冶金电化学习题解答

1、,冶金电化学习题课,概念题,1.说明平衡电势与稳定电势的区别。 答：1）平衡电势是可逆电极的电极电势。稳定电势是不可逆电极的电极电势。 2）平衡电势是氧化还原反应速度相等，物质交换和电荷交换都处于平衡。稳定电势是电荷交换平衡，物质交换不平衡。 3）平衡电势可根据能斯特方程计算，而稳定电势不能根据能斯特方程计算，只能实验测定。 2.原电池电动势有哪几部分组成？ 答：原电池电动势定义：电池中没有电流通过时，两个电极的相对电势差。,概念题,5.比较电解池和原电池的极化图，并解释两者不同的原因。,答：通过观察电解池与原电池的极化图，可以发现： 无论是原电池还是电解池，阴极极化曲线随电流密度增大而负移，

2、阳极极化曲线随电流密度增大而正移。这是因为原电池中由于反应速度小于电子传递速度，阴极界面积累正离子，阳极界面积累负电荷，电流密度提高，反应速度加快，阴极界面的正离子和阳极界面的负离子减少，所以阴极电势降低，阳极电势提高。电解池中由于反应速度小于电子传递速度，阴极材料内积累电子，阳极材料失去电子积累正离子，电流密度的升高，阴极材料会积累更多的电子，阳极材料会积累更多的正离子，所以阴极电势降低，阳极电势提高。 原电池的阴极极化曲线较阳极极化曲线更正，电解池的阳极极化曲线较阴极极化曲线更正。这是由于原电池中阴极是正极，阳极是负极。而电解池中阳极是正极，阴极是负极。,概念题,6.试总结比较下列概念：

3、答：平衡电势：在平衡条件下工作的、电荷交换与物质交换都出于平衡的电极电势。（可逆电极电势） 标准电势：在标准状态下的平衡电极电势。 稳定电势：电荷交换平衡，物质交换不平衡的电极电势。（不可逆电极） 极化电势：有电流通过时的电极电势。 过电势：在一定电流密度下，电极电势与平衡电势的差值。 极化值：有电流通过时电极电势与静止电势的差值。 7.简述电极过程的基本历程和特点。 答：1）液相传质，反应粒子向电极表面附近液层迁移。 2）前置转化，反应粒子在电极表面或电极表面附近液层中进行电化学反应前的某种转化过程。这类过程的特点是没有电子参与反应，反应速度与电极电位无关。 3）电化学反应，反应粒子在电极/

4、溶液界面上得到或失去电子，生成还原反应或氧化反应的产物。 4）随后转化，反应产物在电极表面或表面附近液层中进行电化学反应后的转化过程。特点是没有电子参与反应。 5）新相生成，生成固相沉积层、放出气体，如生成物是可溶性的，则产物粒子自电极表面向电解质内部迁移,概念题,8.简述测量极化曲线的基本原理 答：测量极化曲线的方法主要有两种。 1）恒电流法：就是给定电流密度，测量相应的电极电势，从而得到电势与电流密度之间的关系曲线，其中电流密度是自变量，电极电势是因变量。 2）恒电势法：则是控制电极电势，测量响应的电流密度值而做出的极化曲线，电极电势是自变量，电流密度是因变量。 9.什么是电极的极化，其产

5、生原因？ 答：电极的极化：有电流通过时，电极电势偏离平衡电势的现象。 产生原因：因为极化与去极化两种矛盾作用的综合结果。实质是电极反应速度跟不上电子运动速度而造成电荷在界面的积累。 10.实现稳态扩散过程的条件是什么？实际稳态扩散过程和理想稳态扩散过程的区别是什么？ 答：对流与扩散同时存在时，才能实现稳态扩散过程。 实际稳态扩散过程和理想稳态扩散过程的区别是实际的稳态扩散过程，是一种对流作用下的稳态扩散过程，而不是单纯扩散过程。理想稳态扩散过程则是人为的把扩散层和对流层分开了，但在真实的电化学体系中，扩散层和对流层是相互叠加，没有明显界限的。,计算题,2.已知：0(cu2+/cu)=0.337

6、v，0(zn2+/zn)=-0.763v，求25时， 电池znzn2+(a1=0.1)cu2+(a2=0.01)cu的电动势和反应平衡常数。 解： e0=0(cu2+/cu)-0(zn2+/zn)=0.337-(-0.763)=1.1v e=e0-2.3rt/2floga1/a2 =1.1-2.38.314298/296485log0.1/0.01 =1.1-2.38.314298/2964851 =1.07v 电极反应：zn+cu2+=zn2+cu 由e0=rtlnk/nf得： lnk=nfe0/rt=1.1296485/8.314298=85.68 k=1.621037,计算题,3.实验测

7、得铁在溶液a和溶液b中的两条阳极极化曲线，其实验数据如表所示，请根据实验数据绘出极化曲线，并判断铁在哪个溶液中更容易腐蚀？为什么？假定阳极反应只有fefe2+2e一种。,计算题,如图所示，线a的斜率比线b的斜率大，所以，a的极化度更大，极化度大说明电极受电流影响大，同样的电流密度下，电势偏移平衡位置更大，这说明电极电势明显变化，反应速度的变化很小，所以铁在b液中更容易腐蚀。,计算题,4.在0.1mol/lzncl2溶液中电解还原锌离子时，阴极过程为浓差极化。已知锌离子的扩散系数为110-5cm2/s，扩散层有效厚度为1.210-2cm试求： （a）20时阴极的极限扩散电流密度。 （b）20时测

8、得阴极过电势为0.029v，相应的阴极电流密度为多少？ 解：（a）电极反应为：zn2+2e=zn 稳态浓差极化时，极限电流密度为： jd=nfdc0/=2965000.110-50.110-3/1.210-2=0.016a/cm2 (b)因为是浓差极化，故阴极过电位就是浓差极化过电位，阴极电流即为扩散电流。 -=rtln(1-j/jd)/nf ln(1-j/jd)=-2f/rt=-20.02996500/8.314293-2.30 1-j/jd=0.1 j/jd=1-0.1=0.9 j=0.9jd=0.90.016=0.0144a/cm2,计算题,5.测得电极反应o+2er在25时的交换电流密

9、度为210-12a/cm2，a=0.46。当在-1.44v下阴极极化时，电极反应速率是多大？已知电极反应过程为电子转移步骤控制，未通电时电极电势为-0.68v。 解：此电极过程为电化学极化，且阴极极化值为： =-j=0=-1.44-(-0.68)=-0.86v 由于极化相当大，故可判断此时电极反应应处于塔菲尔区，所以： -=-rtlnj0/nf+rtlnj/nf lnj=nf(-)/rt+lnj0 =965000.4620.76/8.314298+ln(210-12) =27.23-26.94 0.29 j=exp(0.29)=1.33a/cm2,计算题,6.在25，锌从znso4(1mol/l)溶液中电解沉积的速率为0.03a/cm2，阴极电势为-1.013v。已知阴极过程的控制步骤是电子转移步骤，传递系数=0.45以及1mol/lznso4溶液的平均活度系数=0.044。试问25时该电极反应的交换电流密度是多少？ 解：电极反应为zn2+2ezn 在1mol/lznso4溶液中azn2+=czn2+=0.0441=0.044，查表得到0=-0.763v，所以 平=0+rtlnazn2+/2f =-0.763+8.3142980.0