微谷,結(jié)果使微峰和微谷逐漸平整.13. 寫出無氰堿性電鍍銅的工藝流程。答: 一次除油-熱水洗-冷水洗-冷水洗酸洗-冷水洗冷水洗二次除油-熱水洗-冷水洗冷水洗活化-冷水洗冷水洗中和-冷

13、水洗冷水洗純水洗-電鍍銅-冷水洗冷水洗接下道工序.14.請(qǐng)解釋鍍層“燒焦”的原因。答：當(dāng)陰極電流密度超過工藝允許電流密度上限較多時(shí)，鍍件附近主鹽金屬離子濃度迅速降低，析氫速度加快，在陰極凸處和尖端處溶液pH值升高，生成金屬堿式鹽夾附在鍍層內(nèi)，使鍍層形成大量麻點(diǎn)和空洞，鍍層如海綿狀疏松，顏色灰黑。15.電鍍鎳溶液中的氯化鎳有何作用？ 答：1.電鍍鎳時(shí)，氯離子在陽(yáng)極放電，生成少量初生態(tài)的氯，有助鎳陽(yáng)極溶解，防止陽(yáng)極鈍化。 2.可提高鍍液導(dǎo)電率。五. 其它1. 簡(jiǎn)述電滲析的原理和用途答：原理：在電場(chǎng)作用下，依靠有選擇透過性的離子交換膜，使離子從一種溶液透過離子交換膜進(jìn)入另一種溶液，以達(dá)到分離、提純、濃縮、回收的目的。 陽(yáng)極：石墨、鉛、鉑。 陰極：不銹鋼、鉛、鉑/鈦。用途：海水淡化、廢水處理、從中性鹽中回收酸和堿、從乳酪工廠廢水制取乳酸。2.請(qǐng)介紹電解還原除鉻的原理。答：用鐵板做陽(yáng)極，電解時(shí)溶液產(chǎn)生Fe2+.在酸性條件下Fe2+把Cr6+還原為Cr3+。用不銹鋼做陰極，部分Cr6+在陰極還原為Cr3+。同時(shí)析出H2 。由于H2的析出，p H 升高，當(dāng)p H >5時(shí)，生成Cr(OH)3沉淀而除去。3. 利用人體內(nèi)的氧和葡萄糖可啟動(dòng)生物燃料電池，拯救人的生命。請(qǐng)寫出葡萄糖生物燃料電池的兩種電池反應(yīng)。答：1、生成葡萄糖酸陽(yáng)