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1、应用电化学复习试题126第三章 化学电源1、什么是化学电源？试述其结构和类型。答：（1）化学电源：又称电池，是将氧化-还原反应的化学能直接转变为电能的装置.（2）化学电源的结构:电极材料（正、负极）、隔膜、电解液、外壳等化学电源的类型:一次电池（原电池）二次电池（蓄电池或可充电电池）贮备电池燃料电池2、试述有关化学电源主要性能的概念，如电动势，开路电压，工作电压，截止电压，电池容量(比能量，比功率)，连续放电，间歇放电，电池的寿命，自放电，过充电等。电动势E：又称理论电压，是指没有电流流过外电路时电池正负两极之间的电极电势差。开路电压OCV：是在无负荷情况下的电池电压，一般 OCVE，只有可逆

2、电池的OCVE。工作电压V：是指电池有电流流过时的端电压。额定电压：指电池工作时公认的标准电压。中点电压：指电池放电期间的平均电压。截止电压：指电池放电终止时的电压值。间歇放电电压时间连续放电电池容量C：指在一定放电条件下，电池放电到终止电压时所能放出的电量，单位为库仑（C）或安时（Ah）C=mzF/M 由图可知，间歇放电时电池的容量要较连续放电时的大。电池的寿命包含三种涵义：使用寿命是指在一定条件下，电池工作到不能使用的工作时间。循环寿命是指在二次电池报废之前，在一定条件放电条件下，电池经历充放电循环的次数，对于一次电池、燃烧电池则不存在循环寿命。贮存寿命是指电池性能或电池容量降低到额定指标

3、以下时的贮存时间。自放电是指由于电池种一些自发过程的进行而引起的电池容量的损失。充电时间太长，电池可能被过充电。3、影响电池容量的因素有哪些？是如何影响的？答：放电电流：电池容量和放电电压随放电电流的增加而减小，放电倍率增大，则放电电流增大，电容容量减小。 放电深度：指电池放电量占额定容量的百分数，一般情况下，二次电池DOD为额定容量的20%40%。放电形式：连续放电、间歇放电。放电期间电池的温度：2040oC之间放电时，性能较好。低温放电，电池活性物质化学活性的降低和电池内阻的增加，从而导致工作电压和电池放电容量降低；高温放电，虽然可以加速电极反应的速度和电解液的扩散速度，降低了极化，但温度

4、太高，可能导致一些组分的物理的或化学的变性，有时足以造成容量的损耗。4、什么是一次电池？一次的原因是什么？有何优点？答：（1）一次电池（原电池）为电池放电后不能用充电的方法使它复原的一类电池。（2）原因是由于电池反应或电极反应的不可逆性或条件限制使电池反应很难可逆地进行所决定的。（3）主要优点是：方便、简单、容易使用，维修工作量极少。其他优点有：贮存寿命长，适当的比能量和比功率，可靠，成本低。5、写出氯化铵型锌锰一次电池表达式及电极反应和成流反应，说明正负极的集电器。答：氯化铵型锌锰电池：电池表达式 ：(-) ZnNH4Cl+ZnCl2MnO2 , C (+)负极反应：Zn 2eZn2+正极反

5、应：2MnO2+2H2O+2e2MnOOH+2OH 电池反应：Zn+2MnO2+2NH4Cl2MnOOH+Zn(NH3)2Cl2电池采用含NH4Cl和ZnCl2 水溶液作电解液（PH=5），采用Zn和石墨分别作为负极和正极的集电器。6、写出碱性电解液的锌锰一次电池表达式及电极电池反应。答：电池表达式为 ：(一)Zn浓KOHMnO2 ，C（+）负极反应： Zn+2OH - 2eZn(OH)2 Zn(OH)2+2OH-Zn(OH)42-正极反应： MnO2+H2O+eMnOOH+OH - MnOOH+H2O+eMn(OH)2+OH 电池反应：Zn+MnO2+2H2O+2OH -Mn(OH)2+Zn

6、(OH)42-7、说明碱性锌锰电池的放电曲线，第一、第二平台中所发生的化学变化。答：P93。第一平台：单电子反应MnO2+H2O+eMnOOH+OH；第二平台：MnOOH转化MnOOH+H2O+eMn(OH)2+OH 。8、试述碱性锌二氧化锰电池的主要特征，详细说明正负极的结构和设计原理。答：主要特征：具有高密度的二氧化锰阴极大面积的锌阳极高导电性能的KOH电解液。正负极的结构：电池的正极由70%的电解MnO2、10%的石墨和1%2%的乙炔黑以及适量的黏合剂和电解液等混合通过模压而成；电池的负极由一定粒径分布（0.00750.8mm）的高纯度锌粉（70%80%）、黏合剂（6%）|KOH溶液以及

7、表面活性剂等添加剂挤压成凝胶状或粉末电极，有时也在负极中添加极少量铅以提高电极的耐腐蚀性能。设计原理：9、写出锌氧化汞电池及电池的反应。答；电池表达式：（一）Zn浓KOHHgO,C (+)负极反应：Zn+2OH - -2eZn(OH)2 Zn(OH)2+2OH - Zn(OH)42-正极反应：HgO+H2O+2eHg+2OH -电池反应：Zn+HgO+2OH + H2OHg+Zn(OH)42-集电池：Zn和石墨10、写出锌-空气电池表达式的电池反应，说明提高氧电极性能的方法。 答：电池表达式：(-) ZnKOHO2 ,C (+) 负极反应： Zn+2OH-+2eZnO+H2O 正极反应： 1/

8、2O2+H2O2+2e2OH -电池反应： Zn+1/2O2ZnO集电极： Zn和石墨为了提高氧电极的性能，一般将它制成多孔气体扩散电极，同时选用能有效催化氧气还原的物质作电催化剂。11、写出锌-氧化银电池表达式和正负极反应，说明该电池的优点及应用。答：电池表达式：(-) ZnKOHAg2O,C (+)负极反应： Zn+2OH - -2eZnO+H2O 正极反应： Ag2O+H2O+2e2Ag+2OH - 电池反应： Zn+Ag2OZnO+2Ag优点：能量密度高、容量大，好的大电流放电性能，放电性能平稳，低温性能 好，储存寿命长，电池内阻基本不变。用途：广泛用于助听器，摄象机、计算器等电子装置

9、上。一可开发成二次电池。12、试述锂一次电池的通性，写出Li/SOCl电池表达式和电极材料。什么是正负极锂电池。答：(1)性质：(A).理论容量：较高，约为锌的4.7倍(B).电压输出功率：锂的电负性最低，电极电势负值最高，因此锂的电压高达4v以上，输出能量超出200whkg-1电池表达式为 ：(-) LiLiAlCl4,SOCl2C (+)电极：以多孔C作为正极，SOCl2既是溶剂，又是正极活性物质，常采用乙炔和聚四氟乙烯等混合后，制成薄片状，压制在镍网上，负极是压制在镍网上的锂箔。13、什么是二次电池？实用二次电池对充放电有何要求？它的正负极反应主，说明电池的优点及应用。答：二次电池，又称

10、蓄电池或可充电池，为电池放电后可通过充电方法使活性物质复原后能够再放电，且充、放电过程能反复多次循环进行的一类电池。要求：电池必须不存在能够引起电池组分恶化、寿命丧失或能量损失的化学作用；电池必须具有高能量密度、较低的内阻以及在较宽的温度范围内的良好性能。14、评价二次电池性能的主要指标。答：（一）评价二次电池性能的主要指标除电流、电压、电池容量、比性能、比功率等以外，还有容量效率，伏特效率、能量效率和充放电行为等。1.容量效率：蓄电池放电输出的电量和充电至原始状态时所需电量的比。2.伏特效率：蓄电池放电和充电过程的工作电压之比。3.能量效率：指容量效率和伏特效率的乘积，它是评价电池能量瞬时和

11、极化行为的综合指标。4.充放电行为：是评价二次电池优劣的重要指标（二）电池放电的方式1.恒电流放电：在放电过程中改变负载电阻，维持电流不变。2.恒电阻放电：放电过程中负载电阻阻值不变。（三）电池充电的方式1.恒电流充电2.变电流充电：在充电开始阶段以较大电流充电，后阶段用较小电流充电。3.定电位充电：在充电过程中，调节充电电流，维持充电电压恒定在某一值的充电方式。15、二次电池充放电哪种方式较好？答：变电流充电16、试述铅蓄电池的表达式，电极反应，电池结构，影响循环寿命的原因，密封机理和工艺。答：（1）池表达式为： (一) PbH2SO4PbO2 (+)（2）电极反应：负极反应：Pb+HSO4

12、- PbSO4+H+ +2e正极反应：PbO2+HSO4 - +3H+ +2e P bSO4+2H2O电池反应：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O（3）结构组成：海绵状铅为负极（集电器），PbO2作正极，采用涂膏式极板栅结构。（4）影响电池的寿命和容量减小原因（a）极板栅腐蚀：Pb电极在与PbO2和酸接触的地方腐蚀以及Pb板栅的暴露部分充电时可能发生的阳极氧化而导致的腐蚀。（b）正极活性物质的脱落。 （c）负极自放电（d）极板栅硫酸化：表现为电极上生成紧密的白色硫酸盐外皮，此时电池不能再充电。（5）密封机理和工艺凝胶电解质技术在铅酸蓄电池上的应用实现了电池的密封铅酸电池在充电

13、后期，电极上发生的电化学反应为：正极： PbSO4 2H2O -2e PbO2 HSO4-3H H2O -2e H 1/2O2 负极： PbSO4 H 2e Pb HSO4- 2H 2e H2 可以看出，电池在充电时产生氢气和氧气是不可避免的，而两种气体的再化合只有在催化剂在时才能进行，氧气复合原理对铅酸电池的封密起起重要的指导作用，玻璃纤维隔板的使用为氧气复合原理的实际使用提供了可能性，实现了“密封”的突破。（加课本P108密封机理和工艺）17、试述碱性Ni|Cd电池的组成和电极反应。答：碱性Ni|Cd电池以金属镉为负极，羟基氧化镍为正极，采用浓碱作为电解液。电池表达式：（一）CdKOHNi

14、OOH (+)负极反应：Cd+2OH - -2e Cd (OH)2正极反应：NiOOH+H2O+e Ni(OH)2+OH -电池反应：Cd+2NiOOH+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)218、试述碱性Ni|Cd电池的密封工作原理。答：碱性Ni|Cd电池的密封工作原理主要是基于负极有效容量比正极高，负极容量和正极容量比一般控制在1.32.0。充电时正极板比负极板先达到全充电并开始析出氧气。氧气迁移到海绵、高分散性的负极表面，由于Cd对氧气具有很强的化合能力，因此氧气与Cd对氧化或放电而产生氢氧化镉：2CdO22H2O 2Cd（OH）2密封电池中采用了渗透性隔膜，以便氧气通过隔膜迁移到负

15、极，且采用了有限的KOH电解液（无游离电解液，电解液中加入了少量的氢氧化锂）使氧气易于传送。同时，由于氢在Cd电极上的析出过电势较高（约1.05V），所以充电时只要适当控制电流就可以抑制氢的产生、充电效率也很高。19、试述碱性Ni|Cd电池正负电极充电机理。P110答：密封Ni|Cd电池的结构主要分为开中式和密封式两种，其中圆柱形密封式电池是用途最广泛的类型。圆柱形电池的正极为多孔烧结镍电极，采用浸渍熔融镍盐，再浸入碱溶液中沉淀氢氧化镍的方法充填活性物质。将连续加工成型的正、负极连同中间的隔膜一起盘旋卷绕，然后装入镀镍的钢壳内。最后将负极焊接在壳上，正极焊接在顶盖上进行封装。20、什么是燃料电

16、池？有哪些特点？与一般电池的本质区别是什么？答：燃料电池是一种将燃料和氧化剂的化学能直接转变成电能的连续发电装置。特点：（1）可连续供给能量；（2）能量转换率高：（3）适应能力强（4）污染小、噪声低（5）操作简单（6）高度可靠性（7）灵活性大（8）比能量或比功率高（9）建设周期短燃料电池与一般电池的本质区别在于其能量供应的连续性，燃料和氧化剂是从外部不断提供的。第四章 金属的表面装饰1、什么是金属的电沉积？金属离子或络离子通过电化学方法在固体表面上放电还原为金属原子附着于电极表面，从而获得金属层的过程叫做金属电沉积过程2、电镀与金属的电沉积有何不同？电镀不同于一般电沉积过程在于：镀层除应具有所

17、需的机械、物理和化学性能外，还必须很好的附着于物体表面，且镀层均匀致密，孔隙率少等。3、简单金属离子的还原过程有哪些步骤？水化金属离子由本体溶液向电极表面的溶液传递电极表面溶液层中金属离子水化数降低，使离子进一步靠近电极表面，过程表示为： M2+mH2O - nH2OM2+(m-n)H2O(3) 部分失水的离子直接吸附于电极表面的活化部位，并借助于电极实现电荷转移，形成吸附于电极表面的水化原子，过程表示为： M 2+(m-n)H2O+eM +(m-n)H2O (吸附离子) M +(m-n)H2O+eM(m-n)H2O (吸附原子)(4)吸附于电极表面的水化原子失去剩余水化层，成为金属原子进入晶

18、格，过程可表示为： M(m-n)H2O(ad) -(m-n)H2OM4、金属共沉积的基本条件是什么？1,析出 2,析出5、金属共沉积一般可利用哪些方法？（1）当两种离子的i相差较小时，可采用调节离子浓度的方法实现共沉积。（2）当两种离子的 i相差不大(0.2v)，且两者极化曲线斜率又不相同的情况下，则调节电流密度使其增达到一定的数值，此时1,析 =2,析 ，也可实现共沉积。（3）当两种离子的i相差很大，可通过加入络合剂以改变e,q ，实现共沉积。(4) 添加剂的加入可能引起某种离子阴极还原时极化超电势较大，而对另一种离子的还原则无影响，这时，亦可实现金属的电沉积。6、金属络离子的还原过程中配体

19、有哪两种观点？络离子可在电极上直接放电，在多数情况下放电的络离子的配位数都比溶液中的主要存在形式要低 。有的络合体系，其放电物种的配体与主要配体不同PK不稳定的数值与超电势无直接关系，一般K不稳较小的络离子还原时呈现较大的阴极极化。7、试述金属电结晶的详细机理 溶液中的离子向电极表面的扩散 电子迁移反应 部分或完全失去溶剂化外壳，导致形成吸附原子 光滑表面或异相基体上吸附原子经表面扩散，到缺陷或位错等有利位置。 用还原得到的其他金属原子在这些位置聚集，形成新相的核，即核化。 还原的金属原子结合到晶格中生长，即核化生长。 沉积物的结晶及形态特性的发展。8、试述整平剂的作用机理。在整个基底表面上，

20、金属电沉积过程是受电化学活化控制的(即电子传递步骤是速度控制步骤 )。 整平剂能在基底电极表面发生吸附，并对电沉积过程起阻化作用。 借助于微观表面上整平剂供应的局部差异来说明常用的整平剂： 1,4 -丁炔二醇 、硫 脲 、香豆素、糖精等9、试述光亮剂的增光作用机理。第一种：假设光亮剂在镀件表面上形成了几乎完整的吸附单层，吸附层上存在连续形成与消失的微孔，而金属只在微孔处进行沉积。由于这些微孔是无序分布的，故金属沉积是完全均匀的，不会导致小晶面的形成。与此同时，借助几何平整作用，原先存在的小晶面逐渐被消除，最终得到光亮的镀层。第二种：假设光亮剂分子能优先吸附在金属电结晶生长较快的晶面上，且能对电

21、沉积起阻化作用，因而导致镀件表面不同位置的生长速度趋于一致，加上几何平整作用，终于得到光亮的镀层。10、电镀添加剂的选择的经验原则是什么？（1）添加剂在镀液中不能改变溶液性质，但却能显著改善镀层的性能。（2）添加剂能吸附于电极表面，可改变电极-溶液界面双电层的结构，达到提高阴极还原过程超电势、改变Tafel曲线斜率等目的。11、电镀层的主要性能有哪些？化学稳定性 平整程度 光洁度机械性能：镀层与基底金属的结合强度 硬度 镀层的脆性 内应力12、理想的镀液具备哪些性能？沉积金属离子阴极还原极化较大，以获得晶粒度小，致密，有良好附着力的镀层。 稳定且导电性好。金属电沉积的速度较大，装载容量也较大。

22、成本低，毒性小。13、试述一般的镀液的组成？并说明其作用和选择。一般是由主盐、导电盐（又称为支持电解质）、络合剂和一些添加剂等组成。 14、电流密度的大小对镀层有何影响？电流密度大，镀同样厚度的镀层所需时间短，可提高生产效率，同时，电流密度大，形成的晶核数增加，镀层结晶细而紧密，从而增加镀层的硬度、内应力、脆性，但是电流密度太大会出现枝状晶体和针孔。15、电解液温度对镀层性能有何影响？提高温度有助于生成较大的晶粒，因而镀层的硬度、内应力、脆性以及抗拉强度降低。同时温度提高，能提高阴极和阳极电流效率，消除阳极钝化，增加盐的溶解性和溶液的导电能力，降低浓差极化和电化学极化，但温度太高，结晶生长的速

23、度超过了形成结晶活性的生长点，因而导致形成粗晶和孔隙较多的镀层。16、电镀阳极应如何选择？与阴极沉积的物种相同，不易钝化。17、电镀的生产工艺有哪些？有何作用？镀前处理：机械加工、酸洗、除油等电镀: 镀后处理：通常有水洗和烘干以除去吸附在镀件表面的镀液。另外，还有些特殊处理，如钝化处理（如镀Zn,Cd）和防变色处理等18、在硫酸盐镀铜中，若出现阴极镀层粗糙，有时甚至出现海绵状的镀层，原因是什么？如何解决？铜阳极主要发生如下反应：CuCu 2 +2e，有时也会发生不完全氧化：CuCu + e (快)，可能进一步被氧化为Cu 2 ，也可能被水解形成氧化亚铜(俗称铜粉)：2Cu+2H202CuOH

24、+ 2H Cu2O（沉淀）+H2 ，使得阴极镀层粗糙，有时甚至出现海绵状的镀层，影响镀层质量。可加入双氧水使氧化亚铜氧化为二价铜，以改善镀层质量19、在光亮硫酸盐镀铜中，阳极用什么材料？通常在电镀过程中呈现什么状态？磷铜板作阳极。正常的磷铜阳极在电镀过程中会形成一层棕黑色的膜20、请分析光亮硫酸盐镀铜的配方中各物质的作用及应用范围情况。 1） 硫酸铜是电镀液中主盐。在冬季，硫酸铜含量控制在150200gL之间，而在夏季，可在180220gL之间。2）硫酸在镀液中提高溶液的电导和降低铜离子的活度，改善镀层的结晶组织，同时防止铜盐的水解，减少铜粉产生。3）四氢噻唑硫酮是良好的整平剂4）聚二硫二丙烷

25、磺酸钠(代号SP)单独使用时不但对镀层不起光亮作用，反而对整平性不利，即起负整平作用，但能使镀层细化。它对镀层的细化与其含量有关，在含量为0.01-0.02gL之间时，对镀层细化作用最好，5）聚乙二醇是非离子型表面活性剂，电镀中使用相对分子质量范围40006000效果最好。单独使用时不起光亮作用，可使镀层细化并有一定的整平作用。它与四氢噻唑硫酮和聚二硫二丙烷磺酸钠组合使用时，能获得全光亮的镀铜层，用量在003-01gL为宜，6）十二烷基硫酸钠是阴离子表面活性剂，起润湿剂作用，能降低镀件与镀液之间的界面张力，减少针孔，扩大工作电流密度范围，使镀件电流密度区镀层的光亮度更好7）Cl适量加入镀液中能

26、提高镀层的光亮度和整平性，还能降低镀层的内应力。21、请分析氰化物镀铜的配方中各组分的作用及应用范围情况，说明其优缺点。1）氰化亚铜是镀液中的主盐。在预镀铜时，一般采用低浓度的铜盐；作为快速镀铜时，常用高浓度的铜盐。2）游离氰化钠是铜的络合剂。在作为一般底层电镀时，铜与游离NaCN比例为1：(0.5-08)；在含有酒石酸盐或硫氰酸盐的镀液中，铜与游离NaCN比例为1：(0.30.4).3）NaOH能优先吸收二氧化碳，减缓二氧化碳对氰化钠的分解作用，使镀液保持稳定。4）Na2CO3的存在将促使反应平衡向左移动，从而减缓和抑制了氢氧化钠和氰化物吸收二氧化碳的反应，起了稳定镀液的作用5）酒石酸盐和硫

27、氰酸盐是阳极去极化剂6）硫酸锰是氰化物电镀液的光亮剂优缺点：氰化物电镀沉积物非常细致，气孔少，电镀液分散能力强，在非贵金属上能直接镀铜，因此氰化物电镀得到广泛的应用。其主要缺点是电流密度小，电流效率低(一般为60一70左右)，电镀液不稳定，以及有剧毒，操作时要特别小心，车间应有可靠通风装置，并备有解毒液，以防万一。 22、请分析焦磷酸盐镀铜配方中各物质的作用及应用范围情况。1）该镀液中焦磷酸铜是主盐，焦磷酸钾是络合剂。一般焦磷酸盐镀铜液的pH值在89之间2）柠檬酸铵、酒石酸钾钠和氨三乙酸是辅助络合剂3）2巯基苯并咪唑和2巯基苯并噻唑均为焦磷酸盐镀液的光亮剂。23、请分析HEDP镀铜的配方中各组

28、分的作用及应用情况1）硫酸铜是镀液中的主盐。作为预镀铜时，可以选用低含量的硫酸铜。而在加厚镀铜时，应适当提高硫酸铜的含量，使电流密度上限和阴极电流效率提高，以加快镀铜的沉积速度。2）HEDP含量太高，不但成本高，而且阴极电流效率下降。HEDP含量太低时，阳极上有绿色的铜盐析出，镀层与基体之间的结合力下降。所以预镀铜溶液中，HEDP应保持有足够的含量。3）硝酸钾做支持电解质，可扩大电流密度范围。24、HEDP是有机磷几元酸？五元酸25、PH=810时，HEDP足量时，可以形成什么结构的螯合物？Cu (C2H5P207) 和Cu(C2H5P207)2426、什么叫复合电镀？复合电镀在电镀或化学镀的

29、镀液中加入一种或多种非溶性的固体微粒，使其与主体金属共沉积在基体上的镀覆工艺，得到的镀层称为复合镀层。27、作为复合电镀中的固体微粒主要有哪几类？举例说明。1）第一类是提高镀层耐磨性的高硬度、高熔点、耐腐蚀的微粒。如：SiO2、WC、金刚石等。2）第二类是提供自润滑特性的固体润滑剂微粒。如：石墨、MoS2、BN等3）第三类是提供具有电接触功能的微粒，如：SiC、La2O3等 28、什么是熔盐电镀？是指在熔盐介质中进行的一种电镀方法。29、塑料电镀的基材主要是什么物质？ABS或ABS/PC(PC30%)混合塑料30、塑料表面实现金属化涂装须具备什么条件？（1）镀层与基底之间不是简单的结合，而必须

30、牢固、坚实、经久耐用（2）外观及成本必须符合使用要求31、从图4.2塑料直接金属化原理示意图，说明Futuron活化过程。第五章 无机物的电解工业1、试述电解合成有何优缺点？为什么一般均可在常温常压下进行？答：优点：.许多用化学合成法不能生产的物质，往往可用电解合成法生产 .可在常温常压下进行控制反应的方向 环境污染少，产品经济缺点：消耗大量的电能；.占用厂房面积大；.结构复杂；.电极易受污染，活性不易维护，阳极尤易受到腐蚀损耗常温常压下进行：2、何种情况不可考虑采用电化学合成法？3、什么是电流效率？答：制取一定量物质所必需的理论消耗电量Q与实际消耗电量Qr的比值： I=（Q/Qr）100%4、什么是时空产率？答：指单位体积的电解槽在单位时间内所生产的产品的数量5、电解槽压包含哪些部分？答：6、什么是氯碱工业？答：电解氯化钠水溶液生产烧碱、氯气、氢气，是电解工业中生产规模最大的，又称氯碱工业。7、试述隔膜槽电解法的电解反应，电解槽设计，隔膜和优缺点。答：1.电解反应阳极： 2Cl- Cl2+2 e =1.36V阴极： 2H2O+2 e H2+2OH - =-0.83 V总反应： 2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2+H2 Ee=1.36+0.83=2.91V2.电解槽阳极材料:： 铂、硫铁