电化学作业答案(word文档)

2013年应用电化学习题参照答案Chapter11、为何不可以用一般电压表丈量电动势？应当如何丈量？1）电动势的观点:电动势是一个简单精准丈量但含义复杂的参数。其定义为：在电池中没有电流经过时，自觉电池两个终端相之间的电位差。它是断路状况下原电池两极间的电位差，等于构成电池的各个相界面的代数和。（2）不可以用一般电压表丈量电动势。因为电动势=内部电压+输出电压，而一般电压表测定的电压为电池的输出电压（端电压）。3）电动势丈量详细方法好多。常用电位差计来丈量，电位差计利用赔偿法和比较法实现对电动势的丈量。2、试总结比较以下观点：均衡电位，标准电位，稳固电位，极化电位，过电位均衡电位：处于热力学均衡状态的电极系统的电极电位。因为氧化反响和复原反响速度相等，电荷交换和物质交换都处于动向均衡之中，因此净反响速度为零，电极上没有电流经过，即外电流等于零。这时的电极电位就是均衡电位。稳固电位：热力学非均衡电极系统在电荷交换达到均衡时的电极电位，数值不随时间而发生改变。但此时可能物质交换不均衡，如共轭系统。标准电位：25℃电极系统各组分均处于标准态下的电极电位。极化电位：有电流经过时电极系统的实质电极电位，因为有极化发生，所以又称极化电位。过电位：某一电流密度下极化电极电位与该电极的均衡电极电位之间的差值称为过电位。3、25℃锌从ZnSO4（1mol/L）溶液中电解堆积的速度为0.03A/cm2时，阴极电位为-1.013V。已知电极过程的控制步骤是电子转移步骤，传达系数为α=0.45以及1mol/LZnSO4溶液的均匀活度系数γ=0.044。试问25℃时该电极反响的交换电流密度是多少？解：电极反响：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溶液中电解复原锌离子时，阴极过程为浓差极化。已知锌离子的扩散系数为1×10-5cm2/s，扩散层有效厚度为1.2×10-2cm。试求：1）20℃时阴极的极限扩散电流密度。2）20℃时测得阴极过电位为0.029V，相应的阴极电流密度应为多少？解：电极反响：Zn2++2e→Zn（1）稳态浓差极化时，极限扩散电流密度为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）因为是浓差极化，所以阴极过电位就是浓差极化过电位，阴极电流即为扩散电流。η浓差=-2.3RT㏒(1-j/jd)/2F㏒(1-j/jd)=-2Fη浓差/2.3RT=-20×.029/0.0581=-11-j/jd=0.1j=0.9jd=0.9×0.016=0.0144A/cm25、试比较电化学极化与浓度极化的异同？极化是电流经过电极时，电极电势偏离均衡电极电势的现象。浓差极化：在电化学过程中，因为有电极反响发生，造成电极邻近溶液的浓度和本体溶液（指走开电极较远、浓度均匀的溶液）浓度发生了差异所致。或许说浓度极化是因为电解质溶液中物质传达速率慢惹起。电化学极化——在电解过程中，因为电极表面上电子交换过程（电荷传达或电化学反响）进行迟缓而惹起的电极电势偏离均衡电极电势的现象。浓度极化和电化学极化的特色：见讲义6、试述交换电流密度的意义和影响要素。1）交换电流密度定义在均衡电位下，电极过程正反响和逆反响（或氧化和复原反响）的速率相等，正反响）或逆反响）的速率即为交换电流密度。E=EeIonFkocRexpAnFEenFkocOexpCnFEeRTRT（2）交换电流密度的意义Exchangecurrentdensityisaveryusefulparameterinthedescriptionofthekineticsofelectrodereactionsbutisprimarilyameasureoftheamountofelectron-transferactivityintheequilibriumsituation.Ahighvalueindicatesthatmuchsimultaneousoxidationandreductionistakingplaceandisindicativeofaninherentlyfastreaction.Asmallvaluesuggeststhatonlyasmallamountofelectron-transferoccursattheequilibriumpotentialandisasymptomofaslowelectrodereaction.3）交换电流密度的影响要素rateconstantselectrodematerialsconcentrationChapter21、产率和收率有和差异？如何提升反响的产率？Yield=molesofreactantconvertedtoproduct/molesofreactantconsumedRecovery＝molesofproduct/initialmolesofreactant产率是实质产量与理论产量的比值，反应了反响的选择性。收率是实质产量与反响物质量比值，受反响的转变率和产率的影响。提升产率的重点是克制副反响，提升反响的选择性。同时要提升反响的转变率。2、从电化学一般原理阐述如何降低电解过程的电耗。电解时电能耗费为：W=

Vcellk据此进行阐述。重点是提升电流效率和降低槽电压。3、准数和准数方程有何用途？举例说明。1）什么是准数。（2）什么是准数方程。3）准数方程作用。联合实例说明4、试述电解槽设计的基根源则。SimplicityOperationalconvenienceandreliabilityIntegrationandversatilityReactionengineeringparametersRunningcosts5、请用中文概括和总结“电流散布和电位散布”这一节所叙述的内容。略Chapter31、提升氯碱生产中“氯氧差”能够采纳哪些举措？并经过计算说明pH的影响。提升电极资料的电催化选择性，即电极对析氯反响催化活性高，而析氧反响催化活性低。降低pH值，氧的电极电位增添(e.g.pH=4,E=0.99V)。（计算说明）增添Cl-的浓度来降低EeCl2。d)增添电流密度I↑，∵dEdE∴EO2增添的比ECl2快。dICl2dIO22、氯碱生产中电能的耗费占生产花费的30%，以隔阂槽为例简述降低能耗的主要举措。重点：（1）总能耗包含电能耗费和热能耗费（蒸发耗能）。电解时电能耗费为：W=

Vcellk氯碱生产理论耗电量k必定，节能重点是提升电流效率和降低槽电压。（2）槽电压VCELLEeAEeCACiRsolutioniRmembraneiRother降低槽电压的举措：A减小理论分解电压ETheconcentrationofsaltinanodicregionCNaCl↑,EeA↓,E↓TemperatureT↑,EeA↓↓,EeC↓,E↓TheconcentrationofcausticsodiumCNaOH↑,EeC↓,E↑降低极化AnodegraphiteA≈1.0V,DSAA<0.1VCathodeFeC＝0.3V,NicoatingC=0.1V降低欧姆压降iRbath，iRmembrane，iRother3）提升电流效率重点是克制副反响。阳极主要副反响：析氧反响。阴极副反响：吸氧反响溶液中副反响：氯溶后惹起其余反响3、氯碱生产有哪几种主要方法？试述各自特色。1）三种方法原理2）特色和比较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假如电流效率是97%的话，生成GCl20.132597%0.1285t/h5、隔阂槽用石墨阳极时，槽电压为4.5伏，改用金属阳极后，槽电压降为3.5伏，假定阳极电流效率为96%，问相同生产1吨氯气，用金属阳极后节俭多少电能？（氯原子量35.5）因为电化当量：KM71nF226.8理论耗电量：k=1/K=226.8/71=0.755Ah/g节俭电能：WVcellk1000000(4.5-3.5)0.755W10000000.96=7.86105WhChapter4简述熔盐电解和水溶液电解的特色。1）熔盐电解和水溶液电解比较相同点：电解不一样点：电解质不一样2）特色：熔盐与水溶液两种电解质的特征电化学过程特色：熔盐电解电化学极化小：熔盐中的电极过程因为在高温小进行。电子转移步骤比水溶液中的电解过程高的多；浓度极化也很小：高温下离子挪动速度快；不存在结晶过电位：假如阴极过程是金属复原，因为高温熔盐电解时往常生成液态金属；简单发生副反响：高温下，熔盐化学性质开朗；高温下电解质对电极资料有腐化损坏作用。简述金属电解提取与电解精华的原理。1）两种过程的电化学原理：电解过程（电极、反响）2）电解精华原理（分别）生产1吨铝的能耗是生产1吨钢的24倍，降低能耗对铝生产拥有重要意义。请依据所学知识提出降低能耗的方法和举措。答：能耗包含电耗和热能耗费。从电化学角度剖析，电耗为W=

Vcellk即降低电耗主要要从降低槽电压和提升电流效率双方面考虑。铝电极阴极电流效率φ一般在85~95%。提升电流效率的主要思路是减少副反响，尽量降低铝在融盐中的溶损。铝电解电压效率φV很低（30%左右），降低槽电压主假如要提升电压效率。能够从槽电压的构成来剖析减少槽电压的方法。主要为：减少阳极极化（资料、电极构造与制作等）、减少电极上的欧姆压降（资料）、降低电解质的欧姆压降（但受热均衡的限制）。根本的举措是提出新的生产工艺（主假如改变电解质），想法降低电解质的熔点和电导率，进而降低电解温度。Ingeneral,thecoppersaltsareaddedintothesolutionintheindustrialcementationofCd,Co,NiwithZnpowdertoimprovepurificationprocess.Why?(1)加入Cu盐后，能够使Zn粉末置换出Cu，覆盖在Cd、Co、Ni表面形成Cu-Zn微电池，产生必定电动势，电动势促使Zn粉置换的速度，使金属离子发生复原反响的速率加速。(2)跟着Zn粉置换出Cd、Co、Ni，溶液浓度降落，加入Cu盐充任电解质的作用，提升电解的程度。(3)加入铜盐后，Zn粉置换出Cu，Cu单质在Cd、Co、Ni表面形成一层均匀、致密的膜。(4)另一方面在金属电极的表面可能发生析氢反响，因为Cu的电极电位高于氢的电极电位，所以减少了析氢反响的发生。4.将ppt中铝电解“Overallprocess部分”译成中文。要求正确、通畅。略Chapter51.简述电镀、阳极氧化和电泳涂装的原理和特色。电镀、阳极氧化和电泳涂装都是经过电解来对金属表面进行精饰的技术。三种方法的电解原理（略）电镀：以待镀部件为阴极，经过电解，金属阳极离子在阴极上复原堆积，进而在金属表面获得金属层。阳极氧化：待饰金属作阳极，经过电解，阳极发生氧化，表面形成一层氧化膜。电泳涂装：经过电解，电泳涂料在金属表面堆积形成聚合物层。电镀槽分别能力受哪些要素影响？如何改良电镀槽的分别能力？1）什么是分别能力2）电镀槽分别能力的影响要素（略）。3）改良方法：(1)增添支持电解质来增添电导率。(2)增添无机金属盐或有机混淆物来增添阴极极化。(3)改变金属离子在溶液中的状态，e.g.混淆离子。(4)改变几何要素，e.g.协助阳极。在电镀铜时反响为Cu2++2H2CO+4OH+Cu+H2+2H2O+2HCO2-假定Cu2+的转变率为25%，电镀液的体积为1升，各物质浓度分别为CuSO40.05M,NaOH0.25M，甲醛(H2CO)0.33M。计算铜离子和甲醛的浓度及放出H2体积。解：Cu2+浓度为CCu2+=0.05×（1-25%）=0.0375mol/L参加反响Cu2+量n=（）×1=0.0125mol设耗费甲醛物质的量为x，由反响计量比Cu2+2H2CO可知1×x=2×0.0125所以得x=0.025mol节余甲醛浓度为CH2CO设放出H2物质量为y,由Cu2+H2，y×1=1×0.0125,则标况下H2气体VH2=22.4×0.0125=0.28L请将小节（Theplatingbath）ppt内容翻译成中文。略请简述溶液中结晶和电结晶的异同。略Chapter6动力电池即需要能量密度高，又需要功率密度高。试用所学电化学知识说说如何设计高性能动力电池？略简述锌锰电池、镍镉电池、铅酸电池、锂离子电池和镍氢电池工作原理、特色和用途答：锂离子电池工作原理：以LiCoO2为正极资料

,石墨为负极资料的锂离子电池

,充放电反响式为：LiCoO2+6C

Li1-xCoO2+LixC6锂离子电池的特征：体积及质量的能量密度高;单电池的输出电压高,为4