6第六章--电化学
6第六章--电化学
第六章电化学
内容提要
一、电解质溶液
2、电解质溶液的导电机理
能够实现电解质溶液导电的电化学装置有两类：一类是能将电能转化为化学能的装置，叫电解池；另一类是能将化学能转化为电能的装置，叫原电池。它们均是由电极和电解质溶液组成。
电解质溶液导电机理是：
⑴电流通过溶液是由溶液中离子的定向运动实现的。
⑵电流在电极与溶液的界面处得以连续是由于两电极上分别发生氧化、还原反应时放出或得到电子的缘故。
3、法拉第定律
⑴电流通过电解质时，在电极上发生化学变化物质的量与通过的电量成正比。
⑵在各种不同的电解质溶液中通过相同的电量时，各电极上发生化学变化的物质的量n相同。
4、离子的电迁移和迁移数
⑴离子的电迁移现象：离子在电场作用下的定向运动。
电解质溶液的导电是由正、负离子共同承担的。通电于电解质溶液后，溶液中的正、负离子分别向阴、阳两极移动，在相应的两极界面上发生还原和氧化作用，两电极界面附近溶液的浓度也随之发生变化，则有
通过溶液的总电量Q 等于正离子迁移的电量
+
Q 和负离子迁移的电量-
Q 之和，-
+
+=Q Q
Q 。
⑵离子的迁移数：某种离子迁移的电量与通过溶液的总电量之比称该离子的迁移数。 在只有一种正离子与负离子的溶液中，正、负离子的迁移数为：
-
++
-++++=
+=
U U U Q Q Q t
-
+-
-+--+=
+=
U U U Q Q Q t
显然 1
=+-+t t
影响迁移数的因素：离子的本性、离子浓度和温度等。
要注意：①同种离子在不同电解质中的迁移数不同。
②外加电压对离子运动速率的影响成比例，所以不影响离子的迁移数。
③温度、浓度变化对正、负离子速率的影响不同，迁移数会变化。
5、电解质溶液的电导
为表示电解质溶液的导电能力，引入了电导、电导率、摩尔电导率的概念。
⑴电导：电阻的倒数，通常以L 表示，单位
为西门子)(S ，即R L 1
=
⑵电导率：电阻率的导数，用κ表示，即
A
l
L A l R ?=?=
=
11
ρ
κ
式中：A l
为电导池常数，单位为1
-m 。κ的单位为
1
_m S ?。
物理意义：相距1m ，面积为12
m 的平行电极
间放置13
m 电解质溶液的电导。
⑶摩尔电导率：相距1m 的两平行电极间放置含有mol 1电解质的溶液的电导。
c
V m m κ
κ=
=Λ 式中c 为电解质溶液的物质的量浓度，单位为
3
-?m mol ；
m
Λ的单位为1
2
-??mol m
S 。例如，在某一定条件下：1
242)02485.0(-??=Λ
mol m S SO K m
1
24201243.021-?=??
?
??Λmol m S SO K m
6、影响电导的因素 ⑴电解质的本性
包括强、弱电解质的电离情况不同；各种不同离子的价数不同，则在相同的电场强度下速率不同；相同价数的离子在相同的电场强度下运动速率也不相同等。 ⑵温度的影响
当温度上升时，离子的水化作用减弱，同时溶液的黏度下降，使离子运动的阻力变小，则离子的运动速率加快，电解质溶液的电导增大。 ⑶浓度的影响
①浓度对电导率的影响
强电解质的电导率在浓度较稀时，随物质的量浓度增大而增大，经过极大值后则随物质的量浓度增大而减小。
这是由于在13
m 溶液中，随物质的量浓度增大，
离子的数目增多，电导率会增大。而达到一定数量后，离子间的静电作用力又防碍了离子的定向
运动，电导率就减小。弱电解质的电导率随物质的量浓度变化并不显著；弱电解质溶液中存在着电离平衡，浓度变化时，13
m 溶液中离子的数目
基本不变。
②浓度对摩尔电导率的影响 a 所有电解质溶液越稀，其m
Λ越大。
b 不同电解质溶液的m
Λ随浓度变化的情况不
同，强电解质变化较小，弱电解质变化大。 c 当溶液无限稀时，m
Λ的极限值为一常数，
称为无限稀释摩尔电导率或极限摩尔电导率∞
Λm
。
d 在溶液很稀时，强电解质的m
Λ与c 成直线
关系，将直线外推至c =0时所得截距为无限稀释摩尔电导率∞Λm
。弱电解质无这一直线关系。
7、离子独立运动定律
在无限稀释溶液中，所有电解质全部电离，离子彼此独立运动，电解质溶液的无限稀释摩尔电导率可认为是每种离子无限稀释摩尔电导率之和。
∞
-
∞+∞+=Λ,,m m m λλ
这样，弱电解质的∞
Λm
就可以通过强电解质的
∞Λm
或查表由离子的∞
m
λ求得。
8、电导的测定及应用
⑴电导的测定
测定电解质溶液的电导就是测定其电阻。在测定时采用电导率仪。
⑵电导测定的应用 ①检测水的纯度 自来水：1
1
10
0.1--??m S ；普通蒸馏水：1
3
10
0.1--??m S ；
药用去离子水：1
4
100.1--??m S 。
②测定弱电解质的电离度和电离平衡常数
电离度： ∞Λ
Λ=m
m
α 1-1型弱电解质溶液的电离平衡常数：
(
)m
m m m c c K Λ-ΛΛ?
Λ=∞
∞02
①测定难溶盐的溶解度：∞Λ-=
m
c
水
溶液饱和
κκ
②电导滴定：利用滴定过程中溶液电导的变化来确定滴定终点。 二、强电解质溶液理论
强电解质溶液理论主要讨论离子之间的相互作用对强电解质稀溶液的影响及其有关的基本理论。
1、强电解质溶液的平均活度及平均活度系数
由于强电解质在水溶液中全部电离成正、负离子，而离子间存在着静电作用力，使其行为与理想溶液发生偏差，故引入离子平均活度和离子平均活度系数等概念。
在溶液中正、负离子不能单独存在，因此需要引入离子的平均活度±
α和平均活度系数±
γ及平
均质量摩尔浓度±
m 的概念。
()ν
ννααα1
-+
-
+±?= ()ν
ννγγγ1
-+
-
+±?=
(
)ν
νν1
-+
-
+±?=m m m
±α=±
γ0
m m ±
其中 -
+
+=νν
ν
强电解质溶液的活度与离子活度的关系为：
-+
-
+
?=ννa a a
2、强电解质水溶液中±
γ与浓度的关系
⑴离子的平均活度系数±
γ与电解质溶液的
浓度有关。在稀溶液范围内，±
γ随溶液浓度的降
低而增大，至溶液无限稀时达到极限值1。
⑶在稀溶液范围内，价型相同，浓度相同的强电解质溶液的±
γ近似相等。
⑷在稀溶液范围内，价型不同，浓度相同的
强电解质溶液的±
γ不相同。正负离子价数乘积的
绝对值越大，±
γ的值越小，偏离1越远。
所以影响±
γ的主要因素是离子电荷数和离
子浓度，而不是离子的本性。
3、离子强度
离子强度的定义：∑=B
B
B Z m
I 22
1
在稀溶液中，离子强度与平均活度系数（±
γ）存在下列关系：
I
?-=±常数γlg
此式为路易斯经验式，适用于离子强度小于0.01mol· kg －1
的稀溶液。
4、强电解质溶液的离子互吸理论
阿仑尼乌斯的电离学说对强电解质不适用。1923年德拜和休克尔提出了强电解质溶液理论，称为离子互吸理论。
⑴基本假设：
①强电解质在溶液中完全电离。
②离子间的静电作用力—库仑力是强电解质溶液与理想溶液发生偏差的主要原因。
⑵离子氛模型
①每个离子都可作为“中心离子”被带相反电荷的离子氛所包围，形成球型对称的离子氛，同时每个离子又是其他中心离子的离子氛成员。
②离子氛中离子很多，总结果只相当于一个或几个离子所带电荷（与中心离子符号相反，电量相等）。
③溶液中离子不断运动，位置不断变化，离子氛是统计平均的结果。
④离子氛与中心离子所带电荷符号相反，电量相等，整个呈电中性，与溶液中其他部分不再发生作用，把溶液中离子间的静电作用完全归结到中心离子与离子氛上。
⑶德拜-休克尔极限公式
电解质溶液与理想溶液之间存在差别，若将电解质溶液变成理想溶液，需要做非体积功，将中心离子与离子氛拆散，使离子间不发生静电作用。得到德拜-休格尔极限公式
I
AZ B B 2
lg -=γ I
Z Z A -+±-=γlg
在K 15.298的水溶液中，2
1
2
1
509.0kg
mol A ?=- 。
实验结果表明，在溶液浓度极稀的情况下，
理论值和实验值相符合。
三、可逆电池
原电池是将化学能转变成电能的装置，简称电池。
1、电池表示惯例
一个实际的电池装置可用简单的符号来表示，称为电池表达式。如丹尼尔电池可表示为：
))(()1()1()()(4
4
+-s Cu m CuSO m ZnSO s Zn
书写时规定：
⑴左边为负极，起氧化反应；右边为正极，起还原反应。
⑵“|”表示相界面，有电势差存在。 ⑶“||”表示盐桥已将液接电势降至最低，可以忽略不计。
⑷应注明温度，若不注明，则温度为K 15.298；另外，还应注明物态，若为气体应注明气体压力，若为溶液则应注明溶液的浓度或活度。
⑸气体电极和氧化还原电极要写出导电的惰性电极（常为铂电极）。
2、可逆电池
可逆电池必须满足以下条件：
⑴电池充、放电时的反应互为可逆反应。 ⑵能量的转换必须可逆，即通过电池的电流
要无限小。
⑶电池中进行的其他过程（如离子的迁移等）也必须可逆。
3、电池电动势产生的机理及液接电势
⑴电动势产生的机理
电池是由两个电极和连通两电极的电解质溶液组成的。当不同的物体接触时，在相界面上都会产生电势差。电池中的相界面电势差包括①电极与溶液之间相界面电势差；②液体与液体间相界面电势差。
电池的电动势是电池内各相界面上电势差的代数和。其中电极与溶液之间相界面电势差是电池电动势产生的主要原因。
⑵液体接界电势
在两种不同电解质溶液的界面或者电解质相同但浓度不同溶液的界面的电势差称为液体接界电势。它是由于离子的迁移速率不同造成的。
液体接界电势可以用盐桥尽量消除。
4、电极电势及电池反应的能斯特方程
⑴电极电势：
以标准氢电极为基准（规定其电极电势为
零）的相对电势。将标准氢电极作负极，任一给定电极作正极所组成电池的电动势即为该电池的电极电势?：
标准氢电极||给定电极
+
+-+
=-=-=????0E
对于给定电极，其电极反应是：氧化态
-
+ne →
还原态
则 氧化态
还原态
a a zF RT ln
-
=?
?
若给定电极的氧化态及还原态的活度皆为1时，0
??=为给定电极的标准电极电势。
标准电极电势可用于：计算电极电势；计算标准电池电动势；预测各物质的氧化还原能力。
⑵电池反应的能斯特方程 对于电池反应 hH
gG eE dD +=+ 有
e
d h
g a a a a zF RT E E E
D H G
ln ??-=
表示在一定温度下，可逆电池电动势与参与电池反应的各组分的活度或分压之间的关系，称为能斯特方程。
若参与电池反应的各组分的活度皆为1时，
E E =为可逆电池的标准电动势。 5、可逆电池的热力学
⑴电池电动势E 与电池反应m
r
G ?的关系
在等温、等压条件下，可逆电池反应有：zEF W G R
m
r ==?-’
式中，E 为可逆电池的电动势，F 为法拉第常数，
z
为电池反应中电子得失数，当电池反应式的写
法一定时，其反应的m
r
G ?与Z 皆为定值，并且互相
匹配。zF
G E m
r
?-=为定值，所以电动势E 是强度性质，与电池反应的写法无关。而容量性质的改变值
m
r G ?却与电池反应式的写法有关。电池反应式的
写法不同时z 和m
r
G ?不同。
⑵标准电池电动势E 与标准平衡常数K 的关系
若参加电池反应的各物质均处于标准态，则由：K
RT zEF G
m
r
ln ==?-
得
K zF
RT
E ln =
只要测定电池标准电动势E ，就可计算电池反应的平衡常数K ，即提供了计算热力学平衡常数的电化学方法。
⑶电池电动势的温度系数P
T
E ??? ?
???及与m
r
S ?、m
r
H
?的关系
P P
m r m r T E zF T G S ?
??
????=??? ?????-=?)(
P
m r m r m r T E zFT zEF S T G H ?
??
????+-=?+?=?
通过以上两式可用电化学方法计算化学反应的m
r
S ?和m
r
H ?。
⑷可逆电池的热效应
电池在等温、等压可逆条件下放电时与环境所交换的热量为
P
m r R T E zFT S T Q ?
??
????=?=
7、电池电动势的测定及应用 ⑵电动势测定的应用
①计算热力学函数的变化值m
r
G ?、
m r H ?、m
r S ?及反应的可逆热效应R
Q （见可逆电池的热力学）
②测定溶液的pH 值
在实际工作中常采用玻璃电极与甘汞电极组成的电池测定溶液的pH 值。玻璃电极的电极电
势在25℃时为pH 05916.0-=玻璃
玻璃
??。玻璃
?
要用已知pH 值的标准缓冲溶液标定。设标准缓冲溶液与电极组
成的电池的电动势为S
E ；待测溶液与电极组成的
电池的电动势为X
E ，则在25℃时pH 值的计算公
式为：05916
.0S
X S X
E E pH pH
-+
=
③测定化学反应的平衡常数
根据标准电动势与标准平衡常数的关系式：
RT
zFE K =
ln 可由E 计算K 。
④求难溶盐的溶度积
SP
K 就是难溶盐溶解过程的平衡常数，将其溶
解过程设计成电池，根据标准电动势与SP
K 的关系式：
RT
zFE
K SP =
ln 可由E 计算SP
K 。
⑤测定电解质溶液的平均活度系数 设计待测液的单液化学电池，例如要测定
HCl
溶液的±
γ,就要设计以HCl 为电解质溶液的一系
列不同浓度HCl 溶液的单液化学电池，分别测定其电动势E 。
Ag s AgCl m HCl p H Pt )()()()(2 由 ±-??
? ??-
=γln 2ln 2F RT
m m F RT E E
在K 15.298时得：±
-=??
?
??+γlg 1183.0lg 1183.0E m m E 即可计算出
相应的±
γ。
⑥测定电池的标准电动势
电池的标准电动势E 一般不能直接测定，这是由于很难控制电池中各物质的活度皆为1。实际工作中常采用外推法求E 。例如若要求上例中
电池的E ，则以
?
?
?
??+m m E lg 1183.0对
m
作图为一直线，
将直线外推至0=m 处，所得截距为E 。
四、不可逆电极过程 1、电极的极化
当有电流通过电极时，电极电势偏离可逆电极电势的现象称为极化。这时电极上发生的是不可逆过程。
2、过电势
电极极化的程度用过电势η来度量，它是某一电流密度下的电极电势IR
?与可逆电极电势R
?
的差值：R
IR
??
η-=
无论是原电池还是电解池，极化总是使阳极的电势升高，使阴极的电势降低。即当有电流通过时，由于过电势的存在，总是使电解池的外加电压增加而多消耗电能；使原电池的电动势变小而降低电池对外作功的能力。
阳
阳
η??+=R
阴
阴η??-=R
产生过电势的原因 ⑴浓差极化
在一定的电流密度下，因离子的扩散速率较
慢而引起电极表面附近电解质溶液浓度与溶液本体浓度不同，从而导致电极电势与平衡电极电势发生偏离的现象称为浓差极化。
⑵电化学极化
在一定的电流密度下，因电极反应迟缓，改变了电极上的带电状态，从而引起电极电势偏离平衡电极电势的现象称为电化学极化或活化极化。
例题解析
三、选择题
1、K 15.298时，浓度为1
005.0-?kg mol 的2
ZnCl 水溶液的
离子平均活度系数±
γ是：
A 、219.0
B 、2
10476.3-? C 、750.0
D 、2
10964.6-?
2、等体积的1
05.0-?kg mol 的3
LaCl 水溶液及1
05.0-?kg
mol 的NaCl 水溶液混合后，溶液的离子强度为： A 、1
175.0-?kg mol B 、1
75.1-?kg mol
C 、1
2
10
75.1--??kg mol D 、
1
750.0-?kg mol 0.750 mol· kg -1 。
3、在25℃、无限稀释时，+
H 、+
Li 、+
Na 和+
K
迁移速率大小的顺序为：
A 、t (+
H )>t (+
K )>t (+
Na )>t (+
Li )； B 、
t (+
Li )>t (+
Na )>t (+K )>t (+
H )；
C 、t (+
Na )>t (+H )>t (+
K )>t (
+
Li )； D 、
t (+
K )>t (+
Li )>t (+H )>t (+
Na )。
4、KCl 、HCl 和KOH 溶液的浓度均为1
001.0-?kg mol ，其摩尔电导率大小的顺序为： A 、)
()()(HCl KOH KCl m m m Λ>Λ>Λ B 、)
()()(KOH HCl KCl m m m Λ>Λ>Λ； C 、
)
()()(KCl HCl KOH m m m Λ>Λ>Λ D 、
)
()()(KCl KOH HCl m m m Λ>Λ>Λ。
7、质量摩尔浓度为m 的4
3
PO H 溶液，离子平均活度系数为±
γ，则其活度是：
A 、4
4
27±
γm ； B 、427±
γm ； C 、44
4±
γm ；
D 、44±
γm 。
8、温度和浓度相同的)3(),2(),1(4
2
MgSO MgCl NaCl 的稀
溶液，其离子平均活度系数大小的关系是： A 、)
3()2()1(±±±
>>γγγ B 、
)1()2()3(±±±>>γγγ
C 、)
3()1()2(±±±
>>γγγ
； D 、不
能确定
9、在电解质B 的水溶液中，B 离解为+
ν个
正离子和-
ν个负离子，且-
+
+=νν
ν。下列各式中，
不能成立的是： A 、??
? ??=±
±±
0m m a
γ B 、
ν
1a
a =±
C 、
a
a =±
D 、ν
νν1
)
(-+
-+±
?=a a a
12、 原电池在等温、等压可逆的条件下放电时，其在过程中与环境交换的热量为：
A 、m
r
H ? B 、零 C 、m
r
S T ?
D 、m
r
G ?
13、 已知K 298时，V
Ti
Ti 34.0-=+
?
，；V
Ti
Ti 72.03=+
?
，则+
+
Ti Ti 3?
为：
A 、V 38.0
B 、V 25.1
C 、V 5.2
D 、V 06.1
19、已知25℃时，
V
Fe Fe
77.0)
/(23=++
?，
V
Sn Sn
15.0)
/(24=++
?，
今有一电池，其电池反应为
)
()(2)()(244322213a Sn a Fe a Sn a Fe +++++=+，则该电池在25℃时
的标准电动势E 为：
A 、1.39V
B 、0.62V
C 、
电化学原理及其应用(习题及答案)
第六章电化学原理及其应用 一、选择题 1．下列电极反应中，溶液中的pH值升高，其氧化态的氧化性减小的是(C) A. Br2+2e = 2Br－ B. Cl2+2e=2Cl— C. MnO4—+5e+8H+=2Mn2++4H2O D. Zn2++2e=Zn 2．已知H2O2在酸性介质中的电势图为O2 0.67V H2O2 1.77V H2O，在碱性介质中的电势图为O2-0.08V H2O2 0.87V H2O，说明H2O2的歧化反应（C） A.只在酸性介质中发生 B.只在碱性介质中发生 C.无论在酸、碱性介质中都发生Ｄ.与反应方程式的书写有关 3．与下列原电池电动势无关的因素是Zn |Zn2+‖H+，H2 | Pt （B） A. Zn2+的浓度 B. Zn电极板的面积 C.H+的浓度 D.温度 4．298K时，已知Eθ（Fe3+/Fe）=0.771V，Eθ（Sn4+/Sn2+）=0.150V，则反应2Fe2++Sn4+=2Fe3++Sn2+的△r G mθ为（D）kJ/mol。 A. －268.7 B. －177.8 C. －119.9 D. 119.9 5．判断在酸性溶液中下列等浓度的离子哪些能共存（D） A Sn2+和Hg2+ B. SO32—和MnO4— C. Sn4+和Fe D. Fe2+和Sn4+ 已知Eθ(Hg2+/Hg)=0.851V，Eθ(Sn4+/Sn2+)=0.15V ，Eθ(MnO4—/Mn2+)=1.49V Eθ(SO42—/H2SO3)=1.29V ，Eθ(Fe2+/Fe)= —0.44V 6．已知下列反应在标准状态下逆向自发进行 Sn4++Cu = Sn2++Cu2+ Eθ(Cu2+/Cu)=(1) , Eθ(Sn4+/Sn2+)=(2) 则有（C） A. (1) = (2) B. (1)＜(2) C. (1)＞(2) D. 都不对 二、填空题 1．将下列方程式配平 3PbO2 + 2 Cr3+ + ____H2O___ ＝1Cr2O72—+ 3Pb2+ + __2H+___ (酸性介质) 2MnO2 + 3 H2O2 +__2OH-___ ＝2MnO4—+ ___4H2O______ （碱性介质）2．现有三种氧化剂Cr2O72—，H2O2，Fe3+，若要使Cl—、Br—、I—混合溶液中的I—氧化为I2，而Br-和Cl-都不发生变化，选用Fe3+最合适。(EθCl2/Cl-=1.36V, EθBr2/Br-=1.065V, EθI2/I-=0.535V) 3．把氧化还原反应Fe2++Ag+=Fe3++Ag设计为原电池，则正极反应为Ag++ e = Ag，负极反应为Fe3++e= Fe2+ ，原电池符号为Pt︱Fe3+(c1),Fe2+(c2)‖Ag+(c3)︱Ag。 4．在Ｍn++n e＝M(s)电极反应中，当加入Ｍn+的沉淀剂时，可使其电极电势值降低，如增加Ｍ的量，则电极电势不变 5．已知EθAg+/Ag=0.800V, K sp=1.6×10—10则Eθ（AgCl/Ag）= 0.222V。 6．已知电极反应Cu2++2e=Cu的Eo为0.347Ｖ,则电极反应2Cu - 4e =2Cu2+的Eθ值为0.347V 。7．用氧化数法配平下列氧化还原反应。 （1）K2Cr2O7＋H2S＋H2SO4K2SO4＋Cr2(SO4)3＋S＋H2O K2Cr2O7＋3H2S＋4H2SO4 =K2SO4＋Cr2(SO4)3＋3S＋7H2O
6第六章 电化学
第六章 电化学 内容提要 一、电解质溶液 2、电解质溶液的导电机理 能够实现电解质溶液导电的电化学装置有两类：一类是能将电能转化为化学能的装置，叫电解池；另一类是能将化学能转化为电能的装置，叫原电池。它们均是由电极和电解质溶液组成。 电解质溶液导电机理是： ⑴电流通过溶液是由溶液中离子的定向运动实现的。 ⑵电流在电极与溶液的界面处得以连续是由于两电极上分别发生氧化、还原反应时放出或得到电子的缘故。 3、法拉第定律 ⑴电流通过电解质时，在电极上发生化学变化物质的量与通过的电量成正比。 ⑵在各种不同的电解质溶液中通过相同的电量时，各电极上发生化学变化的物质的量n 相同。 4、离子的电迁移和迁移数 ⑴离子的电迁移现象：离子在电场作用下的定向运动。 电解质溶液的导电是由正、负离子共同承担的。通电于电解质溶液后，溶液中的正、负离子分别向阴、阳两极移动，在相应的两极界面上发生还原和氧化作用，两电极界面附近溶液的浓度也随之发生变化，则有 通过溶液的总电量Q 等于正离子迁移的电量+Q 和负离子迁移的电量-Q 之和，-++=Q Q Q 。 ⑵离子的迁移数：某种离子迁移的电量与通过溶液的总电量之比称该离子的迁移数。 在只有一种正离子与负离子的溶液中，正、负离子的迁移数为： - ++-++++=+=U U U Q Q Q t -+--+--+=+=U U U Q Q Q t 显然 1=+-+t t 影响迁移数的因素：离子的本性、离子浓度和温度等。
要注意：①同种离子在不同电解质中的迁移数不同。 ②外加电压对离子运动速率的影响成比例，所以不影响离子的迁移数。 ③温度、浓度变化对正、负离子速率的影响不同，迁移数会变化。 5、电解质溶液的电导 为表示电解质溶液的导电能力，引入了电导、电导率、摩尔电导率的概念。 ⑴电导：电阻的倒数，通常以L 表示，单位为西门子)(S ，即R L 1= ⑵电导率：电阻率的导数，用κ表示，即 A l L A l R ?=?== 11ρκ 式中：A l 为电导池常数，单位为1-m 。κ的单位为1_m S ?。 物理意义：相距1m ，面积为12m 的平行电极间放置13m 电解质溶液的电导。 ⑶摩尔电导率：相距1m 的两平行电极间放置含有mol 1电解质的溶液的电导。 c V m m κ κ==Λ 式中c 为电解质溶液的物质的量浓度，单位为3-?m mol ； m Λ的单位为12-??mol m S 。例如，在某一定条件下：1242)02485.0(-??=Λmol m S SO K m 124201243.021-?=?? ? ??Λmol m S SO K m 6、影响电导的因素 ⑴电解质的本性 包括强、弱电解质的电离情况不同；各种不同离子的价数不同，则在相同的电场强度下速率不同；相同价数的离子在相同的电场强度下运动速率也不相同等。 ⑵温度的影响 当温度上升时，离子的水化作用减弱，同时溶液的黏度下降，使离子运动的阻力变小，则离子的运动速率加快，电解质溶液的电导增大。 ⑶浓度的影响 ①浓度对电导率的影响 强电解质的电导率在浓度较稀时，随物质的量浓度增大而增大，经过极大值后则随物
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第一章 绪论 思考题 1、第一类导体和第二类导体有什么区别 答：区别：载流子的不同。第一类导体载流子为物体内部自由电子或空穴，第二类导体的载流子为正负离子。 注意：①不要漏掉空穴，②部分同学认为载流子在各自导体间导电过程涉及化学变化。这是不对的，只有在两类导体界面上传递时才会出现化学反应。 】 2、什么是电化学体系你能举出两﹑三个实例加以说明吗 答：电化学体系是指由两类不同导体组成的，是一种在电荷转移时不可避免地伴随有物质变化的体系。 实例:①镀锌的电解池，其外电路是由第一类导体组成的，而电解质是由第二类导体组成，在正极上发生氧化反应（Zn 和OH -失去电子的反应），在负极上发生还原反应（Zn 2+和H +得电子的反应。②丹尼尔电池，其外部电路时由第一类导体组成，而溶液是由第二类导体组成，其阳极上发生还原反应，阴极上发生氧化反应。 注意： ①例子不能写得过于简单，要具体说明。②“阴”、“阳”的字迹一定写清楚。 " 4、能不能说电化学反应就是氧化还原反应为什么 答：不能。因为电化学反应是发生在电化学体系中的，并伴随有电荷的转移的化学反应。而氧化还原反应则是指在反应前后元素的化合价具有相应的升降变化的化学反应。 注意：强调电化学体系，电化学反应要在两类导体组成的体系中发生反应。而氧化还原反应则没有导体类型的限制。 , 6、影响电解质溶液导电性的因素有哪些为什么 答：①电解质溶液的几何因素。对单位体积溶液，电解质溶液的导电性与离子在电场作用下迁移的路程和通过的溶液截面积有关，这同单位体积金属导体受其长度和横截面积的影响类似。 ②离子运动速度。离子运动速度越大，传递电量就越快，导电能力就越强。离子运动速度又受到离子本性、溶液总浓度、温度、溶剂粘度等的影响。 ③离子浓度。离子浓度越大，则单位体积内传递的电量就越大，导电能力越强。但如果离子浓度过大，离子间距离减少，其相互作用就加强，致使离子运动的阻力增大，这反而能降低电解质的导电性能。 ④溶剂性质。影响离子的电离、水化半径、粘度等。 ; 电解质溶液导电性的影响是多方面的，而各因素间又能相互影响。 问题：容易忽略第一条，同时具体影响情况应尽量全面。 第二章电化学热力学 习题2、计算25℃时下列电池的电动势。 ' (2) Pt kg mol FeCl kg mol FeCl kg mol SnCl kg mol SnCl Pt |)/001 .0()/01.0(||)/01.0()/001.0(|2342，，
电化学原理试题
第六章电化学极化 1. 简述三种极化的概念，哪一种极化严格来讲不能称为极化。 电化学极化：当电极过程为电化学步骤控制时，由于电极反应本身的“迟缓性”而引起的极化。 浓度极化：当电极过程由液相传质步骤控制时，电极所产生的极化。 电阻极化：由电极的欧姆电阻引起的电位差。 电阻极化严格来讲不能称为极化 2. 简述电化学极化最基本的三个动力学参数的物理意义。 1) 对称系数：电位偏离形式电位时，还原反应过渡态活化能改变值占F 的分数。 物理意义：反应改变电极电位对还原反应活化能的影响程度；（1—）反应改变电极电位对氧化反应活化能的影响程度。 对称系数是能垒的对称性的变量，是由两条吉布斯自由能曲线的斜率决定的，而且曲线的形状和斜率是取决于物质的化学键特性。在CTP动力学中，可以用来推测过渡态的构型，研究电极反应的放电机理。 2）电极反应标准速率常数K：当电极电位等于形式电位时，正逆反应速率常数相等，称为标准速率常数。 物理意义：在形式电位下，反应物与产物浓度都为1时，K在数值上等于电极反应的绝对反应速度。 a.度量氧化还原电对的动力学难易程度；b体现电极反应的反应能力与反应活性；c.反应电极反应的可逆性。 3)交换电流密度J。：在平衡电位下，氧化反应和还原反应的绝对电流密度相等，称为交换电流密度。 物理意义：a.度量氧化还原电对的动力学难易程度；b体现电极反应的反应能力与反应活性；c.反应电极反应的可逆性；d.表示平衡电位下正逆反应的交换速度。 3.为什么电极电位的改变会影响电极反应的速度和方向？ 4.写出Butler-Volmer公式在不同过电位范围下的近似公式。 5.简述J0对电极性质的影响。
第六章：电化学(2个)
第六章电化学 一、本章基本要求 1．掌握电化学中的一些基本概念：导体、原电池和电解池、正负极、阴阳极。了解离子迁移数的意义及常用测定方法。 2．掌握电导、电导率及摩尔电导率的概念及它们与浓度的关系。熟悉离子独立运动定律及电导测定的应用。 3．熟悉电解质溶液的活度、平均活度系数、平均浓度和离子强度的定义及计算方法，了解德拜-休克尔极限公式的使用。 4．掌握可逆电池的基本概念和表示方法，熟悉可逆电极的类型和书写方法，能正确书写电极反应和电池反应。 5．了解电池电动势的产生机制，测定原理。了解电极电势的确定方法及标准氢电极作用。 6．熟练掌握电池电动势和电极电势的Nernst方程，掌握它们的计算和重要的应用。 7．熟练掌握电化学和热力学之间的联系，能利用电化学手段计算热力学函数的变化值。 8．了解浓差电池的基本概念。熟悉膜电势的概念和意义。 9．熟悉电解过程的基本概念和基本原理，了解电极极化的产生原因。 10．了解电化学在生物学中的应用。 二、基本公式和内容提要 （一）电化学基本概念 1．导体导体是指能够导电的一类物体，通常分为电子导体和离子导体两种。电子导体通过自由电子的定向移动而导电，且导电过程中无化学变化，导体的导电能力随温度升高而降低。离子导体通过正、负离子的定向移动来实现导电目的，导电过程中有化学反应发生，导体的导电能力随温度升高而增强。 2．原电池和电解池实现化学能和电能之间相互转化的装置称为电化学装置，或简称电池。其中将电能转化为化学能的装置叫电解池，将化学能转化为电能的装置叫原电池。两种电池中，发生氧化反应的电极称为阳极，发生还原反应的电极称为阴极。而正负极则是根据电势的高低来认定的。电势高者为正极，电
电化学原理思考题答案培训资料
电化学原理思考题答案 （注：我只做了老师要求做的） 第三章 1.自发形成的双电层和强制形成的双电层在性质和结构上有无不同？为什么？ 2．理想极化电极和不极化电极有什么区别？它们在电化学中有什么重要用途？ 答：当电极反应速率为0，电流全部用于改变双电层的电极体系的电极称为理想极化电极，可用于界面结构和性质的研究。理想不极化电极是指当电极反应速率和电子反应速率相等时，极化作用和去极化作用平衡，无极化现象，通向界面的电流全部用于电化学反应，可用作参比电极。 3．什么是电毛细现象？为什么电毛细曲线是具有极大值的抛物线形状？ 答：电毛细现象是指界面张力随电极电位变化的现象。溶液界面存在双电层，剩余电荷无论带正电还是负电，同性电荷间相互排斥，使界面扩大，而界面张力力图使界面缩小，两者作用效果相反，因此带电界面的张力比不带电时小，且电荷密度越大，界面张力越小，因此电毛细曲线是具有极大值的抛物线形状。 4．标准氢电极的表面剩余电荷是否为零？用什么办法能确定其表面带电状况？ 答：不一定，标准氢电极电位为0指的是氢标电位，是人为规定的，电极表面剩余电荷密度为0时的电位指的是零电荷电位,其数值并不一定为0;因为形成相间电位差的原因除了离子双电层外,还有吸附双电层\偶极子双电层\金属表面电位。可通过零电荷电位判断电极表面带电状况，测定氢标电极的零电荷电位，若小于0则电极带正电，反之带负电。 5．你能根据电毛细曲线的基本规律分析气泡在电极上的附着力与电极电位有什么关系吗？为什么有这种关系？（提示：液体对电极表面的润湿性越高，气体在电极表面的附着力就越小。） 6．为什么在微分电容曲线中，当电极电位绝对值较大时，会出现“平台”？ 7．双电层的电容为什么会随电极电位变化？试根据双电层结构的物理模型和数学模型型以解释。 8．双电层的积分电容和微分电容有什么区别和联系？ 9．试述交流电桥法测量微分电容曲线的原理。 10．影响双电层结构的主要因素是什么？为什么？ 答：静电作用和热运动。静电作用使符号相反的剩余电荷相互靠近，贴于电极表面排列，热运动使荷电粒子外散，在这两种作用下界面层由紧密层和分散层组成。 11．什么叫ψ1 电位？能否说ψ1 电位的大小只取决于电解质总浓度而与电解质本性无关？ψ1 电位的符号是否总是与双电层总电位的符号一致？为什么？ 答：距离电极表面d处的电位叫ψ1电位。不能，因为不同的紧密层d的大小不同，而紧密层的厚度显然与电解质本性有关，所以不能说ψ1 电位的大小只取决于电解质总浓度而与电解质本性无关。当发生超载吸附时ψ1 电位的符号与双电层总电位的符号不一致。 12．试述双电层方程式的推导思路。推导的结果说明了什么问题？ 13．如何通过微分电容曲线和电毛细曲线的分析来判断不同电位下的双电层结构？ 答： 14．比较用微分电容法和电毛细曲线法求解电极表面剩余电荷密度的优缺点。 15．什么是特性吸附？哪些类型的物质具有特性吸附的能力？ 答：溶液中的各种粒子还可能因非静电作用力而发生吸附称为特性吸附。大部分无机阴离子，部分无机阳离子以及表面活性有机分子可发生特性吸附。 16．用什么方法可以判断有无特性吸附及估计吸附量的大小？为什么？ 17．试根据微分电容曲线和电毛细曲线的变化，说明有机分子的特性吸附有哪些特点？
电化学思考课后答案第六章
思考题 3. 从理论上推导电化学方程式（巴特勒-伏尔摩方程），并说明该理论公式与经验公式的一致性。 答：电化学极化处于稳定状态时，外电流密度必定等于（j j =v w ），也就是等于电子转移步骤的净反应速度（即净电流密度j 净）。由于电子转移步骤是控制步骤，因而j 净也应是整个电极反应的净反应速度。 这样，根据电子转移步骤基本公式，易得稳态电化学极化时电极反应的速度与电极电位之间关系。即j=j 净。 将公式 j 净= 0F F RT RT j e e a b j j -D D 轾犏-犏臌 代入上式，则 0 F F RT RT j j e e a b j j -D D 轾犏=-犏臌（1） 式（1）就是单电子电极反应的稳态电化学方程式，也称巴特勒-伏尔摩方程。若电极反应净速度预用正值表示时，可用j c 代表阴极反应速度，用j a 表示阳极反应速度，将式（1）分别改写为 0c c F F RT RT c j j j j e e a b h h -轾犏=-=-犏臌 v w （2） 0a a F F RT RT a j j j j e e b a h h -轾犏=-=-犏臌w v （3） 当过电位很大时，相当于双曲线函数x 值很大，即式（2）中有如下关系c c F F RT RT e e a b h h -?可以忽略（2）中右边第二个指数项，即 0c F RT c j j e a h -? （4） 两边取对数
02.3 2.3log c c RT RT j j F F h a a =-+ （5） 同理，对于阳极极化为 0a F RT a j j e b h -? （6） 02.3 2.3log a a RT RT j j F F h b b =-+ （7） 式（5）和式（7）即为高过电位时巴特勒-伏尔摩方程近似公式。与电化学极化的经验公式——塔菲尔公式（log a b j h =+）相比，可看出两者是完全一致的。这表明电子转移步骤的基本动力学公式和巴特勒-伏尔摩方程的正确性得到了实践的验证。 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。 答：传递系数、交换电流密度和电极反应速度常数通常被认为是基本的动力学参数。 传递系数α和β的物理意义是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。 交换电流密度表示平衡电位下氧化反应和还原反应的绝对速度，也可以说是平衡状态下，氧化态粒子和还原态粒子在电极∕溶液界面的交换速度。 电极反应速度常数是交换电流密度的一个特例，是指定条件——电极电位为标准电极电位和反应粒子浓度为单位浓度——下的交换电流密度。 6. 为什么要引入电极反应速度常数的概念？它与交换电流密度之间
第六章电解加工
第六章：电化学加工技术 6.1.1 电化学加工的原理与特点 1. 电化学加工的原理 图6-1所示为电化学加工的原理。两片金属铜(Cu)板浸在导电溶液，例如氯化铜(CuCl2)的水溶液中，此时水(H2O)离解为氢氧根负离子OH－和氢正离子H+，CuCl2离解为两个氯负离子2Cl－和二价铜正离子Cu2+。当两个铜片接上直流电形成导电通路时，导线和溶液中均有电流流过，在金属片(电极)和溶液的界面上就会有交换电子的反应，即电化学反应。溶液中的离子将作定向移动，Cu2+正离子移向阴极，在阴极上得到电子而进行还原反应，沉积出铜。 在阳极表面Cu原子失掉电子而成为Cu2+正离子进入溶液。溶液中正、负离子的定向移动称为电荷迁移。在阳、阴电极表面发生得失电子的化学反应称为电化学反应。这种利用电化学反应原理对金属进行加工(图7-1中阳极上为电解蚀除，阴极上为电镀沉积，常用以提炼纯铜)的方法即电化学加工。 1—阳极；2—阴极
图6-1 电解(电镀)液中的电化学反应 2. 电化学加工的分类 电化学加工有三种不同的类型。第Ⅰ类是利用电化学反应过程中的阳极溶解来进行加工，主要有电解加工和电化学抛光等；第Ⅱ类是利用电化学反应过程中的阴极沉积来进行加工，主要有电镀、电铸等；第Ⅲ类是利用电化学加工与其他加工方法相结合的电化学复合加工工艺进行加工，目前主要有电解磨削、电化学阳极机械加工(其中还含有电火花放电作用)。电化学加工的类别如表7-1所示。本节主要介绍电解加工、电铸成型、电解磨削，其它的电化学加工请参考相关资料。 表6-1 电化学加工分类 3. 电化学加工的适用范围 电化学加工的适用范围，因电解和电镀两大类工艺的不同而不同。 电解加工可以加工复杂成型模具和零件，例如汽车、拖拉机连杆等各种型腔锻模，航空、航天发动机的扭曲叶片，汽轮机定子、转子的扭曲叶片，炮筒内管的螺旋“膛线”(来复线)，齿轮、液压件内孔的电解去毛刺及扩孔、抛光等。电镀、电铸可以复制复杂、精细的表面。 6.1.2 电解加工 1．电解加工的原理及特点 1) 基本原理 电解加工是利用金属在电解液中的“电化学阳极溶解”来将工件成型的。
电化学原理及其应用(习题及答案)
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第六章电化学原理及其应用 一、选择题 1．下列电极反应中，溶液中的pH值升高，其氧化态的氧化性减小的是( C ) A. Br2+2e = 2Br－ B. Cl2+2e=2Cl— C. MnO4—+5e+8H+=2Mn2++4H2O D. Zn2++2e=Zn 2．已知H2O2在酸性介质中的电势图为 O2 0.67V H2O2 1.77V H2O，在碱性介质中的电势图为O2-0.08V H2O2 0.87V H2O，说明H2O2的歧化反应（C） A.只在酸性介质中发生 B.只在碱性介质中发生 C.无论在酸、碱性介质中都发生Ｄ.与反应方程式的书写有关 3．与下列原电池电动势无关的因素是 Zn | Zn2+‖H+，H2 | Pt （B） A. Zn2+的浓度 B. Zn电极板的面积 C.H+的浓度 D.温度 4．298K时，已知Eθ（Fe3+/Fe）=0.771V，Eθ（Sn4+/Sn2+）=0.150V，则反应 2Fe2++Sn4+=2Fe3++Sn2+的△r G mθ为（D）kJ/mol。 A. －268.7 B. －177.8 C. －119.9 D. 119.9 5．判断在酸性溶液中下列等浓度的离子哪些能共存（D） A Sn2+和Hg2+ B. SO32—和MnO4— C. Sn4+和Fe D. Fe2+和Sn4+ 已知Eθ(Hg2+/Hg)=0.851V，Eθ(Sn4+/Sn2+)=0.15V ，Eθ(MnO4—/Mn2+)=1.49V Eθ(SO42—/H2SO3)=1.29V ，Eθ(Fe2+/Fe)= —0.44V 6．已知下列反应在标准状态下逆向自发进行 Sn4++Cu = Sn2++Cu2+
第六章：电化学 习题解答
第六章电化学 习题6.1 （1）解：（－）Cu (s) →Cu2+(a Cu2+) + 2e （+）2Ag+ (a Ag+) + 2e→2Ag (s) 电池反应：Cu (s) + 2Ag+ (a Ag+) →Cu2+ ( a Cu2+) + 2Ag (s) （2）解：（－）H2 ( p H2) →2H+ (a H+) +2 e （+）2Ag +(a Ag+) + 2e →2Ag (s) 电池反应：H2 ( p H2) +2 Ag+ (a Ag+) →2H+ (a H+) + 2Ag (s) （3）解：（－）Ag (s) + B r－(a Br-) →AgBr (s) + e （+）AgCl (s) + e →Ag (s) + Cl- (a Cl-) 电池反应：B r－(a Br-) + AgCl (s) →AgBr (s) + Cl- (a Cl-) （4）解：（－）Sn2+ (a Sn2+) →Sn4+(a Sn4+) + 2e （+）2Fe3+ (a Fe3+) +2e →2Fe2+ (a Fe2+) 电池反应：Sn2+ (a Sn2+) + 2Fe3+(a Fe3+) →Sn4+(a Sn4+) + 2Fe2+ (a Fe2+) （5）解：（－）Pb (s) + SO42-(a SO42-) →PbSO4 (s) + 2e （+）Cu2+(a Cu2+) +2e→Cu (s) 电池反应：Pb (s) + Cu2+ (a Cu2+) + SO42-(a SO42-) →PbSO4 (s) + Cu (s) 习题6.2 （1）解：Zn (s)│ZnSO4 (aq)║CuSO4 (aq)│Cu (s) （2）解：Ag (s)︱AgI (s)│I-(a I)║Cl- (a Cl-)│AgCl (s)︱Ag (s) （3）解：Pt (s)│Fe2+(a Fe2+)，Fe 3+(a Fe3+)║Ag+(a Ag+)│Ag (s) （4）解：Pt (s)︱H2 ( p H2)│H+(a H+)│O2 ( p O2)︱Pt (s) （5）解：Ag (s)︱AgCl (s)│Cl-(a Cl-)│Cl2 ( p Cl2)︱Pt (s) 习题6.3 解：设293K时电池电动势为E: E= ? 4.16×10-5(293 ? 273 ) + 1.0186V = 1.0178 V 设反应中n = 2 Δr G m= ? nFE = ?2×1.0178 ×96485 = ?196.40 kJ/mol Δr S m = 2×96485 ×(?4.16×10-5) = ? 8.03J/K· mol
第六章电化学加工
第六章电化学加工 一、电化学反应过程 图1-1所示为电化学加工的原理。两片金属铜(Cu)板浸在导电溶液，例如氯化铜(CuCl2)的水溶液中，此时水(H2O)离解为氢氧根负离子OH－和氢正离子H+，CuCl2离解为两个氯负离子2Cl－和二价铜正离子Cu+2。当两个铜片接上直流电形成导电通路时，导线和溶液中均有电流流过，在金属片(电极)和溶液的界面上就会有交换电子的反应，即电化学反应。溶液中的离子将作定向移动，Cu+2正离子移向阴极，在阴极上得到电子而进行还原反应，沉积出铜。 在阳极表面Cu原子失掉电子而成为Cu+2正离子进入溶液。溶液中正、负离子的定向移动称为电荷迁移。在阳、阴电极表面发生得失电子的化学反应称为电化学反应。这种利用电化学反应原理对金属进行加工(图1-1中阳极上为电解蚀除，阴极上为电镀沉积，常用以提炼纯铜)的方法即电化学加工。 【电解质：溶于水后能导电的物质，盐酸（HCl）、氢氧化钠（NaOH）、食盐（NaCl）、氯酸钠（NaClO3）等酸、碱、盐。 电解质溶液：电解质与水形成的溶液。 质量分数：电解液中所含电解质的多少。 电离：物质溶解于水时，离解成自由移动的离子的过程。】 电化学加工有三种不同的类型。第Ⅰ类是利用电化学反应过程中的阳极溶解来进行加工，主要有电解加工和电化学抛光等；第Ⅱ类是利用电化学反应过程中的阴极沉积来进行加工，主要有电镀、电铸等；第Ⅲ类是利用电化学加工与其他加工方法相结合的电化学复合加工工艺进行加工，目前主要有电解磨削、电化学阳极机械加工(其中还含有电火花放电作用)。 第一节电解加工 一、电解加工的原理 电解加工的过程如图。加工时,工件接直流电源的正极(阳极)，按形状要求制成的工具
第六章作业
1、名词解释失效失效分析弹性变形失效塑性变形失效蠕变变形失效韧性断裂脆性断裂疲 劳断裂腐蚀磨损 答：失效：设备在生产使用过程中，由于应力、时间、温度和环境介质等因素的作用，失去其原有功能的现象； 失效分析：对过程装备或构件在使用过程中发生的失效形式进行分析研究，从而找出失效的原因，并提出相应的改进措施称为失效分析； 弹性变形失效：①金属材料失去了弹性功能； ②过量的弹性变形； 塑性变形失效：构件失效时，材料产生的塑性变形量超过了允许变形量； 蠕变变形失效：蠕变变形量超出了规定的要求（金属材料在长时间恒温、恒应力作用下，即使低于屈服点也会产生塑性变形，即为蠕变）； 韧性断裂：金属材料在断裂之前产生显著的宏观塑性变形的断裂； 脆性断裂：金属材料在断裂之前没有发生或很少发生宏观可见的塑性变形的断裂； 疲劳断裂：金属材料在交变载荷作用下，经过一定的周期后所发生的断裂； 腐蚀：材料表面与服役环境发生物理或化学的反应使材料发生损坏或变质的现象； 磨损：当材料的表面相互作用或材料表面与流体接触并发生相对运动时，由于物理或化学的作用，材料表面的形状、尺寸或质量发生变化的过程。 2、列举弹性变形失效及塑性变形失效的例子，总结两种变形失效的特征及预防措施。 答：弹性变形：压力容器安全阀弹簧失去了变形可逆性、应力与应变的单值对应性极小变形量的弹性变形特点时，安全阀就不能在规定的范围内作用，当容器超负荷工作时，就会导致压力无法外泄，可能导致整台容器变形，甚至爆炸；特点：弹性构件失效，容器变形；采用弹性模量高的材料，改进承载结构。 塑性变形：锅炉受热面管子及蒸汽管道由于实际操作的短期超温及长期超温，往往造成管子蠕胀及爆破为塑性变形的典型例子； 特点：长时间的恒温、恒应力，组织结构改变；从设计、制造、操作等环境降低实际应力。 3、如何区别韧性断裂及脆性断裂？分析两种断裂失效产生的原因及预防断裂的措施。 答：韧性断裂之前金属材料产生显著的宏观塑性变形，而脆性断裂却很少或没有宏观可见变形； 韧性断裂：缓慢的塑性变形与裂纹同时发生过程一般不会造成严重事故；在设计时要充分考虑构件的承载能力实际操作时应在规定范围内运行，注意构件及设备异常变形； 脆性断裂：快速断裂，没有可见塑性形变形，没有前兆的断裂，危险性很大；构件的最低工作温度应高于材料脆性转变温度，选材时不仅要考虑材料的强度，而且要考虑其韧性，并减少构件的应力集中，尽量消除残余应力。 4、分析疲劳断裂及疲劳断裂的预防措施。疲劳断口宏观形貌的疲劳弧线与围观形貌的疲劳 辉纹有何不同？ 答：疲劳断裂的特征：A交变载荷：反向载荷、单向载荷、单向导前载荷 B一次应力循环对构件不产生明显破坏，不能够使构件发生断裂 C疲劳破坏只能在有交变应力的情况下出现 D是一个累进式的过程 E断口附近没有宏观的塑性变形 预防措失：1）提高构件的表面加工质量及强化表面处理； 2）避免应力集中，避免选用缺口敏感的材料 3）采用有效的热处理方法消除或降低残余应力
电化学原理知识点
电化学原理第一章绪论 两类导体： 第一类导体：凡是依靠物体内部自由电子的定向运动而导电的物体，即载流子为自由电子（或空穴）的导体，叫做电子导体，也称第一类导体。 第二类导体：凡是依靠物体内的离子运动而导电的导体叫做离子导体，也称第二类导体。 三个电化学体系： 原电池：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。电解池：将电能转化为化学能的电化学体系叫电解电池或电解池。 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。 阳极：发生氧化反应的电极原电池（-）电解池（+） 阴极：发生还原反应的电极原电池（+）电解池（-） 电解质分类： 定义：溶于溶剂或熔化时形成离子，从而具有导电能力的物质。 分类： 1.弱电解质与强电解质—根据电离程度 2.缔合式与非缔合式—根据离子在溶液中存在的形态 3.可能电解质与真实电解质—根据键合类型 水化数：水化膜中包含的水分子数。 水化膜：离子与水分子相互作用改变了定向取向的水分子性质，受这种相互作用的水分子层称为水化膜。可分为原水化膜与二级水化膜。
活度与活度系数： 活度：即“有效浓度”。 活度系数：活度与浓度的比值，反映了粒子间相互作用所引起的真实溶液与理想 溶液的偏差。 规定：活度等于1的状态为标准态。对于固态、液态物质和溶剂，这一标准态就是它们的纯物质状态，即规定纯物质的活度等于1。 离子强度I ： 离子强度定律：在稀溶液范围内，电解质活度与离子强度之间的关系为： 注：上式当溶液浓度小于0.01mol ·dm-3 时才有效。 电导：量度导体导电能力大小的物理量，其值为电阻的倒数。 符号为G ，单位为 S ( 1S =1／Ω)。 影响溶液电导的主要因素：（1）离子数量；（2）离子运动速度。 当量电导（率）：在两个相距为单位长度的平行板电极之间，放置含有1 克当量电解质的溶液时，溶液所具有的电导称为当量电导，单位为Ω-1 ·cm2·eq-1。 与 K 的关系： 与 的关系： 当λ趋于一个极限值时，称为无限稀释溶液当量电导或极限当量电导。 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，这时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： 同一离子在任何无限稀溶液中极限当量电导值不变! 离子淌度：单位场强（V/cm ）下的离子迁移速度，又称离子绝对运动速度。 i i i x αγ=∑= 22 1 i i z m I I A ?-=±γlog L A G κ= KV =λN c N c k 1000 =λ-++=000λλλ
第六章金属材料及热处理
第六章答案 1．用 45 钢制造机床齿轮，其工艺路线为：锻造—正火—粗加工一调 质一精加工—高频感应加热表面淬火一低温回火—磨加工。说明各热处理 工序的目的及使用状态下的组织。 答：锻造后的 45 钢硬度较高，不利于切削加工，正火后将其硬度控制 在 160-230HBS 范围内，提高切削加工性能。组织状态是索氏体。粗加工后， 调质处理整个提高了 45 钢强度、硬度、塑性和韧性，组织状态是回火索氏 体。高频感应加热表面淬火是要提高 45 钢表面硬度的同时，保持心部良好 的塑性和韧性。低温回火的组织状态是回火马氏体，回火马氏体既保持了 45 钢的高硬度、高强度和良好的耐磨性，又适当提高了韧性。2．常用的合金元素有哪些？其中非碳化物形成元素有一一一：碳化物 形成元素有一一一；扩大 A 区元素有——；缩小 A 区元素在一一。答：常用的合金元素有：锰、铬、钼、钨、钒、铌、锆、钛、镍、硅、
铝、钴、镍、氮等。其中非碳化物形成元素有：镍、硅、铝、钴等；化物 形成元素有：锰、铬、钼、钨、钒、铌、锆、钛等；扩大 A 区元素有：镍、 锰、碳、氮等；小 A 区元素有：铬、铝、硅、钨等。 3．用 W18Cr4V 钢制作盘形铣刀，试安排其加工工艺路线，说明各热加工工序的目的，使用状态下的显微组织是什么？为什么淬火温度高达 1280℃？淬火后为什么要经过三次 560℃回火？能否用一次长时间 回火代 替？ 答：工艺路线: 锻造十球化退火→切削加工→淬火+多次 560℃回火→喷砂→磨 削加工→成品 热处理工艺： 球化退火:高速钢在锻后进行球化退火，以降低硬度，消除锻造应力，便于切削加工，并为淬火做好组织准备。球化退火后的组织为球状珠光体。 淬火和回火:高速钢的优越性能需要经正确的淬火回火处理后才能获得。 淬火温度高（1220-1280℃）的原因是：合金元素只有溶入钢中才能有
6第六章--电化学
6第六章--电化学
第六章电化学 内容提要 一、电解质溶液 2、电解质溶液的导电机理 能够实现电解质溶液导电的电化学装置有两类：一类是能将电能转化为化学能的装置，叫电解池；另一类是能将化学能转化为电能的装置，叫原电池。它们均是由电极和电解质溶液组成。 电解质溶液导电机理是： ⑴电流通过溶液是由溶液中离子的定向运动实现的。 ⑵电流在电极与溶液的界面处得以连续是由于两电极上分别发生氧化、还原反应时放出或得到电子的缘故。 3、法拉第定律 ⑴电流通过电解质时，在电极上发生化学变化物质的量与通过的电量成正比。 ⑵在各种不同的电解质溶液中通过相同的电量时，各电极上发生化学变化的物质的量n相同。 4、离子的电迁移和迁移数
⑴离子的电迁移现象：离子在电场作用下的定向运动。 电解质溶液的导电是由正、负离子共同承担的。通电于电解质溶液后，溶液中的正、负离子分别向阴、阳两极移动，在相应的两极界面上发生还原和氧化作用，两电极界面附近溶液的浓度也随之发生变化，则有 通过溶液的总电量Q 等于正离子迁移的电量 + Q 和负离子迁移的电量- Q 之和，- + +=Q Q Q 。 ⑵离子的迁移数：某种离子迁移的电量与通过溶液的总电量之比称该离子的迁移数。 在只有一种正离子与负离子的溶液中，正、负离子的迁移数为： - ++ -++++= += U U U Q Q Q t - +- -+--+= += U U U Q Q Q t 显然 1 =+-+t t 影响迁移数的因素：离子的本性、离子浓度和温度等。 要注意：①同种离子在不同电解质中的迁移数不同。
②外加电压对离子运动速率的影响成比例，所以不影响离子的迁移数。 ③温度、浓度变化对正、负离子速率的影响不同，迁移数会变化。 5、电解质溶液的电导 为表示电解质溶液的导电能力，引入了电导、电导率、摩尔电导率的概念。 ⑴电导：电阻的倒数，通常以L 表示，单位 为西门子)(S ，即R L 1 = ⑵电导率：电阻率的导数，用κ表示，即 A l L A l R ?=?= = 11 ρ κ 式中：A l 为电导池常数，单位为1 -m 。κ的单位为 1 _m S ?。 物理意义：相距1m ，面积为12 m 的平行电极 间放置13 m 电解质溶液的电导。 ⑶摩尔电导率：相距1m 的两平行电极间放置含有mol 1电解质的溶液的电导。 c V m m κ κ= =Λ 式中c 为电解质溶液的物质的量浓度，单位为
第六章氧化还原反应和电化学
第六章氧化─还原反应和电化学 Chapt e r 6Oxidation-Reduction Reactions & Electrochemistry 本章研究另一类化学反应──氧化─还原反应（有电子转移的反应） §6-1 氧化─还原反应 Oxidation—Reduction Reactions 一、氧化数（Oxidation Number） 1．氧化数是一个经验值，是一个人为的概念。 2．引入此概念，有以下几方面的应用： (1) 判断是否发生氧化──氧化数升高、氧化反应、还原剂 reducing agent (reductant)；氧化数降低、还原反应、 氧化剂 oxidizing agent (oxidant)。 (2) 计算氧化──还原当量 (3) 配平氧化──还原反应方程式 (4) 分类化合物，如Fe (Ⅲ)、Fe(Ⅱ)；Cu (Ⅰ)、Cu (Ⅱ)。 引入氧化数，可以在不用详细研究化合物的结构和反应机理的情况下，实现上述四点。 3．怎样确定氧化数
(1) 在离子化合物中，元素的氧化数等于离子的正、负电荷数。 (2) 在共价化合物中，元素的氧化数为两个原子之间共用电子对的偏移数。 a ．在非极性键共价分子（单质）中，元素的氧化数为零，如 P 4、S 8、Cl 2中P 、S 、Cl 的氧化数都为零； b ．在极性键共价分子中，元素的氧化数等于原子间共用电子 对的偏移数，例如：1 1H :F +-，1 1 11(-2) H :O :H +--+，11 001 1 (1) H :O :O:H +--+-， 11 +1 1 (0) H ::F O +--。 (3) 具体规定： a ．单质的氧化数为零，例如P 4、S 8中P 、S 的氧化 数都为零，因为P －P 和S －S 键中共用电子对没有偏移； b ．除了在NaH 、CaH 2、NaBH 4、LiAlH 4中氢的氧化 数为?1以外，氢的氧化数为+1； c ．所有氟化物中，氟的氧化数为?1； d ．氧的氧化数一般为?2，但有许多例外，例如2 O (1/2)--、22O (1)--、3O (1/3)--、21/2O ()++、2OF 2)(+等； 目前元素的最高氧化数达到+8，在OsO 4、RuO 4中， Os 和Ru 的氧化数均为+8，其它元素的最高氧化数至多达到其主、副族数。例如：Na 2Cr 2O 12和CrO 5 中，Cr 的氧化数为+6，因为这些化合物中有22O -（O 的氧化数为?1）存在；
浙江大学工程化学第六章习题答案参考
第六章 化学反应和材料的保护 § 6. 1 金属腐蚀的发生 练 习 题 (p. 225) 1. ?r G m (298. 15 K) = －409. 3 kJ·mol ―1， ?r G m (975. 15 K) = －397. 5 kJ·mol ― 1 因为： ?r G m (298. 15) < ?r G m (975. 15)， 所以： 在298. 15 K 时脱碳能力较大。 又因为：Z RT k lg 303 .2lg +-= ε，随着温度升高，反应速率常数k 增大， 所以975. 15 K 时的反应速率较大。 3. 由标准电极电势E 得到，失去电子由易到难依次为：Ca 、Mn 、Zn 、Fe 、 Ni 、 Sn 、 H 2 、Cu 、Hg 。 4. 阴极。 析氢： 2 H + + 2e H 2↑ θ 22 θ2θ 2/)(H ]/)H ([lg 2 303 .2)/H H ()/H H (p p c c F RT E E ++ + += 吸氧：O 2 + 2 H 2O + 4e - 4 OH - 4 θθ 22θ 2] /)(O H [/)O (lg 4 303 .2)/OH O ()/OH O (c c p p F RT E E -- -+= 5. 4 θθ 22θ2]/)(OH [/)O (lg 4 059.0)/OH O ()/OH O (c c p p E E ---+ = ＝ (1. 205 ― 0. 059 pH) V
6. 4θθ22θ 2] /)(OH [/)O (lg 4059.0)/OH O ()/OH O (c c p p E E -- -+= = {0. 844 + 0. 0148 lg [p (O 2) / p θ ]} V 7. 在潮湿空气中，相对湿度较大，易在金属表面形成10 ~ 106 nm 的水膜，此时空气中O 2十分容易地穿过水膜而到达金属表面，腐蚀速度最快；若水膜厚度过厚（超过106 nm ），氧到达金属表面时间变长，速度明显变慢；若水膜太薄（小于10 nm ）则电解质溶液不充分，腐蚀几乎不发生。 § 6. 2 金属腐蚀的防护与利用 练 习 题 (p. 237) 1. 见教材179页末行－180页5行。 2. 见教材182页。 3. 应注意其颜色的变化，当含CoCl 2 硅胶由蓝色逐渐变为粉红，表明其已无吸水能力，需重新加热除去水份。 4. 5. - + 工件——阴极 镍——阳极 电解液：NiSO 4 + 乙二胺
地质第六章
地质第六章
第六章 地质灾害——指由于地质作用对人类生存和发展造成的危害。 自然地质灾害——自然地质作用引起的灾害。 人为地质灾害——由于人类工程活动使周围地质环境发生恶化而诱发的地质灾害。 地震——地壳发生的颤动或振动，是由地球内动力作用引起的。 海啸——海底发生的地震。 地震的类型 1．地震按成因可分为：(1)构造地震(2)火山地震(3)陷落地震(4)人工诱发地震 2．按震源深度的不同可分为：(1)浅源地震＜70km；(2) 中源地震70～300km；(3)深源地震＞300km 3．按地震震级大小可分为：(1)微震＜2～2.5级；(2)有感地震2～4级；(3)破坏性地震5～6级；(4)强烈地震或大地震≥7级 震源——在地壳内部振动的发源地。 震中——震源在地面上的垂直投影，可看作是地面上震动的中心。 震源深度——震中到震源的距离。 震中距——地面上任何地方到震中的距离。 地震波——地震发生时，震源处产生剧烈振动，以弹性波方式向四周传播，此弹性波称为地震波。 地震震级是一次地震本身大小的等级，它是用来衡量地震能量大小的量度。 地震烈度是指某地区地表面和建筑物受地震影响和破坏的程度。 烈度的大小除与地震震级、震中距、震源深浅有关外，还与当地地质构造、地形、岩土性质等因素有关。 我国将地震烈度分为十二度。根据使用特点的需要，将地震烈度划分为：基本烈度、建筑场地烈度及设计烈度三种。基本烈度是指该地区在一百年内能普遍遭受的最大地震烈度。 建筑场地烈度是指在建筑场地范围内，由于地质条件、地形地貌条件及水文地质条件不同而引起对基本烈度的提高或降低。 设计烈度是指抗震设计中实际采用的烈度。它是根据建筑物的重要性，永久性、抗震性及经济性等的需要对基本烈度的调整。 震级与烈度的关系 地震震级与地震烈度既有区别，又有联系。 一次地震中，震级是唯一的，而地震烈度却在不同地区有不同烈度。 一般认为：当环境条件相同时，震级愈高，震源愈浅，震中距愈小，地震烈度愈高。地表破坏造成的影响地面断裂、斜坡破坏、地基效应斜坡破坏：地震使斜坡失去稳定，发生崩塌、滑坡等各种变形和破坏，引起在斜坡上或坡脚附近建筑物位移或破坏 地基效应：地震使建筑物地基的岩土体产生振动压密、下沉、振动液化及疏松地层发生塑性变形，从而导致地基失效、建筑物破坏。 地震力对建筑物的影响地震力是由地震波直接产生的惯性力。地震对建筑物的破坏主要是由地面强烈的水平晃动造成的。 第二节崩塌及岩堆 崩塌——指陡峻斜坡上的岩、土体在重力作用下突然脱离坡体向下崩落的现象。 落石——陡峻斜坡上个别、少量岩块、碎石脱离坡体向下坠落的现象。 山崩——规模巨大的山区崩塌。 塌的形成条件及影响因素地形地貌条件、岩性条件、地质构造条件、水的条件、气候因素、其它条件 地形地貌条件地形是引起崩塌的基本因素。斜坡坡度大于55°、高度超过30m的地段有利于发生崩塌。 岩性条件岩性对崩塌有明显的控制作用。坚硬脆性的岩石组成的高陡边坡以及硬、软岩相间构成的边坡较易发生崩塌。 地质构造条件岩体中各种不连续面的存在是产生崩塌的基本条件。当各种不连续面的产状和组合有利于崩塌时，就成为发生崩塌的决定性因素。 水的条件水是诱发崩塌的必要条件。 气候条件高寒地区冰劈作用广泛发育，干旱、半干旱气候区日温差及年温差较大，这些地区物理风化强烈，岩石易破碎成碎块，崩落极为盛行。 其它条件主要是人为因素和振动影响。如果在工程设计和施工中处理不当，会促使崩塌的发生；地震、列车、爆破施工引起的振动，也是诱发崩塌的因素。 崩塌的防治 1．排水：水的参与加大了发生崩塌的可能性，所以要在可能发生崩塌的地段上方修建截水沟，防止地表水流入崩塌区内。崩塌地段地表岩石的节理、裂隙可用粘土或水泥砂浆填封，防止地表水下渗。 2．对于落石和小型崩塌，可采用：(1)清除危岩；(2)支护加固；(3)拦挡工程。 3．对于大型崩塌，可采用棚洞或明洞等防护工程。 若各种方法均不能解决问题时，只能采取绕避方案：或将线路内移作隧；或将线路改移到河对岸。 二、岩堆 岩堆——陡峻斜坡上的岩体，受物理风化作用形成的岩石碎屑，崩落下来在坡脚形成的疏松岩块堆积体。