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应用电化学复习思考题及答案

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、简述法拉第定律及其在电化学分析中的应用。

二、解释什么是电极电势？标准电极电势是如何定义的？它与其他电极电势（如实际电极电势）有何关系？

三、什么是极化现象？简述极化曲线的两种主要类型（动念极化）及其特点。

四、阐述金属发生电化学腐蚀的基本过程。列举两种常见的腐蚀类型，并简述其发生机理。

五、简述牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护的基本原理、适用条件及优缺点。

六、电化学传感器通常由哪几部分组成？电化学传感器的响应特性主要受哪些因素影响？

七、简述燃料电池的基本工作原理。与普通电池相比，燃料电池有哪些显著特点？

八、电极材料在电化学应用中扮演着重要角色。在选择电化学应用（如电解、传感）的电极材料时，应考虑哪些关键因素？

九、电镀是一种重要的电化学应用。简述电镀的基本原理。为了获得理想的电镀层，需要考虑哪些因素？

十、什么是电化学阻抗谱（EIS）？简述其基本原理，并说明它在研究电化学体系（如腐蚀、电池）时有哪些优势。

试卷答案

一、答案：法拉第定律指出，在电化学反应中，通过电极的电量与电极上发生反应的物质的质量（或摩尔数）成正比，比例系数为法拉第常数（约96485C/mol）。其数学表达式为：m=MIt/F，其中m为反应物质的质量，M为摩尔质量，I为电流强度，t为通电时间，F为法拉第常数。在电化学分析中，法拉第定律是基础，可以通过精确控制电流和时间，实现对微量物质（如金属离子、有机物、氯离子等）的定量分析，方法包括电重量法、库仑法等。

解析思路：本题考查法拉第定律的核心内容及其应用。解析时需首先明确法拉第定律的定义，即电量和反应物质量间的正比关系，并给出其基本数学表达式。其次，要强调法拉第常数F的作用。最后，重点阐述其在电化学分析中的具体应用实例，如电重量法（通过沉积物质量定量）和库仑法（通过电解所需电量定量），说明其作为定量分析基础的原理。

二、答案：电极电势是指电极与电解质溶液界面间存在的电势差。标准电极电势是指在标准状态（通常指离子活度为1mol/L，温度为298.15K，压力为101.325kPa）下，可逆电极与标准氢电极（作为参比电极）之间的电势差。它是一个相对值，用于衡量电极参与氧化还原反应的倾向。实际电极电势是指电极在非标准状态下实际存在的电势，它等于该电极的标准电极电势加上活度（或浓度）校正项（根据能斯特方程计算），反映了电极在具体工作条件下的真实电化学行为。

解析思路：本题要求解释电极电势的概念、标准电极电势的定义及其与参比电极的关系。解析时需区分电极电势（界面电势差）和电化学势（驱动电荷转移的驱动力）。明确标准电极电势是相对值，基于标准氢电极。最后，阐述实际电极电势是更常用的概念，它如何通过能斯特方程考虑了非标准条件（浓度、温度等）的影响，从而反映电极的实际工作状态。

三、答案：极化现象是指电极电位相对于平衡电位发生偏离的现象。当电流通过电极时，电极电位会偏离其平衡值，这种现象称为极化。动念极化主要指电极过程动力学引起的极化，即电极反应速率跟不上电荷转移速率，导致电位偏离平衡。动念极化又可分为浓差极化和电化学极化。浓差极化是由于电极表面反应物或产物浓度与溶液本体浓度不同，导致电位偏离，电流增大时尤为显著。电化学极化是由于电极反应本身的速度限制，即反应速率跟不上外电路提供的电流，导致电位偏离，通常与电极反应的活化能有关。极化曲线通过测量不同电流密度下的电极电位变化来展示极化现象的强弱和类型。

解析思路：本题要求定义极化并重点阐述动念极化。首先给出极化的通用定义。然后明确动念极化是电流引起的，核心在于电极过程动力学跟不上需求。接着区分浓差极化和电化学极化，分别解释其机理：浓差极化源于浓度差，电化学极化源于反应速率慢。最后，提及极化曲线是研究动念极化的工具，通过展示电位-电流关系来体现。

四、答案：金属发生电化学腐蚀的基本过程通常涉及两个核心步骤：一是金属失去电子形成金属离子进入溶液（阳极过程，氧化反应）；二是溶液中的氧气或其他阴离子在金属表面得到电子形成氢氧根离子或其他物种（阴极过程，还原反应）。这两个过程通过溶液中的离子（如Cl-）进行电荷传递而构成一个微观电池回路。常见的腐蚀类型包括：均匀腐蚀，金属表面腐蚀速率基本均匀；缝隙腐蚀，金属在缝隙等闭塞区域内由于氧浓差或其他离子限制而发生局部剧烈腐蚀；应力腐蚀，在特定应力作用下，金属在腐蚀介质中发生脆性断裂。其发生机理通常与电位驱动（如处于腐蚀电位区间）和离子或分子的扩散限制（如氧的还原）有关。

解析思路：本题考查腐蚀基本过程和类型。解析需首先描述电化学腐蚀的通用机理，即阳极氧化（金属失电子）和阴极