冶金電化學習題解答

1、冶金電化學習題課概念題1.說明平衡電勢與穩(wěn)定電勢的區(qū)別。答：1）平衡電勢是可逆電極的電極電勢。穩(wěn)定電勢是不可逆電極的電極電勢。 2）平衡電勢是氧化還原反應速度相等，物質交換和電荷交換都處于平衡。穩(wěn)定電勢是電荷交換平衡，物質交換不平衡。 3）平衡電勢可根據能斯特方程計算，而穩(wěn)定電勢不能根據能斯特方程計算，只能實驗測定。2.原電池電動勢有哪幾部分組成？答：原電池電動勢定義：電池中沒有電流通過時，兩個電極的相對電勢差。 E概念題3.如何判斷可逆電極和不可逆電極？答：1）判斷電極組成屬于哪類電極。 2）有無不可逆因素：如i是否為0，有無凈反應產物等。 3）設為可逆電極，用理論值與實驗值比較。4.影響電

2、極電勢的因素有那些？答：1）電極的本性。 2）金屬表面的狀態(tài)。 3）金屬的機械變形和內應力。 4）溶液的pH值。 5）溶液中氧化劑的存在。 6）溶液中絡合劑的存在。 7）溶劑的影響。概念題5.比較電解池和原電池的極化圖，并解釋兩者不同的原因。答：通過觀察電解池與原電池的極化圖，可以發(fā)現：無論是原電池還是電解池，陰極極化曲線隨電流密度增大而負移，陽極極化曲線隨電流密度增大而正移。這是因為原電池中由于反應速度小于電子傳遞速度，陰極界面積累正離子，陽極界面積累負電荷，電流密度提高，反應速度加快，陰極界面的正離子和陽極界面的負離子減少，所以陰極電勢降低，陽極電勢提高。電解池中由于反應速度小于電子傳遞速

3、度，陰極材料內積累電子，陽極材料失去電子積累正離子，電流密度的升高，陰極材料會積累更多的電子，陽極材料會積累更多的正離子，所以陰極電勢降低，陽極電勢提高。原電池的陰極極化曲線較陽極極化曲線更正，電解池的陽極極化曲線較陰極極化曲線更正。這是由于原電池中陰極是正極，陽極是負極。而電解池中陽極是正極，陰極是負極。概念題6.試總結比較下列概念：答：平衡電勢：在平衡條件下工作的、電荷交換與物質交換都出于平衡的電極電勢。（可逆電極電勢）標準電勢：在標準狀態(tài)下的平衡電極電勢。穩(wěn)定電勢：電荷交換平衡，物質交換不平衡的電極電勢。（不可逆電極）極化電勢：有電流通過時的電極電勢。過電勢：在一定電流密度下，電極電勢與

4、平衡電勢的差值。極化值：有電流通過時電極電勢與靜止電勢的差值。7.簡述電極過程的基本歷程和特點。答：1）液相傳質，反應粒子向電極表面附近液層遷移。2）前置轉化，反應粒子在電極表面或電極表面附近液層中進行電化學反應前的某種轉化過程。這類過程的特點是沒有電子參與反應，反應速度與電極電位無關。3）電化學反應，反應粒子在電極/溶液界面上得到或失去電子，生成還原反應或氧化反應的產物。4）隨后轉化，反應產物在電極表面或表面附近液層中進行電化學反應后的轉化過程。特點是沒有電子參與反應。5）新相生成，生成固相沉積層、放出氣體，如生成物是可溶性的，則產物粒子自電極表面向電解質內部遷移概念題8.簡述測量極化曲線的

5、基本原理答：測量極化曲線的方法主要有兩種。1）恒電流法：就是給定電流密度，測量相應的電極電勢，從而得到電勢與電流密度之間的關系曲線，其中電流密度是自變量，電極電勢是因變量。2）恒電勢法：則是控制電極電勢，測量響應的電流密度值而做出的極化曲線，電極電勢是自變量，電流密度是因變量。9.什么是電極的極化，其產生原因？答：電極的極化：有電流通過時，電極電勢偏離平衡電勢的現象。產生原因：因為極化與去極化兩種矛盾作用的綜合結果。實質是電極反應速度跟不上電子運動速度而造成電荷在界面的積累。10.實現穩(wěn)態(tài)擴散過程的條件是什么？實際穩(wěn)態(tài)擴散過程和理想穩(wěn)態(tài)擴散過程的區(qū)別是什么？答：對流與擴散同時存在時，才能實現穩(wěn)

6、態(tài)擴散過程。實際穩(wěn)態(tài)擴散過程和理想穩(wěn)態(tài)擴散過程的區(qū)別是實際的穩(wěn)態(tài)擴散過程，是一種對流作用下的穩(wěn)態(tài)擴散過程，而不是單純擴散過程。理想穩(wěn)態(tài)擴散過程則是人為的把擴散層和對流層分開了，但在真實的電化學體系中，擴散層和對流層是相互疊加，沒有明顯界限的。概念題11.對于一個穩(wěn)態(tài)電極過程，如何判斷它是否受擴散步驟控制？電化學反應的基本動力學參數有哪些？并說明它們的物理意義？答：1）當電極過程受擴散步驟控制時，在一定的電極電勢范圍內，出現一個不受電極電勢變化影響的極限擴散電流密度jd，而且jd受溫度變化影響較小。2）濃差極化的動力學公式為：因此，用對log(1-j/jd)或log(jd-j/j)作圖時，可以得

7、到直線關系，直線斜率為2.3RT/nF。3）電流密度j和極限電流密度jd隨著溶液攪拌強度的增大而增大。4）擴散電流密度與電極表面的真是面積無關，而與電極表觀面積有關?；镜膭恿W參數有：交換電流密度j0、電極反應傳遞系數或值、反應速度常數K電流密度j0表示平衡電勢下氧化反應和還原反應的絕對速度。電極反應傳遞系數或分別表示電極電勢對還原反應活化能和氧化反應活化能影響的程度。反應速度常數K表示電極電勢為標準電極電勢和反應粒子濃度為單位濃度時電極反應的絕對速度。)(1ln(n產物不溶平djjFRT)(ln(21產物可溶jjjnFRTd計算題1.求25時氯化銀電極AgAgCl(S),KCl(0.5mo

8、l/L,=0.651)的平衡電勢。已知：對于Ag+e=Ag，0(Ag+/Ag)=0.799V；氯化銀的溶度積KS=1.710-10解：氯化銀電極的電極反應為AgCl+e=Ag+Cl-反應可以分為： Ag=Ag+e (1) Ag+Cl-=AgCl(s) (2)由式（1）可得：平=0（Ag+/Ag）+RT/FlnaAg+ 又知道氯化銀的溶度積為KS=1.710-10=aAg+aCl-得：aAg+=KS/aCl-代入上式：平(Ag+/Ag)=0(Ag+/Ag)+RT/FlnaAg+ =0(Ag+/Ag)+RT/FlnKS-RT/FlnaCl-=0(Ag+/Ag)+RT/FlnKS-RT/FlnCl-

9、CCl-=0.799+0.0591log(1.710-10)-0.0591log(0.50.651)=0.02508V=平(Ag/AgCl)計算題2.已知：0(Cu2+/Cu)=0.337V，0(Zn2+/Zn)=-0.763V，求25時， 電池ZnZn2+(a1=0.1)Cu2+(a2=0.01)Cu的電動勢和反應平衡常數。解：E0=0(Cu2+/Cu)-0(Zn2+/Zn)=0.337-(-0.763)=1.1VE=E0-2.3RT/2Floga1/a2 =1.1-2.38.314298/296485log0.1/0.01 =1.1-2.38.314298/2964851 =1.07V電極

10、反應：Zn+Cu2+=Zn2+Cu由E0=RTlnK/nF得：lnK=nFE0/RT=1.1296485/8.314298=85.68K=1.621037計算題3.實驗測得鐵在溶液A和溶液B中的兩條陽極極化曲線，其實驗數據如表所示，請根據實驗數據繪出極化曲線，并判斷鐵在哪個溶液中更容易腐蝕？為什么？假定陽極反應只有FeFe2+2e一種。J(A/Cm2)（在溶液（在溶液A中）中）/V（在溶液（在溶液B中）中）/V00.10.2-0.400-0.380-0.365-0.460-0.450-0.4400.40.81.0-0.330-0.270-0.240-0.420-0.380-0.360計算題0.

11、00.20.40.60.81.0-0.45-0.40-0.35-0.30-0.25 / VjA/cm2 A B如圖所示，線A的斜率比線B的斜率大，所以，A的極化度更大，極化度大說明電極受電流影響大，同樣的電流密度下，電勢偏移平衡位置更大，這說明電極電勢明顯變化，反應速度的變化很小，所以鐵在B液中更容易腐蝕。計算題4.在0.1mol/LZnCl2溶液中電解還原鋅離子時，陰極過程為濃差極化。已知鋅離子的擴散系數為110-5cm2/s，擴散層有效厚度為1.210-2cm試求：（a）20時陰極的極限擴散電流密度。（b）20時測得陰極過電勢為0.029V，相應的陰極電流密度為多少？解：（a）電極反應為：

12、Zn2+2e=Zn穩(wěn)態(tài)濃差極化時，極限電流密度為：jd=nFDC0/=2965000.110-50.110-3/1.210-2=0.016A/cm2(b)因為是濃差極化，故陰極過電位就是濃差極化過電位，陰極電流即為擴散電流。-=RTln(1-j/jd)/nFln(1-j/jd)=-2F/RT=-20.02996500/8.314293-2.301-j/jd=0.1j/jd=1-0.1=0.9j=0.9jd=0.90.016=0.0144A/cm2計算題5.測得電極反應O+2eR在25時的交換電流密度為210-12A/Cm2，a=0.46。當在-1.44V下陰極極化時，電極反應速率是多大？已知電

13、極反應過程為電子轉移步驟控制，未通電時電極電勢為-0.68V。解：此電極過程為電化學極化，且陰極極化值為：=-j=0=-1.44-(-0.68)=-0.86V由于極化相當大，故可判斷此時電極反應應處于塔菲爾區(qū)，所以：-=-RTlnj0/nF+RTlnj/nFlnj=nF(-)/RT+lnj0 =965000.4620.76/8.314298+ln(210-12) =27.23-26.94 0.29j=exp(0.29)=1.33A/cm2計算題6.在25，鋅從ZnSO4(1mol/L)溶液中電解沉積的速率為0.03A/cm2，陰極電勢為-1.013V。已知陰極過程的控制步驟是電子轉移步驟，傳遞系數=0.45以及1mol/LZnSO4溶液的平均活度系數=0.044。試問25時該電極反應的交換電流密度是多少？解：電極反應為Zn2+2eZn在1mol/LZnSO4溶液中aZn2+=CZn2+=0.