应用电化学练2
应用电化学练习(二)
1. 用旋转圆盘电极电解0.1 mol·L -1CuSO 4(有大量Na 2SO 4)溶液,圆盘电极面积为55cm 2,转速为2转·秒-1,Cu 2+的扩散系数为1.1×10-5 cm2·s -1,溶液粘度为1.2×10-2 g·cm -1·s -1,密度为1.1g ·cm -3,求通过电极的极限电流。
2. 某一浓度为0.1 mol·L -1的有机物在25℃的静止电解液中电解氧化,如果它的扩散步骤是速度控制步骤,试求其极限电流密度。假设与每一有机物结合的电子数为4,有机物的扩散系数为3×10-5cm 2·s -1,扩散层厚度为0.05cm 。
3. 电极反应Cu 2+ + 2e = Cu 的传递系数为0.5,交换电流密度为2×10-5A ·m -2,计算298K 时的Tafel 常数,并估算从Cu 2+活度为1的电解液在298K 和电流密度为5×10-3A ·m -2沉积铜时所需的过电位。
4. 298 K 时用镍阴极电解氢氧化钠溶液,在过电位为0.148 V 、0.394 V 下相应的电流密度分别为0.0001 A·cm -2、0.01 A·cm -2,计算在上述介质中析氢反应的传递系数和交换电流密度。已知析氢反应的电子转移数n=1mol ·mol -1(反应)
5. 何谓非稳态扩散?其初始条件和一个边界条件是什么?另一边界条件由极化条件决定。
6. 溶液中有哪几种传质方式,产生这些传质过程的原因是什么?
7. 稳态扩散和非稳态扩散的特点是什么,可以用什么定律来表示?
8. 说明标准电极反应速度常数k S 和交换电流密度i 0的物理意义,并比较两者的区别。
9. 为什么有机物在电极上的可逆吸附总是发生在一定的电位区间内?
10. 如何根据交换电流密度J 0、稳态极限扩散电流密度J D 和电流密度J 的相对大小,来分析导致出现过电位的原因?
11. 如何在Tafel 区求交换电流密度J 0?如何在线性极化区求交换电流密度J 0?(稳态法)
12. 酸性介质中某金属电极析氢反应的电化学脱附机理如下:
(1) H 3O + + e = H吸附 + H 2O (快步骤)
(2) H 3O + + H吸附 + e = H2+H 2O (慢步骤)
在析氢的Tafel 关系式η= a + b lg i,式中η为过电位,i 为电流密度,a 和b 分别为Tafel 常数,试证b = 2.3RT/(1+α)F ,式中α为传递系数,R 为气体常数,T 为开而文温度(K ),F 为法拉第常数;并且在25℃时b 值为39 mV。
13. 在25℃下将铁放入Fe 2+活度为1的溶液(pH=3)中,已知Fe 2+还原为Fe 的交换电流密度为2×10-5A ·m -2,氢在该溶液中析出的交换电流密度为1.6×10-3A ·m -2;Fe 氧化过程和氢离子还原过程的b 值(Tafel 常数之一,η= a + b lg i)分别为0.06和0.12V ,试求腐蚀电位和腐蚀电流密度。(已知E 0(Fe2+/Fe)=-0.440V)。
14. 根据Cottrel 方程计算电位阶跃后1、10和100 s (秒)时还原反应的电流。假设C O =1 nmol/L,D O =10-9 m2/s,电极面积10-6 m2.
15. 在含有10-3 mol/L二价离子的溶液中进行旋转圆盘电极(面积0.5 cm 2), 发现电极转速为100 r/min时的I -E 关系为:
E /mV -100 -120 -150 -500 -550 -600
I /mA 0.046 0.062 0.101 0.965 0.965 0.965
求电极转速为200 r/min时的极限扩散电流和传质系数(传质系数即扩散系数与扩散层厚度之比)。