电化学原理思考题答案-北航李荻版

四部分，缺一不可；阴极、阳极反应相对独立，但又必须耦合，形成腐蚀电池；⑧ia=ic，无净电荷积累；⑨腐蚀电池不对外作功，只导致金属腐蚀破坏的短路原电池。原电池和电解1原电池和电解池的比较:装置原电池电解池实例7|孑上十稀硫觀匚—_~1原理使氧化还原反应中电子作定向移动，从而形成电流。这种把化学能转变为电能的装置叫做原电池。使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解。这种把电能转变为化学能的装置叫做电解池。形成条件电极：两种不同的导体相连；电解质溶液：能与电极反应。①电源；②电极（惰性或非惰性）；③电解质（水溶液或熔化态）。反应类型自发的氧化还原反应非自发的氧化还原反应电极名称由电极本身性质决定：正极：材料性质较不活泼的电极；负极：材料性质较活泼的电极。由外电源决定：阳极：连电源的正极；阴极：连电源的负极；电极反应负极：Zn-2e=Zn2+（氧化反应）正极：2H++2e-=H2f（还原反应）阴极：Cu2++2e-=Cu（还原反应）阳极：2CI--2e=Cbf（氧化反应）电子流向「负极t正极电源负极t阴极；阳极t电源正极电流方向T正极t负极电源正极t阳极；阴极T电源负极能量转化化学能t电能电能t化学能应用抗金属的电化腐蚀；实用电池。①电解食盐水（氯碱工业）；②电镀（镀铜）：③电冶（冶炼Na、Mg、Al）；④精炼（精铜）。2•化学腐蚀和电化腐蚀的区别化学腐蚀电化腐蚀一般条件金属直接和强氧化剂接触不纯金属，表面潮湿反应过程氧化还原反应，不形成原电池。因原电池反应而腐蚀有无电流无电流产生有电流产生反应速率电化腐蚀〉化学腐蚀结果使金属腐蚀使较活泼的金属腐蚀3.吸氧腐蚀和析氢腐蚀的区别电化腐蚀类型吸氧腐蚀析氢腐蚀条件水膜酸性很弱或呈中性水膜酸性较强正极反应。2+4e+2H2O==4OH-2H++2e==H2f负极反应Fe—2e"==Fe^+-2+Fe—2e==Fe腐蚀作用是主要的腐蚀类型，具有广泛性发生在某些局部区域内4.电解、电离和电镀的区别电解电离电镀条件受直流电作用受热或水分子作用受直流电作用实质阴阳离子疋向移动，在两极发生氧化还原反应阴阳离子自由移动，无明显的化学变化用电解的方法在金属表面镀上一层金属或合金实例电解CuC2====Cu+CI2CUCbnnClT+ZCI一阳极Cu—2e-=CiF阴极Cu2++2e-=Cu关系先电离后电解，电镀是电解的应用5.电镀铜、精炼铜比较电镀铜精炼铜形成条件镀层金属作阳极，镀件作阴极，电镀液必须含有镀层金属的离子粗铜金属作阳极，精铜作阴极，CuSO4溶液作电解液电极反应阳极Cu-2e-=Cu2+阴极Cu2++2e"=Cu阳极：Zn-2e-=Zr?+Cu-2e-=Cu2+等阴极：Cu2++2e-=Cu溶液变化电镀液的浓度不变溶液中溶质浓度减小6•电解方程式的实例（用惰性电极电解）电解质溶液阳极反应式阴极反应式总反应方程式（条件：电解）溶液酸碱性变化CuC22Cl--2e-=C2fCu2++2e-=CuCuC2=Cu+C2fHCl2C「-2e-=C2f2H++2e=H2f2HCl=F2f+Cl2f酸性减弱Na2SQ4OH--4e-=2H2O+O2f2H++2e-=H2f2H2O=2H2f+O2f不变H2SO44OH--4e-=2H2O+O2f2H++2e-=H2f2H2O=2H2f+O2f消耗水，酸性增强NaOH4OH--4e-=2H2O+O2f2H++2e-=H2f2H2O=2H2f+O2f消耗水，碱性增强NaCl2Cl--2e-=Cbf2H++2e-=H2f2NaCI+2H2O=H2f+C2f+2NaOHH+放电，碱性增强CuSQ4OH--4e-=2H2O+O2f2+-Cu+2e=Cu2CuSQ+2H2O=2Cu+Qf+2H2SQOH"放电，酸性增强除电子转移步骤之外，其他电极过程的单元步骤能否用电流密度来表示它们的速度？为什么？因为J=zFvr对于我们所讨论的某一反应来说，zF为常数，故J与vr成正比。这就是说，在电化学中总是习惯于用电流密度来表示反应速度。由于在稳态下接续进行的各步骤速度都一样，所以在讨论液相传质等步骤时，也可用电流密度来表示它们的反应速度。因此，在电化学中实际上已经将电流密度变成反应速度的同义语了。己知电极反应在25C时的反应速度为0.1A/cm2。根据各单元步骤活化能计算出电子转移步骤速度为1.04X10-2mol/m2s，扩散步骤速度为0.1mol/m2s。试判断该温度下的控制步骤。若这一控制步骤的活化能降低了12kJ/mol，会不会出现新的控制步骤？［解〕因为电极反应速度可用电流密度表示，即J=nFv，所以对电子转移步骤，其反应速度可表示为j电子=nFv电子。已知n=1，故j电子=1x96500x1.04x10-2〜0.1A/cm2同理J扩散=nFv扩散=1x96500x0.1=0.965A/cm2已知整个电极反应速度为0.1A/cm2,所以可判断速度控制步骤是电子转移步骤。若电子转移步骤活化能降低12kJ/mol，则根据v=Kcexp（-W/RT）式中,W为活化能,c为反应物浓度。设原来速度为v1。活化能降低后的速度为v2,则v1=Kcexp（-W1/RT）V2=Kcexp（-W2/RT）=V1exp（△W/RT）=1.04x10-2exp（12x103/8.31x298）=1.32mol/m2s可见J'电子>>J扩散，速度控制步骤将发生变化。4、电化学反应的基本动力学参数有哪些？说明它们的物理意义？通常认为传递系数（a和B）、交换电流密度（j0）和电极反应速度常数（K）为基本的动力学参数。①传递系数（債和3）即表示电极电位对还原反应活化能和氧化反应活化能影响的程度，又称为对称系数；②交换电流密度（j0）交换电流密度就是在平衡电位下，正逆两个方向粒子交换的速度•简称交换电流；③电极反应速度常数（K）可定义为电极电位为标准电极电位和反应粒子浓度为单位浓度时电极反应的进行速度。