电化学原理习题集(3)

2019-01-10 14:37

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ηc=a+blogj=0.7+0.128log(1/1000)=0.316V

?c??0?RT8.314?298lnaH???c?0?ln0.1?0.316??0.375V F96500

1.名词解释:

(1)原电池:凡是能将化学能直接转变为电能的电化学装置叫做原电池或自发电池 (2)腐蚀电池:只能导致金属材料破坏而不能对外界做有用功的短路原电池。

(3)电池可逆性条件: (1)电池中的化学变化是可逆的,即物质的变化是可逆的;(2)电池中

能量的转化是可逆的,即电能或化学能不转变为热能而散失。

(4)电池的能量效率:电池实际能放出的电能与按理论计算可放出的电能之比,公式

?P??VIdt?100%

0tEtQ(5)极化电阻:在过电位η~电流j的极化曲线上切线斜率(极化率)当η→0时的大小,具有电阻的量纲,表示为Rr?(d?)??0 dj7.电极过程的基本历程有哪些? 答:(1)液相传质步骤

(2)前置的表面转化步骤 简称前置转化 (3)电子转移步骤或称电化学反应步骤 (4)随后的表面转化步骤简称随后转化

(5)新相生成步骤或反应后的液相传质步骤

1.1.电化学反应的基本动力学参数有哪些?说明其物理意义 答:(1)电极过程的传递系数α、β,物理意义:表示电极电位对还原反应和氧化反应活化能影响的程度。

(2)交换电流密度j0,物理意义:表示平衡电位下氧化反应和还原反应的绝对速度

(3)电极反应速度常数K,物理意义:表示标准电极电位和反应物浓度为单位浓度时的电极反应绝对速度。

6.可逆电极类型有哪些?举例说明 答:(1)第一类可逆电极,阳离子可逆,即金属浸在含有该金属离子的可溶性盐溶液中所

n?组成的电极。如MM可溶性盐溶液

(2)第二类可逆电极,阴离子可逆,即金属插入其难溶盐和与该难溶盐具有相同阴离子的

,A?(aA?) 可溶性盐溶液中。如MMAn?固?(3)第三类可逆电极,氧化还原可逆电极,即铂或其它惰性金属插入同一元素的两种不同

n?1n价态离子溶液中,如PtM,M

(4)气体电极, 气体吸附在铂或其它惰性金属表面与溶液中相应的离子进行氧化还原反

?应并达到平衡,如Pt,H2pH2H?H?

????2.简述锌锰干电池结构和特点,写出其电池符号、正负电极反应和电池反应

答:(1)结构:在酸性锌锰干电池中,锌筒外壳作负极,插在中央的碳棒是正极的集流体,围绕着碳棒的MnO2和石墨的混合物作正极,ZnCl2和NH4Cl的糊状混合物作电解质。用火漆封固成干电池。 (2)电池特点:

优点:原材料丰富、价格便宜;

缺点:寿命短、放电功率低、比能量小、存储性能和低温性能差,在-20℃即不能工作,且不能提供稳定电压。。

(3)电池符号:(-) Zn∣ZnCl2,NH4Cl(糊状)∣MnO2,C(石墨) (+)

+-2++

负极反应:Zn + 2NH4 - 2e → Zn(NH3)2 + 2H

+-正极反应:MnO2 + H + e → MnO(OH)(s)

+2+

电池反应:Zn(s)+2MnO2(s)+2NH4 → Zn(NH3)2 +2MnO(OH)(s)

3.简述镍氢电池结构和特点,写出其电池符号、正负电极反应和电池反应

答:(1)结构:镍氢电池由氢氧化镍正极,储氢合金负极,隔膜纸,电解液,钢壳,顶盖,密封圈等组成。在圆柱形电池中,正负极用隔膜纸分开卷绕在一起,然后密封在钢壳中。在方形电池中,正负极由隔膜纸分开后叠成层状密封在钢壳中。

(2)镍氢电池特点:具有高比容量(接近镉镍电池的2倍)、大功率、长寿命(可充放电1000次以上)、记忆效应较小和污染小等特点,缺点是自放电较严重。 (3)电池符号: (-) MH (s) |KOH(aq) |NiOOH (s) |Ni(OH)2 (s) (+)

负极放电:MH → M + H+ +e

-正极放电:NiOOH + H2O + e → Ni(OH)2 + OH

电池反应:2NiO(OH) + 2MH 2Ni(OH)2+2M

1.名词解释:

(1)离子独立移动定律:当溶液无限稀释时,可以完全忽略离子间的相互作用,此时离子的运动是独立的,电解质溶液的当量电导等于电解质全部电离后所产生的离子当量电导之和:

充电 放电

?0??0???0?

(2)电化学体系:由两类导体串联组成的,在界面处电荷转移过程中伴随有物质变化的体系 (3)电解池:由外电源提供电能,使电流通过电极,在电极上发生电极反应的装置

(4)电池容量:在给定放电条件下,电池放电至终止电压时所放出的电量,也叫额定容量,单位安时(Ah).

(5)Butler-Volmer方程:当电极上有电流流过时表示电化学极化的基本方程式,表达公式为

???F???F??j=j0?exp??????exp?????

??RT????RT1.电极过程研究内容有哪些?

答:(1)弄清楚电极反应的历程:有哪些单元步骤、组合方式和顺序 (2)找出电极过程的速度控制步骤:一个或者多个步骤控制

(3)测定控制步骤的动力学参数:稳态时即为整个电极过程的动力学参数 (4)测定非控制步骤的热力学平衡常数或其他有关的热力学数据

6.不可逆电极类型有哪些?举例说明

(1)第一类不可逆电极:金属在不含该金属离子的溶液中形成的电极。如:

M能溶解M的无Mn?溶液

(2)第二类不可逆电极:标准单位较正的金属在能生成该金属难溶盐或氧化物的溶液中形成的电极。如:CuNaOH,AgNaCl

(3)第三类不可逆电极:金属浸入含有某种氧化剂的溶液中形成的电极。如:

FeHNO3,FeK2Cr2O7

(4)不可逆气体电极:一些具有较低氢过电位的金属在水溶液中,尤其在酸中,形成的电极。如:FeHCl水溶液

2.试构成总反应如下的诸可逆电池,并写出计算电池电动势的公式、 (1)Zn+Hg2SO4(s)?ZnSO4+2Hg (2)Pb+2HCl?PbCl2(s)+H2(g)

解:(1) Zn|ZnSO4(a),Hg2SO4(s)|Hg 电池反应为Hg2SO4+Zn= ZnSO4(a)+2Hg

??RT?a反应物RT0E?E?ln?E?lnaZn2?aSO2? ?42F?a生成物2F?0(2)Pt,H2(g) |HCl(a),PbCl2(s) |Pb 电池反应为2HCl+Pb=H2+PbCl2

22?RT?a反应物RTaH?aCl? 0E?E?ln?E?ln?2F?a生成物2FpH20

3.简述碱锰电池结构和特点,写出其电池符号、正负电极反应和电池反应

答:(1)结构:若用KOH溶液代替普通锌锰干电池中ZnCl2和NH4Cl电解液,用反应面积大得多的锌粉替换锌皮做负极,正极集流体改为镀镍钢筒,就变成碱锰电池,亦称为碱性干电池。

(2)电池特点:

①开路电压为1.50V~1.65V;

② 工作温度范围宽(-20℃~60℃之间),适用于高寒地区;

③中等电流连续放电容量为普通锌锰电池5~7倍,存储寿命超过2倍; ④自放电小;

⑤放电时内阻变化小,可以得到平坦的放电曲线;⑥ 废旧碱锰电池不能投入火中也不能在使用过程中充电,否则会发生爆炸。

(3)电池符号:(-) Zn︱KOH,K2[Zn(OH)4]︱MnO2,C(石墨) (+)

--负极反应:Zn (汞齐) + 2OH→ ZnO + H2O + 2e

--正极反应: MnO2 + H2O +e → MnO(OH)(s) + OH

2-2-电池反应:Zn(s)+MnO2(s)+2H2O(l)+4OH-=Mn(OH)4+Zn(OH)4

4.简述铅(酸)蓄电池结构和特点,写出其电池符号、正负电极反应和电池反应

答:(1)结构:铅蓄电池电极是由铅-锑(钙)合金制成的栅状极片,正极片上填充PbO2,

负极片上填塞海绵状的灰色铅合金。两组极片交替地排列在蓄电池中,并浸泡在密度为

-3

1.2~1.3g·cm (约30%)的稀硫酸溶液中 (2)铅酸蓄电池特点:

优点:具有价格低廉、电动势较高(2.1V)、浮充性能好、能大电流放电、结构简单、稳定可靠等优点,

缺点:笨重、铅污染、充电速度低、寿命短(<500次)、硫酸漏溢及腐蚀、防震性差、自放电较大、放电态储存性能差等缺点 电池符号:(?)Pb(s)H2SO4PbO2,Pb(?)2??负极放电反应:Pb(s)?SO4?PbSO4(s)?2e2?正极放电反应:PbO2(s)?4H??SO4?PbSO4(s)?2H2O

电池反应:Pb(s)?PbO2(s)?2H2SO4 2PbSO4(s)?2H2O

充电

放电


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