应用电化学复习

1、一、化学电源的基本概念1. 化学电源的组成和工作原理组成：电极、电解质、隔膜、外壳。工作原理：化学电源就是一个能量转换的装置。放电时，电池是将化学能转变为电能，充电时则是将电能转换成化学能贮存起来。以丹尼尔电池为例讨论化学电源的工作原理：丹尼尔电池：（）znznso4|cuso4cu(+)负极： zn2e zn2 氧化正极： cu22ecu 还原电池反应：zncu2zn2cu 成流反应2. 化学电源的基本组成部分及其作用电极：在电池充放电过程中参与电极反应，是直接决定电池容量和电化学性能。电解质：电池的主要组成之一，在电池内部担负着传递正负极之间电荷的作用。隔膜：将电池正负极隔开防止两极直接接

2、触而短路。 外壳：电池的容器。3. 化学电源的主要性能指标（1）电池的开路电压与电动势：电动势e：电池两极断路时，处于热力学平衡状态下，两极的平衡电位之差。开路电压u：电池断路时，两极的稳定电位之差。电动势e是可逆电极，可逆电池，可逆过程；开路电压u是可逆电极，不可逆过程。电动势e与开路电压u二者关系：可逆电池u=e；不可逆电池：ue。工作电压v：电池工作时两端的电压即电池中有电流通过时的端电压，随输出电流的大小、放电深度、温度等变化而变化。开路电压u和工作电压v之间的关系：有电流通过时，会产生电化学极化、浓差极化、欧姆极化等，故vu（2）电池的容量c：电池在一定的放电制度下，所放出的电量c，

3、单位为库仑（c）或安培.小时（ah)。电池的比容量：单位质量或单位体积电池所给出的容量，称为重量比容量cm或体积比容量cv放电时率t：用放电时间的长短来表示放电速率，即在规定的放电时间内，电池放出全部的额定容量，以一定的放电电流i放放完额定容量c额所需小时数。放电倍率： 放电电流为电池额定容量的倍数。（3）化学电源的自放电及其影响因素自放电：一次电池或充电后的二次电池在贮存一段时间后，容量发生自动降低的现象，称为电池的自放电。对于蓄电池，又叫充电保持能力。电池存在的自放电，将直接影响到电池的储存性能，电池自放电越小，电池的储存性能越好。4. 一个化学电源必备条件：化学反应中的两个过程必须分隔在

4、两个区域进行；物质在发生氧化还原反应时，电子必须经过外电路。5. 电池和电池容量的计算：理论容量c0:实际容量c:6. 电池自放电大小计算自放电前电池容量减去自放电后电池容量。二、锌二氧化锰电池1. 锌二氧化锰电池中二氧化锰（正极）的反应机理：mno2电极的电化学行为：质子电子机理mno2阴极还原的初级过程：mnooh的生成（水锰石） 反应：mno2 h e mnoohmno2阴极还原的次级过程：mnooh的转移歧化反应： 2mnooh2hmno2mn22h2o 固相质子扩散2. 锌二氧化锰电池中锌负极的自放电原因：氢离子的阴极还原引起锌的自放电（析氢腐蚀）；氧的阴极还原引起锌电极的自放电；电

5、解液中的杂质引起的锌电极的自放电，引起锌电极自放电的主要原因是氢的阴极析出所引起的锌的腐蚀，即析氢腐蚀。降低自放电的措施：加添加剂在金属锌中加入添加剂或在电解液中加入缓蚀剂。保证原材料的质量达到要求。对电液进行净化。贮存电池的温度低于25。电池要严格密封。3. 中性锌锰电池：正极：天然mno2或电解mno2 负极： 锌筒电解质溶液：nh4cl(zncl2)型或zncl2 (nh4cl)型 隔膜：浆层纸 外壳：锌筒负极特点：容量增大，电池内阻减小，放电电流增大碱性锌锰电池：正极：电解mno2（emd） 负极：汞齐化锌粉（多孔锌电极，汞的添加量为锌粉的6%10%（质量百分数）目的：提高析氢过电位，

6、减少锌负极腐蚀）电解质溶液：koh溶液 隔膜：隔膜纸 外壳：镀铝钢外套特点：放电性能好，容量高，可大电流连放，放电曲线平稳低温性能好3.储存性能好4.防漏液性能好4. 锌锰电池为什么只适合小电流放电?高电流密度下，锌负极会发生钝化：zn24ohzno2 2- 2h2o 2e zno2 2-转变成zn(oh)2，阻止电极反应继续进行三、铅酸电池1. 简述铅酸电池的工作原理：2. 简述铅酸电池正极板栅的腐蚀和变形现象：正极板栅腐蚀的原因：正极板栅中的pb和其他成分如sb处于热力学不稳定状态，在充电时可发生阳极溶解导致板栅的腐,从而破坏了极板栅与活性物质的接触。 正极板栅的变形现象：正极板栅的长大是

7、由于其表面氧化膜pbo2的生成。 pbo2比pb具有更大的比体积。正极板栅长大的后果是其线性尺寸增加、弯曲以及个别筋条的断裂,从而造成板栅的破坏和电池正极板栅在使用过程中的变形称为板栅的长大。 3. 铅负极的钝化：在电极过程中pb表面形成紧附于pb表面的结晶层pbso4，从而导致pb电极导电性和活性下降，称为铅负极的钝化.铅负极的添加剂：无机类添加剂：炭黑、baso4 有机类添加剂：木素、腐殖酸铅负极的不可逆硫酸盐化：活性物质在一定条件下生成坚硬而粗大的pbso4(不同于正常放电时生成的pbso4)，几乎不溶解，因此在充电时不能转化为活性物质，造成电池容量减小；常常是在电池组长期充电不足或过放

8、电状态下长期储存形成的；硫酸盐化的根本原因一般认为是pbso4的重结晶。4.为什么可以通过测量电解液的密度来估算铅蓄电池的容量？铅酸蓄电池的电动势只与酸的浓度有关，与蓄电池中含有的铅、二氧化铅或硫酸铅的量无关。（依据电池反应）5. 大电流低温放电对铅酸电池产生不利影响：大电流低温放电容易导致产生硫酸铅结晶，几乎不溶解，因此在充电时不能转化为活性物质，造成电池容量减小。四、锂离子电池1. 锂离子电池的工作原理：2. 正极材料：licoo2 linio2 lixmn2o4 和lifepo4性能对比：licoo2主要优点：工作电压较高（平均工作电压为3.7v），充放电电压平稳，适合大电流充放电，比能

9、量高，循环性能好电导率高，生产工艺简单、容易制备等。主要缺点：价格昂贵，抗过充电性较差，循环性能有待进一步提高。linio2主要优点：理论容量为274mah/g，实际容量已达190mah/g210mah/g，自放电率低，无污染，与多种电解质有着良好的相容性，与licoo2相比价格便宜等linio2具有致命的缺点： linio2的制备条件非常苛刻，商业化生产困难；linio2的热稳定性差，linio2的热分解温度最低（200左右），且放热量最多，这对电池带来很大的安全隐患；linio2在充放电过程中容易发生结构变化，使电池的循环性能变差。lixmn2o4主要优点为：锰资源丰富、价格便宜；安全性高

10、，比较容易制备。lixmn2o4缺点:理论容量不高；材料在电解质中会缓慢溶解，即与电解质的相容性不太好；在深度充放电的过程中，材料容易发生晶格崎变，造成电池容量迅速衰减，特别是在较高温度下使用时更是如此。lifepo4具有高稳定性、更安全可靠、更环保并且价格低廉。在大型锂离子电池方面有非常好的应用前景。lifepo4的主要缺点是理论容量不高，室温电导率低。3. 锂离子电池电解液的组成：锂离子电池电解液一般是由有机溶剂和电解质（锂盐）组成。有机溶剂一般采用直链酯和环酯 (如ec+dmc，pc+dec)混合溶剂。电解质有：无机锂盐（liclo4、libf4、lipf6、liasf6）、有机锂盐（三

11、氟甲基磺酸锂 licf3so3，二(三氟甲基磺酰)亚胺锂 lin(cf3so2)2，三(三氟甲基磺酰)甲基锂 lic(so2 cf3)）。4. 锂离子电池和锂电池区别：锂电池和锂离子电池一般指锂一次电池和锂二次电池。锂电池的负极为金属锂，正极为mno2、socl2、 so2、(cfx)n等。锂离子电池是以锂离子嵌入化合物为正、负极的二次电池。六、电镀绪论1. 电镀定义：电镀是用电化学方法在固体表面沉积一层金属、合金或金属与非金属复合电沉积的过程。2. 电镀技术应用： 表面处理：增强零件的抗腐蚀性能；增强零件的装饰功能；增强零件的特殊功能如抗高温氧化、抗磨、减磨、 微孔吸附、增强材料强度、增强材

12、料导电性能等。电铸：提纯金属或湿法冶金。电加工：某些精密的零件，机械加工困难，可采用电加工成型技术。表面处理：制备特殊用途材料如发泡镍、中空镍纤维等。高科技：如电沉积法制备一维纳米线。材料制备：制备催化材料、复合材料、金属膜材料等。3. 重要的电镀技术：1856年盖瑟（geuther）发明的铬酸镀铬；1916年瓦特（o.p.watts）发明的硫酸盐电镀镍。4. 阴极性镀层：当镀层与基体金属形成腐蚀电池时，镀层因电位比基体更正，基体金属首先受到腐蚀溶解，这时镀层为阴极性镀层。阳极性镀层：当镀层与基体金属形成腐蚀电池时，镀层因电位比基体金属更负，首先受到腐蚀溶解，这时镀层为阳极性镀层。七、金属电结

13、晶1. 金属离子还原时电化学极化较小的有那些？金属离子还原时电化学极化较大的有那些？2. 络合剂对金属离子的还原有极化作用吗？是否所有的络合物都能增大电化学极化？络合剂对金属离子的还原有极化作用。 是，因为络离子和金属离子形成金属络合物后，金属离子的浓度降低，活度降低从而使平衡电极电势变负。络合物稳定常数越大,平衡电位负移越多。而平衡电位越负,金属阴极还原的初始析出电位也越负。八、电解液分散能力1. 电解液分散能力（均镀能力）：就是电解液能使零件表面镀层的厚度均匀分布的能力。电解液覆盖能力（深镀能力）：在一定的电解条件下，电解液能使镀层沉积金属覆盖整个表面的能力。2. 整平能力：整平能力又叫微

14、观分散能力，是以镀层在阴极表面不同部位的分布的情况来评价镀液电镀性能的一个重要指标。几何整平 b 负整平 c 正整平3. 初次电流分布：假设阴极极化不存在时的电流分布为初次电流分布，此时r极化 0。二次电流分布：在阴极极化存在时的电流分布称为二次电流分布。4. 影响电解液分散能力因素：主要有几何因素的影响（零件不同部位离阳极的距离导致电流密度大小不同）和电化学因素（阴极极化度和溶液的电导率）等。5. 影响电解液覆盖能力因素：析出电位：电位越正，有利于提高覆盖能力；基体材料特性：依材料不同各异，通常金属析出过电位与氢析出过电位相反；基体材料表面状态：光滑、洁净有利于覆盖；粗糙、油污不利于覆盖6.

15、 整平剂的特征：能强烈阻化阴极过程，提高极化 50120m（光亮剂只能提高1030mv）；能夹杂在镀层中或在阴极上还原而被消耗；整平剂在峰处的吸附量大于谷处的吸附量。7. 测定覆盖能力：直角阴极法； 内孔法； 凹穴法等。测定分散能力：弯曲阴极法；远近阴极法； 霍尔槽等。九、电镀前表面准备1. 金属零件镀前机械处理：粗糙表面的整平包括：（1）磨光（2）抛光（3）滚光、震动、离心（4）刷光、喷砂处理等。待添加的隐藏文字内容32. 金属零件镀前化学处理：除油：包括有机溶剂除油，化学除油及电化学除油以及超声波除油浸蚀：包括强浸蚀、电化学浸蚀及弱浸蚀（活化抛光：化学抛光、电化学抛光活化：化学活化、电化学

16、活化3. 化学除油反应：主要是与动、植物中的硬脂酸皂化反应(c17h35coo)3c3h5+3naoh3 c17h35coonac3h5(oh)3 为了同时除去（非皂化）油，可在化学除油液中加入（乳化剂）。4. 电化学除油电解液中是否要加入乳化剂？由于电化学除油时，电极上不断产生的氢气和氧气具有乳化作用，故电化学除油溶液中可以少加或不加乳化剂。5. 钢铁零件酸侵蚀通常采用硫酸的质量分数为（2025），提高硫酸的浓度不能增强浸蚀能力，超过40时由于硫酸的强氧化性，对氧化皮几乎不溶解。6. 为了防止过侵蚀，可在hcl侵蚀液中加入（六次甲基四胺）在h2so4侵蚀液中加入二邻甲苯基硫脲7. 侵蚀液中溶

17、解产物累积到一定程度，会降低硫酸侵蚀液的侵蚀速度，一般控制铁含量（60g/l）。8. 钢铁零件的活化处理有哪些方法？活化处理的机理时什么？ 电化学阴极活化：强烈析氢保持表面活化 活化与预镀同时处理：大量析氢活化，少量的ni沉积在阴极表面活化与预镀单独处理十、电镀锌1. 近年来发展较快的无氰镀锌是哪个工艺？氯化钾型弱酸性镀锌电解液是近年来发展较快的一种无氰镀锌工艺，简称钾盐镀锌。碱性锌酸盐电解液（答案不确定，暂以第二个优先）2. 镀锌后为什么要进行钝化处理？锌在使用环境（例如大气）中的化学稳定性不高，为了保护锌镀层本身免受介质腐蚀大都采用钝化处理方法，使锌镀层表面形成化学稳定性高的钝化膜层。3.

18、 哪种钝化工艺生成的钝化膜耐腐蚀性能最好？ 三酸钝化（铬酸、硫酸、硝酸），该钝化膜具有自修复作用。4. 碱性锌酸盐镀锌为什么zn2会不断升高？怎样控制？锌酸盐镀液的操作温度一般控制在1040(最佳1532)，温度过高，则阳极溶解快，zn2+升高快。锌酸盐镀液中zno与naoh的质量比，以保持1:10最好。当氢氧化钠含量过高时，阳极溶解过快，镀液中zn2+浓度过高控制方法：控制好镀液中zno的含量在10gl左右 zno和naoh的含量比为1:10左右 定期分析镀液，避免zn2+的升高及上述比例失调。控制温度。十一、电镀镍1. 论述普通镀镍电解液中氯离子的作用？加入氯离子，能显著改善阳极的溶解性，提高镀液导电率，改善镀液的分散能力。氯离子是镀镍液中不可缺少的成分。但氯离子含量不能过高，否则会引起阳极过腐蚀或不规则溶解，产生大量阳极泥，悬浮于镀液中，使镀层粗糙或形成毛刺。2. 光亮镀镍工艺中，初级光亮剂有何特征？次级光亮剂有何特征？初级光亮剂对阴极极化的影响比较小，当浓度较低时，一般使阴极超电势增加5 mv45 mv；浓度提高时，超电势不再明显增加。初级光亮剂大都含有= cso2的结构的有机含硫化合物。它