電化學(xué)作業(yè)答案(word文檔)

2013年應(yīng)用電化學(xué)習(xí)題參照答案Chapter11、為何不可以用一般電壓表丈量電動勢？應(yīng)當(dāng)如何丈量？1）電動勢的觀點:電動勢是一個簡單精準(zhǔn)丈量但含義復(fù)雜的參數(shù)。其定義為：在電池中沒有電流經(jīng)過時，自覺電池兩個終端相之間的電位差。它是斷路狀況下原電池兩極間的電位差，等于構(gòu)成電池的各個相界面的代數(shù)和。（2）不可以用一般電壓表丈量電動勢。因為電動勢=內(nèi)部電壓+輸出電壓，而一般電壓表測定的電壓為電池的輸出電壓（端電壓）。3）電動勢丈量詳細(xì)方法好多。常用電位差計來丈量，電位差計利用賠償法和比較法實現(xiàn)對電動勢的丈量。2、試總結(jié)比較以下觀點：均衡電位，標(biāo)準(zhǔn)電位，穩(wěn)固電位，極化電位，過電位均衡電位：處于熱力學(xué)均衡狀態(tài)的電極系統(tǒng)的電極電位。因為氧化反響和復(fù)原反響速度相等，電荷交換和物質(zhì)交換都處于動向均衡之中，因此凈反響速度為零，電極上沒有電流經(jīng)過，即外電流等于零。這時的電極電位就是均衡電位。穩(wěn)固電位：熱力學(xué)非均衡電極系統(tǒng)在電荷交換達(dá)到均衡時的電極電位，數(shù)值不隨時間而發(fā)生改變。但此時可能物質(zhì)交換不均衡，如共軛系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)電位：25℃電極系統(tǒng)各組分均處于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的電極電位。極化電位：有電流經(jīng)過時電極系統(tǒng)的實質(zhì)電極電位，因為有極化發(fā)生，所以又稱極化電位。過電位：某一電流密度下極化電極電位與該電極的均衡電極電位之間的差值稱為過電位。3、25℃鋅從ZnSO4（1mol/L）溶液中電解堆積的速度為0.03A/cm2時，陰極電位為-1.013V。已知電極過程的控制步驟是電子轉(zhuǎn)移步驟，傳達(dá)系數(shù)為α=0.45以及1mol/LZnSO4溶液的均勻活度系數(shù)γ=0.044。試問25℃時該電極反響的交換電流密度是多少？解：電極反響：Zn2++2e→Zn在1mol/LZnSO溶液中，α=γ±0=0.044;φ=-0.763V；4Zn2+CZn2+02.3RT㏒αZn2+平2Fφ=φ+=-0.763+0.0591㏒0.0442-0.803V已知φ=-1.013V；α=0.45；I=0.03A/㎝2η=（φ平-φ）=

-2.3RT㏒I0+2.3RT㏒IαnFαnF=-0.803-(-1.013)=0.21v㏒I0=αnFηI2.3RT㏒0.03=0.45×2×0.21I00.0591所以：I0=1.9×10-5A/㎝24、在0.1mol/LZnCl2溶液中電解復(fù)原鋅離子時，陰極過程為濃差極化。已知鋅離子的擴(kuò)散系數(shù)為1×10-5cm2/s，擴(kuò)散層有效厚度為1.2×10-2cm。試求：1）20℃時陰極的極限擴(kuò)散電流密度。2）20℃時測得陰極過電位為0.029V，相應(yīng)的陰極電流密度應(yīng)為多少？解：電極反響：Zn2++2e→Zn（1）穩(wěn)態(tài)濃差極化時，極限擴(kuò)散電流密度為jd=nFDc0/δ0=0.1mol/L=0.1-33；δ=1.2-2-5㎝2/s。已知：n=2；c10×mol/㎝×10㎝；D=1×10所以jd=296500××1×10-5×0.1×10-3/1.210×-2=0.016A/㎝2（2）因為是濃差極化，所以陰極過電位就是濃差極化過電位，陰極電流即為擴(kuò)散電流。η濃差=-2.3RT㏒(1-j/jd)/2F㏒(1-j/jd)=-2Fη濃差/2.3RT=-20×.029/0.0581=-11-j/jd=0.1j=0.9jd=0.9×0.016=0.0144A/cm25、試比較電化學(xué)極化與濃度極化的異同？極化是電流經(jīng)過電極時，電極電勢偏離均衡電極電勢的現(xiàn)象。濃差極化：在電化學(xué)過程中，因為有電極反響發(fā)生，造成電極鄰近溶液的濃度和本體溶液（指走開電極較遠(yuǎn)、濃度均勻的溶液）濃度發(fā)生了差異所致?；蛟S說濃度極化是因為電解質(zhì)溶液中物質(zhì)傳達(dá)速率慢惹起。電化學(xué)極化——在電解過程中，因為電極表面上電子交換過程（電荷傳達(dá)或電化學(xué)反響）進(jìn)行遲緩而惹起的電極電勢偏離均衡電極電勢的現(xiàn)象。濃度極化和電化學(xué)極化的特色：見講義6、試述交換電流密度的意義和影響要素。1）交換電流密度定義在均衡電位下，電極過程正反響和逆反響（或氧化和復(fù)原反響）的速率相等，正反響）或逆反響）的速率即為交換電流密度。E=EeIonFkocRexpAnFEenFkocOexpCnFEeRTRT（2）交換電流密度的意義Exchangecurrentdensityisaveryusefulparameterinthedescriptionofthekineticsofelectrodereactionsbutisprimarilyameasureoftheamountofelectron-transferactivityintheequilibriumsituation.Ahighvalueindicatesthatmuchsimultaneousoxidationandreductionistakingplaceandisindicativeofaninherentlyfastreaction.Asmallvaluesuggeststhatonlyasmallamountofelectron-transferoccursattheequilibriumpotentialandisasymptomofaslowelectrodereaction.3）交換電流密度的影響要素rateconstantselectrodematerialsconcentrationChapter21、產(chǎn)率和收率有和差異？如何提升反響的產(chǎn)率？Yield=molesofreactantconvertedtoproduct/molesofreactantconsumedRecovery＝molesofproduct/initialmolesofreactant產(chǎn)率是實質(zhì)產(chǎn)量與理論產(chǎn)量的比值，反應(yīng)了反響的選擇性。收率是實質(zhì)產(chǎn)量與反響物質(zhì)量比值，受反響的轉(zhuǎn)變率和產(chǎn)率的影響。提升產(chǎn)率的重點是克制副反響，提升反響的選擇性。同時要提升反響的轉(zhuǎn)變率。2、從電化學(xué)一般原理闡述如何降低電解過程的電耗。電解時電能耗費為：W=

Vcellk據(jù)此進(jìn)行闡述。重點是提升電流效率和降低槽電壓。3、準(zhǔn)數(shù)和準(zhǔn)數(shù)方程有何用途？舉例說明。1）什么是準(zhǔn)數(shù)。（2）什么是準(zhǔn)數(shù)方程。3）準(zhǔn)數(shù)方程作用。聯(lián)合實例說明4、試述電解槽設(shè)計的基根源則。SimplicityOperationalconvenienceandreliabilityIntegrationandversatilityReactionengineeringparametersRunningcosts5、請用中文概括和總結(jié)“電流散布和電位散布”這一節(jié)所敘述的內(nèi)容。略Chapter31、提升氯堿生產(chǎn)中“氯氧差”能夠采納哪些舉措？并經(jīng)過計算說明pH的影響。提升電極資料的電催化選擇性，即電極對析氯反響催化活性高，而析氧反響催化活性低。降低pH值，氧的電極電位增添(e.g.pH=4,E=0.99V)。（計算說明）增添Cl-的濃度來降低EeCl2。d)增添電流密度I↑，∵dEdE∴EO2增添的比ECl2快。dICl2dIO22、氯堿生產(chǎn)中電能的耗費占生產(chǎn)花費的30%，以隔閡槽為例簡述降低能耗的主要舉措。重點：（1）總能耗包含電能耗費和熱能耗費（蒸發(fā)耗能）。電解時電能耗費為：W=

Vcellk氯堿生產(chǎn)理論耗電量k必定，節(jié)能重點是提升電流效率和降低槽電壓。（2）槽電壓VCELLEeAEeCACiRsolutioniRmembraneiRother降低槽電壓的舉措：A減小理論分解電壓ETheconcentrationofsaltinanodicregionCNaCl↑,EeA↓,E↓TemperatureT↑,EeA↓↓,EeC↓,E↓TheconcentrationofcausticsodiumCNaOH↑,EeC↓,E↑降低極化AnodegraphiteA≈1.0V,DSAA<0.1VCathodeFeC＝0.3V,NicoatingC=0.1V降低歐姆壓降iRbath，iRmembrane，iRother3）提升電流效率重點是克制副反響。陽極主要副反響：析氧反響。陰極副反響：吸氧反響溶液中副反響：氯溶后惹起其余反響3、氯堿生產(chǎn)有哪幾種主要方法？試述各自特色。1）三種方法原理2）特色和比較MercuryDiaphragmcellMembranecellcellCellvoltage,V4.43.53.0Currentdensity,A/cm21.00.20.4CurrentefficiencyforCl2,%979698.5Energyconsumption,kWhpertonofNaOH315025502400(a)electrolysisonly315032602520(b)electrolysis+evoporationto50%NaOHPurityCl2,%99.29899.3PurityH2,%99.999.999.9Cl-in50%NaOH,%0.0031~20.3Concentrationpriorto501235evaporation,%MercurypollutionYesNoNoRequirementforbrinepurificationSomeMorestringentVeryextensiveTheinitialcost90~10010075~85Operatingcost100~10510085~954、HowmanytonsofCl2,H2,NaOHcanbeproducedinthecellwhichelectrodeareaare10m2(theareaofanodeandcathodeissame)whenthecurrentdensityis10kA/m2.Iftheanodecurrentefficiencyis97%,howmanytonsofCl2canbeinpracticeproduced？2NaCl+H2O2NaOH+Cl2+H2由法拉第定律GQMItM得：nFnF101017110-3GCl2226.80.1325t/h10101210-30.037t/hGH2226.880132.510-30.149t/h3GNaOH71假如電流效率是97%的話，生成GCl20.132597%0.1285t/h5、隔閡槽用石墨陽極時，槽電壓為4.5伏，改用金屬陽極后，槽電壓降為3.5伏，假定陽極電流效率為96%，問相同生產(chǎn)1噸氯氣，用金屬陽極后節(jié)儉多少電能？（氯原子量35.5）因為電化當(dāng)量：KM71nF226.8理論耗電量：k=1/K=226.8/71=0.755Ah/g節(jié)儉電能：WVcellk1000000(4.5-3.5)0.755W10000000.96=7.86105WhChapter4簡述熔鹽電解和水溶液電解的特色。1）熔鹽電解和水溶液電解比較相同點：電解不一樣點：電解質(zhì)不一樣2）特色：熔鹽與水溶液兩種電解質(zhì)的特征電化學(xué)過程特色：熔鹽電解電化學(xué)極化?。喝埯}中的電極過程因為在高溫小進(jìn)行。電子轉(zhuǎn)移步驟比水溶液中的電解過程高的多；濃度極化也很?。焊邷叵码x子挪動速度快；不存在結(jié)晶過電位：假如陰極過程是金屬復(fù)原，因為高溫熔鹽電解時往常生成液態(tài)金屬；簡單發(fā)生副反響：高溫下，熔鹽化學(xué)性質(zhì)開朗；高溫下電解質(zhì)對電極資料有腐化損壞作用。簡述金屬電解提取與電解精華的原理。1）兩種過程的電化學(xué)原理：電解過程（電極、反響）2）電解精華原理（分別）生產(chǎn)1噸鋁的能耗是生產(chǎn)1噸鋼的24倍，降低能耗對鋁生產(chǎn)擁有重要意義。請依據(jù)所學(xué)知識提出降低能耗的方法和舉措。答：能耗包含電耗和熱能耗費。從電化學(xué)角度剖析，電耗為W=

Vcellk即降低電耗主要要從降低槽電壓和提升電流效率雙方面考慮。鋁電極陰極電流效率φ一般在85~95%。提升電流效率的主要思路是減少副反響，盡量降低鋁在融鹽中的溶損。鋁電解電壓效率φV很低（30%左右），降低槽電壓主假如要提升電壓效率。能夠從槽電壓的構(gòu)成來剖析減少槽電壓的方法。主要為：減少陽極極化（資料、電極構(gòu)造與制作等）、減少電極上的歐姆壓降（資料）、降低電解質(zhì)的歐姆壓降（但受熱均衡的限制）。根本的舉措是提出新的生產(chǎn)工藝（主假如改變電解質(zhì)），想法降低電解質(zhì)的熔點和電導(dǎo)率，進(jìn)而降低電解溫度。Ingeneral,thecoppersaltsareaddedintothesolutionintheindustrialcementationofCd,Co,NiwithZnpowdertoimprovepurificationprocess.Why?(1)加入Cu鹽后，能夠使Zn粉末置換出Cu，覆蓋在Cd、Co、Ni表面形成Cu-Zn微電池，產(chǎn)生必定電動勢，電動勢促使Zn粉置換的速度，使金屬離子發(fā)生復(fù)原反響的速率加速。(2)跟著Zn粉置換出Cd、Co、Ni，溶液濃度降落，加入Cu鹽充任電解質(zhì)的作用，提升電解的程度。(3)加入銅鹽后，Zn粉置換出Cu，Cu單質(zhì)在Cd、Co、Ni表面形成一層均勻、致密的膜。(4)另一方面在金屬電極的表面可能發(fā)生析氫反響，因為Cu的電極電位高于氫的電極電位，所以減少了析氫反響的發(fā)生。4.將ppt中鋁電解“Overallprocess部分”譯成中文。要求正確、通暢。略Chapter51.簡述電鍍、陽極氧化和電泳涂裝的原理和特色。電鍍、陽極氧化和電泳涂裝都是經(jīng)過電解來對金屬表面進(jìn)行精飾的技術(shù)。三種方法的電解原理（略）電鍍：以待鍍部件為陰極，經(jīng)過電解，金屬陽極離子在陰極上復(fù)原堆積，進(jìn)而在金屬表面獲得金屬層。陽極氧化：待飾金屬作陽極，經(jīng)過電解，陽極發(fā)生氧化，表面形成一層氧化膜。電泳涂裝：經(jīng)過電解，電泳涂料在金屬表面堆積形成聚合物層。電鍍槽分別能力受哪些要素影響？如何改良電鍍槽的分別能力？1）什么是分別能力2）電鍍槽分別能力的影響要素（略）。3）改良方法：(1)增添支持電解質(zhì)來增添電導(dǎo)率。(2)增添無機(jī)金屬鹽或有機(jī)混淆物來增添陰極極化。(3)改變金屬離子在溶液中的狀態(tài)，e.g.混淆離子。(4)改變幾何要素，e.g.協(xié)助陽極。在電鍍銅時反響為Cu2++2H2CO+4OH+Cu+H2+2H2O+2HCO2-假定Cu2+的轉(zhuǎn)變率為25%，電鍍液的體積為1升，各物質(zhì)濃度分別為CuSO40.05M,NaOH0.25M，甲醛(H2CO)0.33M。計算銅離子和甲醛的濃度及放出H2體積。解：Cu2+濃度為CCu2+=0.05×（1-25%）=0.0375mol/L參加反響Cu2+量n=（）×1=0.0125mol設(shè)耗費甲醛物質(zhì)的量為x，由反響計量比Cu2+2H2CO可知1×x=2×0.0125所以得x=0.025mol節(jié)余甲醛濃度為CH2CO設(shè)放出H2物質(zhì)量為y,由Cu2+H2，y×1=1×0.0125,則標(biāo)況下H2氣體VH2=22.4×0.0125=0.28L請將小節(jié)（Theplatingbath）ppt內(nèi)容翻譯成中文。略請簡述溶液中結(jié)晶和電結(jié)晶的異同。略Chapter6動力電池即需要能量密度高，又需要功率密度高。試用所學(xué)電化學(xué)知識說說如何設(shè)計高性能動力電池？略簡述鋅錳電池、鎳鎘電池、鉛酸電池、鋰離子電池和鎳氫電池工作原理、特色和用途答：鋰離子電池工作原理：以LiCoO2為正極資料

,石墨為負(fù)極資料的鋰離子電池

,充放電反響式為：LiCoO2+6C

Li1-xCoO2+LixC6鋰離子電池的特征：體積及質(zhì)量的能量密度高;單電池的輸出電壓高,為4