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1 应用电化学

第一部分电化学基础

1、什么是三电极体系？试画出三电极体系示意图，通过它如何测得所需参数？

三电极体系相对与传统的两电极体系而言，包括，工作电极，参比电极和对电极。参比电

极用来定点位零点，电流流经工作电极和对电极。

研究对象工作电极 ,参比电极:确定工作电极电位 .辅助电极有时也称对电极:传导电

流。

三电极体系含两个回路，一个回路由工作电极和参比电极组成，用来测试工作电极的电化学

反应过程，另一个回路由工作电极和辅助电极组成，起传输电子形成回路的作用。

电化学需要两个电极同时发生氧化还原反应，那么需要两个电极，但是针对您要研究的工

作电极，需要参比电极精确地控制工作电极的电极电位，那么就需要额外的参比电

极，

以三者成为三电极体系。

2、物质的传递形式有哪些？如果溶液中存在大量的惰性电解质，则电极过程中的液相传质

步骤主要由哪些形式的传质作用所决定？试分析说明。

答：物质传递的形式有三种，即扩散、电迁移、对流。

3、试说明参比电极应具有的性能和用途。

4、为什么说电极过程是一特殊的异相氧化还原反应？

5、影响电极表面反应能力的因素有哪些？

电极的本性、氧化型物种和还原型物种的浓度(或分压)及温度。

6、名词解释：

电极极化

在可逆电池的情况下，整个电池处于电化学平衡状态，两个电极也分别处于平衡状态，电

极电位是由能斯特方程决定的，是平衡的电极电位。此时，通过电极的电流为零，即电极反

应的速率为零。若要使一个不为零的电流通过电极，电极电位必须偏离平衡电极电位的值，

这个现象就称为电极的极化 [电极极化] electrode polarization；电

子导体与围岩中溶液接触时，会形成电偶层，产生电位跳跃，这个电位跳跃便称为电子导体

与溶液接触时的电极电位。当有外电场作用时，相对平衡的电极电位数值将发生变化。通常

把在—定电流密度作用下的电极电位与相对平衡的电极电位的差值，称为电极极化。常见的

有电化学极化、浓差极化等。由电极极化作用引起的电动势叫做超电压。

零电荷电势

又称零电荷电位,纸电极表面不带有剩余电荷是的电位,此时电极/溶液界面上不会出现由剩

余电荷引起的离子双电层,一般认为,就是不存在紧密层和分散层.

恒电位法

恒电位法是控制被测电极的电位，测定相应不同电位下的电流密度，把测得的一系列不同电

位下的电流密度与电位值在平面坐标系中描点并连接成曲线，即得恒电位极化曲线。

理想极化电极

ideal polarizable electrode 有些电极如铂、金、汞等，在一定的电势范围内不能发

生有电子得失的电极反应，外加电势不能驱使电荷在电极界面迁越，只改变界面双电层的结

构。它类似于不漏电的电容器，电极本身无确定的电势而是随外加电势而变化，即电极极化

十分容易，故称理想可极化电极。[1]它是研究电极界面双电层结构和吸附现象的重要媒介。

速度控制步骤

又称为，简称，也译作（英文:），是一个化学词汇，用以表达在化学反应中，反应速率最慢

的一个步骤。认识一个化学反应当中最慢的一个步骤的重要性在于能够有效率地改善整个化

学反应的速度，从而达致更高的产率等。一个常用的比喻就是一条狭窄的水管——无论水流

有多快，也无法改变水的流量。速率控制步骤就是影响整个化学反应速率的那条水管。

第二部分化学电源

7、试分析锌-锰电池中二氧化锰的电极过程，并说明二氧化锰电极的可逆性。

以下是碱性锌锰干电池的反应。

正极为阴极反应：

MnO2+H2O+e→MnO(OH)+OH－

MnO(OH)在碱性溶液中有一定的溶解度

MnO(OH)+H2O+OH－→Mn(OH)4－

Mn(OH)4－+e→Mn(OH)42－

负极为阳极反应：

Zn+2OH－→Zn(OH)2+2e

Zn(OH)2+2OH－→Zn(OH)42－

总的电池反应为：

Zn+MnO2+2H2O+4OH－→Mn(OH)42－+Zn(OH)42－

酸性锌锰干电池反应:

正极为阴极，锰由四价还原为三价

2MnO2+2H2O+2e→2MnO(OH)+2OH－

负极为阳极，锌氧化为二价锌离子：

Zn+2NH4Cl→Zn(NH3)2Cl2+2H++2e

总的电池反应为：

2MnO2+Zn+2NH4Cl→2MnO(OH)+Zn(NH3)2Cl2

8、写出镉-镍电池的表达式，并计算其理论质量比能量。

镉镍电池的电池表达式为：(-)Cd︱KOH(NaOH)︱NiOOH(+)

电池反应为：

放电时：Cd+NiOOH+H2O→Ni(OH)2+Cd(OH)2

充电时：Ni(OH)2+Cd(OH)2→Cd+NiOOH+H2O

9、写出碱性锌锰电池的表达式，并计算其理论质量比能量。

以锌为负极，二氧化锰为正极，氢氧化钾溶液为电解液的原电池

碱性锌锰电池的电化学表达式为：

(－)Zn│KOH(饱和 ZnO)│MnO2(＋)

负极反应： Zn+2OH-=ZnO+H2O+2e

正极反应： 2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH

电池反应： Zn+2MnO2+H2O=ZnO+2MnOOH

10、金属氢化物-镍电池的优点是什么？

其具有高能量密度、大功率、无污染等综合特性, 与用途最广泛的镉—镍电池相比,

金属氢化物—镍电池具有比能量高、无记忆效应、不污染环境、耐过充过放电等优良性能,

故被誉为绿色电池。

11、什么是镉-镍电池的镉氧循环？

12、写出铅酸电池的表示式，并计算其理论质量比能量。

铅酸电池（VRLA），是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅

酸电池荷电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；放电状态下，正负极的

主要成分均为硫酸铅

铅酸电池的化学反应原理如下

负极反应：Pb+HSO4- PbSO4+H++2e

正极反应：PbO2+2e+HSO4-+3H+ PbSO4+2H2O

电极反应：PbO 2 +2 H+ +2HSO 4- +Pb 2Pb 2 SO 4 +2 H 2 O

13、密封镉-镍电池的工作原理是什么？应采取什么措施？

14、什么是电池的记忆效应？什么是电池失效？

标准答案：电池长时间经受特定的工作循环后，自动保持这一特定的电性能倾向，成为记忆

效应。

如果电池属镍镉电池，长期不彻底充电、放电，易在电池内留下痕迹，降低电池容量，

这种现象称为电池记忆效应。意思是说，电池好像记忆了用户日常的充、放电幅度和模式，

日久就很难改变这种模式，不能再做大幅度充电或放电。

电池记忆效应是针对镍镉电池而言的，由于传统工艺中负极为烧结式，镉晶粒较粗，如

果镍镉电池在它们被完全放电之前就重新充电，镉晶粒容易聚集成块而使电池放电时形成次

级放电平台，电池会储存这一放电平台并在下次循环中将其作为放电的终点，尽管电池本身

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