電化學(xué)原理思考題答案

1、第三章1.自發(fā)形成的雙電層和強(qiáng)制形成的雙電層在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上有無(wú)不同？為什么？2理想極化電極和不極化電極有什么區(qū)別？它們?cè)陔娀瘜W(xué)中有什么重要用途？答：當(dāng)電極反應(yīng)速率為0，電流全部用于改變雙電層的電極體系的電極稱(chēng)為理想極化電極，可用于界面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究。理想不極化電極是指當(dāng)電極反應(yīng)速率和電子反應(yīng)速率相等時(shí)，極化作用和去極化作用平衡，無(wú)極化現(xiàn)象，通向界面的電流全部用于電化學(xué)反應(yīng)，可用作參比電極。3什么是電毛細(xì)現(xiàn)象？為什么電毛細(xì)曲線是具有極大

2、值的拋物線形狀？答：電毛細(xì)現(xiàn)象是指界面張力隨電極電位變化的現(xiàn)象。溶液界面存在雙電層，剩余電荷無(wú)論帶正電還是負(fù)電，同性電荷間相互排斥，使界面擴(kuò)大，而界面張力力圖使界面縮小，兩者作用效果相反，因此帶電界面的張力比不帶電時(shí)小，且電荷密度越大，界面張力越小，因此電毛細(xì)曲線是具有極大值的拋物線形狀。4標(biāo)準(zhǔn)氫電極的表面剩余電荷是否為零？用什么辦法能確定其表面帶電狀況？答：不一定，標(biāo)準(zhǔn)氫電極電位為0指的是氫標(biāo)電位，是人為規(guī)定的，電極表面剩余電荷密度為

3、0時(shí)的電位指的是零電荷電位其數(shù)值并不一定為0因?yàn)樾纬上嚅g電位差的原因除了離子雙電層外還有吸附雙電層偶極子雙電層金屬表面電位?？赏ㄟ^(guò)零電荷電位判斷電極表面帶電狀況，測(cè)定氫標(biāo)電極的零電荷電位，若小于0則電極帶正電，反之帶負(fù)電。5你能根據(jù)電毛細(xì)曲線的基本規(guī)律分析氣泡在電極上的附著力與電極電位有什么關(guān)系嗎？為什么有這種關(guān)系？（提示：液體對(duì)電極表面的潤(rùn)濕性越高，氣體在電極表面的附著力就越小。）6為什么在微分電容曲線中，當(dāng)電極電位絕對(duì)值較大時(shí)，會(huì)出

4、現(xiàn)“平臺(tái)”？7雙電層的電容為什么會(huì)隨電極電位變化？試根據(jù)雙電層結(jié)構(gòu)的物理模型和數(shù)學(xué)模型型以解釋。8雙電層的積分電容和微分電容有什么區(qū)別和聯(lián)系？9試述交流電橋法測(cè)量微分電容曲線的原理。10影響雙電層結(jié)構(gòu)的主要因素是什么？為什么？答：靜電作用和熱運(yùn)動(dòng)。靜電作用使符號(hào)相反的剩余電荷相互靠近，貼于電極表面排列，熱運(yùn)動(dòng)使荷電粒子外散，在這兩種作用下界面層由緊密層和分散層組成。11什么叫ψ1電位？能否說(shuō)ψ1電位的大小只取決于電解質(zhì)總濃度而與電解質(zhì)本

5、性無(wú)關(guān)？ψ1電位的符號(hào)是否總是與雙電層總電位的符號(hào)一致？為什么？答：距離電極表面d處的電位叫ψ1電位。不能，因?yàn)椴煌木o密層d的大小不同，而緊密層的厚度顯然與電解質(zhì)本性有關(guān)，所以不能說(shuō)ψ1電位的大小只取決于電解質(zhì)總濃度而與電解質(zhì)本性無(wú)關(guān)。當(dāng)發(fā)生超載吸附時(shí)ψ1電位的符號(hào)與雙電層總電位的符號(hào)不一致。12試述雙電層方程式的推導(dǎo)思路。推導(dǎo)的結(jié)果說(shuō)明了什么問(wèn)題？13如何通過(guò)微分電容曲線和電毛細(xì)曲線的分析來(lái)判斷不同電位下的雙電層結(jié)構(gòu)？答：14比較用

6、微分電容法和電毛細(xì)曲線法求解電極表面剩余電荷密度的優(yōu)缺點(diǎn)。15什么是特性吸附？哪些類(lèi)型的物質(zhì)具有特性吸附的能力？答：溶液中的各種粒子還可能因非靜電作用力而發(fā)生吸附稱(chēng)為特性吸附。大部分無(wú)機(jī)陰離子，部分無(wú)機(jī)陽(yáng)離子以及表面活性有機(jī)分子可發(fā)生特性吸附。第五章思考題1.在電極界面附近的液層中，是否總是存在著三種傳質(zhì)方式？為什么？每一種傳質(zhì)方式的傳質(zhì)速度如何表示？答：電極界面附近的液層通常是指擴(kuò)散層，可以同時(shí)存在著三種傳質(zhì)方式（電遷移、對(duì)流和擴(kuò)散）

7、，但當(dāng)溶液中含有大量局外電解質(zhì)時(shí)，反應(yīng)離子的遷移數(shù)很小，電遷移傳質(zhì)作用可以忽略不計(jì)，而且根據(jù)流體力學(xué)，電極界面附近液層的對(duì)流速度非常小，因此電極界面附近液層主要傳質(zhì)方式是擴(kuò)散。三種傳質(zhì)方式的傳質(zhì)速度可用各自的電流密度J來(lái)表示。2.在什么條件下才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過(guò)程？實(shí)際穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過(guò)程的規(guī)律與理想穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過(guò)程有什么區(qū)別？答：當(dāng)電極反應(yīng)所消耗的反應(yīng)粒子數(shù)和擴(kuò)散補(bǔ)充來(lái)的反應(yīng)粒子數(shù)相等，就可以達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，即擴(kuò)散速度與電極反應(yīng)速度相平衡。這

8、時(shí)反應(yīng)粒子在擴(kuò)散層中各點(diǎn)的濃度分布不再隨時(shí)間變化而變化，而僅僅是距離的函數(shù)；擴(kuò)散層的厚度不再變化；離子的濃度梯度是一個(gè)常數(shù)，這就是穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過(guò)程。理想條件下，人為地把擴(kuò)散區(qū)和對(duì)流區(qū)分開(kāi)了，因此理想穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過(guò)程中，擴(kuò)散層有確定的厚度；而實(shí)際情況下，擴(kuò)散區(qū)與對(duì)流區(qū)是相互重疊、沒(méi)有明顯界限的，只能根據(jù)一定的理論來(lái)近似求得擴(kuò)散層的厚度。二者在擴(kuò)散層內(nèi)都是以擴(kuò)散作用為主。因此二者具有相似的擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)規(guī)律，但推導(dǎo)實(shí)際情況下的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)公式需要借用

9、理想穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的動(dòng)力學(xué)公式。3.旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極和旋轉(zhuǎn)圓環(huán)圓盤(pán)電極有什么優(yōu)點(diǎn)？它們?cè)陔娀瘜W(xué)測(cè)量中有什么重要用途？答：旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極和旋轉(zhuǎn)圓環(huán)圓盤(pán)電極上各點(diǎn)的擴(kuò)散層厚度是均勻的，因此電極表面各處的電流密度分布均勻。這克服了平面電極表面受對(duì)流作用影響不均勻的缺點(diǎn)。它們可以測(cè)量并分析極化曲線，研究反應(yīng)中間產(chǎn)物的組成及其電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)規(guī)律。4.試比較擴(kuò)散層、分散層和邊界層的區(qū)別。擴(kuò)散層中有沒(méi)有剩余電荷？答：根據(jù)擴(kuò)散傳質(zhì)理論，緊靠電極表面附近，有一薄層，

10、此層內(nèi)存在反應(yīng)粒子的濃度梯度，這層叫做擴(kuò)散層；電極表面的荷電粒子由于熱運(yùn)動(dòng)而傾向于均勻分布，從而使剩余電荷不可能完全緊貼著電極表面分布，而具有一定的分散性，形成所謂分散層；靠近電極表面附近的液流層叫做邊界層，越接近電極表面，其液流流速越小。5.假定一個(gè)穩(wěn)態(tài)電極過(guò)程受傳質(zhì)步驟控制，并假設(shè)該電極過(guò)程為陰離子在陰極還原。試問(wèn)在電解液中加入大量局外電解質(zhì)后，穩(wěn)態(tài)電流密度應(yīng)增大還是減小？為什么？答：當(dāng)電解液中沒(méi)有加入大量局外電解質(zhì)，電遷移作用不能

11、忽略，而該電極過(guò)程為陰離子在陰極還原，此時(shí)電遷移與擴(kuò)散兩者作用方向相反，起互相抵消的作用。因此在電解液中加入大量局外電解質(zhì)后，擴(kuò)散作用增大，穩(wěn)態(tài)電流密度應(yīng)增大。6.穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散和非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散有什么區(qū)別？是不是出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散之前都一定存在非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散階段？為什么？答：穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散與非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的區(qū)別，主要看反應(yīng)粒子的濃度分布是否為時(shí)間的函數(shù)，即穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散時(shí)=()，非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散時(shí)=()。穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散出現(xiàn)之前都一定存在非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散階段，因?yàn)榉磻?yīng)初期擴(kuò)散的速度比較慢，擴(kuò)