Рабочая программа, методические указания и

Министерство образования и науки Российской Федерации
Саратовский государственный технический университет
Теоретическая электрохимия
Рабочая программа, методические указания и
контрольные задания для студентов специальности 240302
«Технология электрохимических производств»
Одобрено
редакционно-издательским советом
Саратовского государственного
технического университета
Саратов 2006
Введение
Задачей
курса
«Теоретическая
электрохимия»
является
изучение
равновесного состояния электрохимической системы, а также механизма и
кинетики реакций, протекающих на электродах электрохимической системы.
Курс базируется на законах физической химии, физики металлов, общей и
неорганической химии.
Курс «Теоретическая электрохимия» разделен на 3 части: в первой части
даны классические и современные теории растворов слабых и сильных
электролитов; во второй – термодинамика электрохимических систем и теории
строения двойного электрического слоя на границе электрод-раствор; в третьей
излагаются основные закономерности кинетики электрохимических процессов.
Объем курса определяется рабочей программой. Распределение часов
указано в таблице
3
Контрольные задания
По дисциплине «Теоретическая электрохимия» студент выполняет 3
контрольных задания, в которые включены следующие вопросы:
-
равновесные и неравновесные явления в растворах электролитов,
теории
растворов
электролитов,
методы
определения
электропроводимости и чисел переноса ионов;
-
равновесие
на
границе
электрод-раствор,
теории
строения
двойного электрического слоя, термодинамика гальванического
элемента, уравнение Нернста для электродных потенциалов
различных типов электродов;
-
кинетика электродных процессов при замедленных диффузии,
переносе заряда, кристаллизации, химической реакции; основные
уравнения, методы определения кинетических параметров.
-
Задачи.
При выполнении теоретической части контрольной работы необходимо
ознакомиться с литературой по излагаемому вопросу, четко изложить
материал. Ответы на вопросы контрольных работ должны сопровождаться
рисунками, ссылками и выписками из справочной литературы.
К задачам необходимо дать полные расчеты с пояснениями.
В конце контрольной работы прилагается список используемой
литературы. На титульном листе указывается: дисциплина, по которой
выполняется контрольная работа, ее номер, фамилия, имя, отчество студента,
шифр, домашний адрес.
Контрольная работа выполняется по вариантам соответствующим
последней цифре номера зачетки.
Основной формой изучения дисциплины «Теоретическая электрохимия»
является самостоятельная работа с рекомендуемой литературой; обзорные
лекции, лабораторные работы.
4
1. Двойной электрический слой. Электродное равновесие
1.1.Двойной электрический слой (д.э.с.) на границе электрод-раствор,
модели д.э.с.: Гельмгольца, Гуи-чапмена, Штерна, современные
представления о строении д.э.с. Уравнения д.э.с., расчет компонентов
заряда.
Методические указания
При погружении электрода в раствор электролита на границе раздела
возникает два слоя разноименных зарядов – д.э.с. Экспериментальным
доказательством существования д.э.с. служат такие явления как электроосмос,
электрофорез,
потенциал
течения,
потенциал
осаждения,
зависимость
поверхностного натяжения ртутного электрода в растворе от потенциала.
Необходимо досконально разобраться в причинах возникновения д.э.с., а
также в моделях строения д.э.с. Рассматривая электрокапилярные кривые,
сделать акцент на потенциале нулевого заряда (Ен.з.) и его зависимости от
адсорбции на электроде ПАВ молекулярного катионного или анионного типов.
Необходимо иметь представление о локализации Ψ’ – потенциала.
1.2. Гальванический элемент и его отличие от электролизера. Физический
смысл электродного потенциала. Зависимость равновесного потенциала от
активности потенциалопределяющих ионов. Классификация электродов и
электрохимических цепей. Электроды сравнения.
Методические указания
Наличие д.э.с. на границе раздела фаз является причиной появления
скачка потенциала при погружении электрода в раствор электролита.
Зависимость
величины
электродного
потенциала
от
активности
потенциалопределяющих частиц описывается уравнением Нернста. Следует
особо отметить, что уравнение Нернста лежит в основе классификации
электродов.
5
В
электрохимических
цепях
происходит
превращение
энергии
химических реакций в электрическую (сложные и простые химические цепи).
Необходимо
отметить,
что
из
всех
типов
электрохимических
цепей
практическое значение имеют химические цепи (гальванические элементы и
аккумуляторы).
Вопросы для самопроверки
1. Электрический потенциал. Уравнение Нернста для электродного
потенциала.
2. Химический потенциал и изобарно-изотрмический потенциал
системы. Соотношение между ними.
3. Как рассчитать ЭДС элемента по изменению термодинамических
функций для данной реакции?
4. К каким типам электродов относится водородный, хингидронный и
оксидно-ртутный электроды?
5. Какие электродные системы пригодны для использования в
качестве электродов сравнения?
6. Диффузионный потенциал и условия его возникновения.
7. Что такое поверхностный, внутренний и внешний потенциал?
8. На каком принципе основано измерение рН раствора с помощью
стеклянного электрода?
9. Что такое Гальвани- и Вольта- потенциалы?
10.Механизмы возникновения скачка потенциала на Pt электроде в
смеси FeCl3 и FeCl2; на Pt электроде в растворе серной кислоты.
11.Каковы
размерности
универсальной
газовой
постоянной,
температуры, числа Фарадея и активности в уравнении Нернста?
12.Изменится ли ЭДС цепи, если произвести замену растворителя, а
концентрации потенциалопределяющих ионов и сами электроды
оставить прежними?
6
2. Кинетика электродных процессов
Прохождение электрического тока через растворы электролитов. Законы
Фарадея. Выход вещества по току.
Суммарная
электродная реакция. Стадии суммарной электродной
реакции. Лимитирующая стадия.
Признаки равновесного состояния электрода. Плотность тока обмена.
Электродная поляризация. Виды перенапряжений. Кинетика выделения
водорода на катоде и кислорода на аноде. Перенапряжение диффузии.
Перенапряжение
разряда-ионизации.
Перенапряжение
кристаллизации.
Уравнение Тафеля.
Методические указания
При прохождении электрического тока через электрохимическую систему
происходят качественные и количественные изменения на электродах.
Необходимо детально разобраться в причинах появления поляризации, в
сложном механизме суммарной электродной реакции. Необходимо знать
уравнение полной поляризационной кривой при замедленном разряде, а также
уравнение перенапряжения диффузии. Уметь написать реакции катодного
выделения водорода из различных сред и анодного выделения кислорода из
различных сред. Разобраться с построением поляризационных кривых для
последующего определения основных кинетических параметров электродной
реакции: тока обмена (i0) и коэффициента переноса (α).
Вопросы для самопроверки
1. Какие стадии включает суммарная электродная реакция?
2. Что такое электродная поляризация и перенапряжение?
3. Какие существуют способы доставки реагирующего вещества к
поверхности электрода?
4. Почему на электроде возникает перенапряжение диффузии,
переноса заряда и др.
7
5. Что такое предельный ток, и какие факторы влияют на его
величину?
6. Уравнение Тафеля. Определение плотности тока обмена и
коэффициента переноса из поляризационных измерений.
7. Химическое перенапряжение.
8. Фазовое перенапряжение.
9. Предельная
диффузионная
плотность
тока.
Зависимость
предельного тока от температуры и перемешивания раствора.
10.Энергия
активации
электродного
процесса.
Температурно-
кинетический метод определения энергии активации.
11. Анодная пассивация металлов.
12.Пленочная и адсорбционная теории пассивации.
13. Стадии выделения кислорода.
14.Стадии выделения водорода.
15.Что
такое
коэффициенты
переноса
α
и
β
в
уравнениях
электрохимической кинетики?
16.В каких случаях сумма коэффициентов α и β, определенных по
поляризационным зависимостям, будет больше 1?
Литература
Основная
1.Дамаскин Б.Б. Введение в химическую кинетику / Б.Б. Дамаскин,
О.А. Петрий .- М.: Высшая школа ,1983. - 400с.
2.Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия/ Л.И. Антропов .- М.:Высшая
школа ,1984. - 519с.
3.Ротинян А.Л. Теоретическая электрохимия / А.Л.Ротинян , К.И. Тихонов, И.А.
Шошина.- Л.:Химия , 1981. - 422с.
4.Феттер К.Электрохимическая кинетика / К. Феттер.- М. : Химия , 1967 .8
855 с .
5.Галюс З. Теоретические основы электрохимического анализа / З. Галюс.- М.:
Мир ,1974.- 550с.
6. Дамаскин Б.Б. Основы электрохимии / Б.Б. Дамаскин, О.А. Петрий.- М.:
Высшая школа, 1987. – 295 с.
7. Дамаскин Б.Б. Электрохимия. / Б.Б. Дамаскин, Г.А. Цирлина,
О.А. Петрий .- М.: Высшая школа, 2001.- 292 с.
8. Практикум по электрохимии: Учеб. пособие/ Б.Б. Дамаскин, О.А. Петрий,
Б.И. Подловченко и др. – М.: Высшая школа, 1991. – 288с.
9. Кедринский И.А. Литиевые источники тока / И.А. Кедринский, В.Е.
Дмитриенко, И.И. Грудянов. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 240 с.
10 Багоцкий В.С. Химические источники тока / В.С. Багоцкий, А.М. Скундин.
– М.: Энергоиздат, 1981. – 360с.
11. Лидоренко Н.С. Электрохимические генераторы / Н.С. Лидоренко , Г.Ф.
Мучник .- М.: Энергоиздат, 1982. – 447с.
Дополнительная
12.Крестов Г.А. Термодинамика ионных процессов в растворах / Г.А. Крестов. Л.: Химия, 1984 .- 272 с.
13.Ионная сольватация /под ред. Крестова Г.А.- М.:Наука ,1987 .-320с.
14. Мищенко К.П. Термодинамика и строение водных и неводных растворов
электролитов / К.П. Мищенко, Г.М. Полторацкий . -М.: Химия,1976.- 327 с.
15.Фрумкин А.Н. Электродные процессы. / А.Н. Фрумкин . -М.: Наука,1987.335с.
16. Двойной слой и электродная кинетика / под ред. В.Е. Казаринова, М.: Наука,
198. – 376с.
17. Кабанов Б.Н. Электрохимия металлов и адсорбция / Б.Н. Кабанов М.: Наука,
1966. – 222с.
9
18. Коровин Н.В. Топливные элементы и электрохимические установки / Н.В.
Коровин. - М.: Изд-во МЭИ, 2005. – 300с.
19. Мирзоев Р.А. Диэлектрические анодные пленки на металлах / Р.А.
Мирзоев, А.Д. Давыдов // Итоги науки и техники. ВИНИТИ. Сер. Коррозия и
защита от коррозии. - М.: 1990. – т.16.- с. 89 -143
20. Плесков Ю.В. Вращающийся дисковый электрод. / Ю.В. Плесков, В.Ю.
Филиновский. - М.: Наука, 1972.- с.
21. Методы измерения в электрохимии / под. ред. Э. Егера и А. Залкинда. – М.:
Мир, 1977. – т.1.- 585 с.
22. Агасян П.К. Основы электрохимических методов анализа / П.К. Агасян,
Е.Р. Николаева. - М.: Изд-во МГУ, 1986. – 195с.
23. Гамбург Ю.Д. Электрохимическая кристаллизация металлов и сплавов./
Ю.Д. Гамбург. - М.: Янус-К, 1997. – 384с.
10
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1
ВАРИАНТ 1
1. Вывод уравнения Нернста для электродного потенциала.
2. Конструкция водородного электрода.
3. Простые окислительно - восстановительные электроды.
4. Классификация электрохимических цепей.
5. Скачки потенциала на границе раздела фаз.
6. Строение двойного электрического слоя по Гуи - Чапмену.
7. Написать уравнения реакций, протекающих в электрохимической системе:
Zn /ZnSO4 : H2SO4/ Pt, Н2
8. Написать уравнение Нернста и реакции, протекающие на электродах
системы:
Pt, Н2 / H2SO4 / Hg2SO4, Hg
9. Написать уравнение для потенциала системы:
ОН- / Ме, МеО
10. Записать электрохимическую систему, в которой протекает реакция:
C12 + Mg = 2Cl- + Mg2+
ВАРИАНТ 2
1. Классификация электродов.
2. Требования к металлу газового электрода.
11
3. Концентрационные цепи II рода.
4. Электрокапиллярные кривые. Влияние поверхностно - активных
нейтральных молекул на ход электрокапиллярных кривых.
5. Теория Гельмгольца строения двойного электрического слоя.
6. Емкость двойного электрического слоя.
7. Написать реакции, протекающие на электродах электрохимической системы:
Со / CоSO4 / Hg2SO4, Hg
8. Записать электрохимическую систему, в которой протекает реакция:
Ag + ½Hg2C12 ↔ AgCl + Hg
9. Написать уравнение потенциала для системы:
ОН- / Ме, МеО
10. Написать уравнение реакций, протекающих в системе:
Fe / FeSO4 / HgSO4, Hg
ВАРИАНТ 3
1. Электроды I и II рода.
2. Концентрационные цепи с переносом и без переноса.
3. Электрокапиллярные кривые. Уравнение Липпмана.
4. Адсорбционный метод изучения двойного электрического слоя.
5. Кривые заряжения.
6. Строение двойного электрического слоя по Штерну
7. Написать реакции на электродах электрохимической системы:
(Hg) К/ KCl/ AgCl, Ag
8. Написать уравнение реакции, протекающей на электроде:
Cl- / РЬ, PbC12
9. Составить электрохимическую цепь для реакции:
Вr2 + Mg = 2Вr - + Mg2+
10. Написать уравнение Нернста и реакции в системе:
Zn / ZnSO4 NiC12/ Ni
12
ВАРИАНТ 4
1. Таблица стандартных потенциалов. Применение ее для расчета констант
окислительно - восстановительных систем.
2. Окислительно - восстановительные электроды.
3. Современные представления о строении двойного электрического слоя.
4. Кислородный электрод.
5. Емкость двойного электрического слоя.
6. Кривые дифференциальной емкости
7. Написать реакции на электродах и в электрохимической системе
(суммарную):
Sn /SnSO4 / Hg2SO4, Hg
8. Составить электрохимическую цепь для реакции:
2 CuCl + Mg = MgCl2 + 2Сu
9. Написать уравнение Нернста для электрохимической системы:
Pt, Н2 / HBr / Br2, Pt
10. Написать электродную реакцию: FеЗ+, Fе2+ / Pt
ВАРИАНТ 5
1. Мембранное равновесие и мембранный потенциал.
2. Концентрационные цепи. Диффузионный потенциал.
3. Хлорсеребряный электрод.
4. Электрокинетические явления: электроосмос, электрофорез, потенциал
течения, потенциал осаждения.
5. Основные уравнения электрокапиллярной кривой.
6. Теория строения двойного электрического слоя Гельмгольца.
7. Написать уравнение Нернста для электродной реакции:
Сu 2+ + 2е ↔Сu
13
8. Написать реакции, протекающие в системе. Определить отрицательный и
положительный электроды системы:
Pt, Н2 / НВr/ Вr2, Pt
9. Записать электрохимическую систему, в которой протекает реакция:
Zn + Ni2+ = Ni + Zn2+
10. Написать реакции, протекающие в системе:
Zn / ZnS04 ¦ CuSO4 / Сu
ВАРИАНТ 6
1. Вывод уравнения Нернста для электродного потенциала.
2. Простые и сложные химические цепи.
3. Ртутно - сульфатный электрод.
4. Основные термодинамические функции электрохимической системы. Связь
между энергией Гиббса, тепловым эффектом, энтропией и э.д.с. системы.
5.
Электрокапиллярные
кривые
в
присутствии
поверхностно-активных
катионов.
6. Заряд и емкость двойного электрического слоя.
7. Написать реакции, протекающие на электродах электрохимической системы.
Определить знаки ( «+» и «-») электродов.
Pt, Н2 / H2SO4 / Hg2SO4, Hg
8. Написать уравнение Нернста для электрохимической системы:
ОН- / Hg, HgO
9. Записать электрохимическую систему, на электродах которой протекают
реакции:
Sn - 2е =Sn2+
Hg2SO4 + 2е = 2 Hg0 + SO4-2
10. Написать реакции, протекающие на электродах ситемы:
РЬ, PbSО4 / H2SO4 / РbО2, Рb
14
ВАРИАНТ 7
1. Уравнение Гиббса- Гельмгольца для электрохимической системы.
2. Водородно- кислородный элемент.
3. Электрокапиллярные кривые в присутствии поверхностно- активных
анионов.
4. Потенциал нулевого заряда. Методы определения потенциала нулевого
заряда.
5. Теория строения двойного электрического слоя Гуи- Чапмена.
6. Поверхностная концентрация.
7. Написать реакции, протекающие на электродах электрохимической системы:
Н2, Pt / НСl / AgCl, Ag
8. Написать уравнение Нернста для потенциала электрода:
Н+, Н2 /Pt
9. Записать электрохимическую систему, в которой протекает суммарная
реакция:
Cd + Hg2SO4 = Cd2+ + SO42- + 2 Hg
10. Вычислить при 25 оC обратимую Э.Д.с. элемента:
Zn / ZnSO4 (0,05 М) // H2SO4(0,1 М) / Hg2SO4, Hg
Средние коэффициенты активности принять равными: серной кислоты 0,265,
сернокислого цинка - 0,2.
ВАРИАНТ 8
1. Классификация электродов. Ионселективные электроды.
2. Хлорный электрод.
3. Основное уравнение электрокапиллярности.
4. Теория Штерна строения двойного электрического слоя.
5. Диффузионный потенциал.
6. Стандартные электродные потенциалы. Применение таблицы стандартных
15
потенциалов для термодинамических расчетов.
7. Составить электрохимические цепи, для которых суммарными реакциями
являются:
HgO + Zn = ZnO + Hg
2 МnО2 + Zn + Н2О = ZnO + 2 Мn(ОН)2
8. Определить реакции на отдельных электродах и в целом в
электрохимической системе:
Pt, Н2/ NaOH / HgO, Hg
9. Написать уравнение Нернста для Э.Д.С. электрохимической системы:
Zn / ZnSO4 ¦ NiC12 / Ni
10. Написать уравнение Нернста для потенциала электрода:
Cr3+, Cr2O72-, Н+ / Pt
ВАРИАНТ 9
1. Понятие электрохимической системы. Составляющие электрохимической
системы.
2. Э.Д.С. электрохимической системы как сумма скачков потенциалов.
3. Сложные электрохимические цепи.
4. Каломельный электрод сравнения.
5. Электрокинетические и электрокапиллярные явления.
6. Уравнение Липпмана.
7. Составить электрохимические цепи, для которых суммарные реакциями
являются:
O2 + 2Fe + 2Н2О = 2Fe(OH )2
2 CuCl + Mg = MgCl2 + 2Сu
8.
Определить
реакции
электрохимической
на
отдельных
электродах
и
в
целом
системе:
Zn / ZnS04, H2SO4 / Н2, Pt
9. Написать уравнение Нернста для Э.Д.С. электрохимической системы:
16
в
( Hg ) Zn / ZnS04 / Hg2SO4, Hg
10. Написать уравнение Нернста для потенциала электрода:
( Hg ) К / КОН
ВАРИАНТ 10
1. Электрохимическая система. Химический источник тока и электролизер-два
типа электрохимической системы.
2. Уравнение э.д.с. электрохимической системы.
3. Водородный электрод.
4. Концентрационные цепи I рода.
5. Электрокапиллярные кривые в присутствии ПАВ - нейтральных молекул.
6. Современные представления о строении двойного электрического слоя.
7. Составить электрохимические цепи, для которых суммарными реакциями
являются:
А1203 + 6Н+ + 6е = 2 Al + 3Н2О
BiO+ + 2Н+ + 3е = Bi + Н20
8.
Определить
реакции
на
отдельных
электродах
и
в
целом
в
электрохимической системе:
Mg / Mg2+, Н+ / Н2, Pt
9. Написать уравнение Нернста для э.д.с. электрохимической системы:
Pt, Н2 / Н+ , Сu2+ / Сu
10. Написать уравнение Нернста для потенциала электрода:
МпО4-, Mn2+, Н+ / Pt
17
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 2
ВАРИАНТ 1
1. Виды перенапряжений.
2. Предельный диффузионный ток (iд). Факторы влияющие на величину iд.
3. Переходное время.
4. Уравнение поляризационной кривой при малых перенапряжениях.
5. Ток обмена (io), коэффициент переноса
Их
(α).
определение
из
поляризационных измерений.
6. Перенапряжение при выделении кислорода.
7. Механизм действия ПАВ при электроосаждении металлов.
8. Задача: Сколько времени необходимо для полного окисления манганата
калия, содержащегося в 200 мл 1 М раствора, до перманганата, если через
раствор пропускать ток силой 2 А?
9. Задача: Для электродной реакции КА + Н2О = 3К+ + А- + 2е на платиновом
катоде наблюдается предельный ток, величина которого не зависит от
интенсивности
перемешивания
раствора.
При
использовании
другого
платинового катода той же площади величина предельного тока снижается
вдвое. Зависимость предельной плотности тока iпр от концентрации СКА задана
в таблице:
СКА, М
7,42∙10-2
2,24∙10-2
8,13∙10-2
1,35∙10-2
iпр, А/см2
-5,01∙10-3
- 1,445∙10-3
- 5,63∙10-4
-1∙10-4
Найти порядок химической стадии по веществу КА.
18
ВАРИАНТ 2
1.Способы доставки вещества к поверхности электрода.
2.Уравнение для перенапряжения диффузии при избытке постороннего
электролита.
3. Уравнение Тафеля. Определение коэффициентов "а" и "в".
4. Перенапряжение выделения водорода. Влияние материала катода на
величину перенапряжения водорода.
5. Безбарьерный и безактивационный процессы.
6. Применение вращающегося дискового электрода для
определения
коэффициента диффузии реагирующего вещества.
7. Образование зародышей при формировании кристаллической фазы.
8. На положительном электроде свинцового аккумулятора при разряде
протекает реакция:
РbО2 + SO42- + 4Н+ + 2е → PbSO4 + 2Н2О
На сколько изменилась масса положительного электрода, если аккумулятор
Разряжать током 200 А в течении 5с?
9. Задача: Для процесса катодного осаждения меди из цианистого электролита
состава (г/л): медь цианистая- 44; цианистый калий (своб.) - 65; зависимость
предельного тока от скорости вращения (m) дискового электрода представлены
в таблице:
m, об/с
4
6,75
16
36
49
67
i, мА/см2
9
13
19
26
32
37
Определить природу замедленной стадии.
ВАРИАНТ 3
1. Перенапряжение диффузии при избытке постороннего электролита.
2. Предельный диффузионный ток. Факторы, влияющие на величину
19
предельного диффузионного тока.
3. Поверхностная концентрация реагирующих частиц, связь ее с предельным
диффузионным током.
4. Вывод уравнения полной поляризационной кривой.
5. Пассивация металлов. Поляризационная кривая анодно - пассивирующегося
металла.
6. Перенапряжение выделения кислорода. Влияние материала анода на
перенапряжение кислорода.
7. Влияние природы разряжающегося иона на структуру металлического
осадка при электроосаждении металлов.
8.
Задача:
Содержание
меди
в
алюминиевых
сплавах
определяют
кулонометрическим титрованием, которое проводят электрорегенирирующим
двухвалентным оловом:
Sn4+ + 2е → Sn2+
Sn2+ + 2Сu2+ → Sn4+ + 2 Сu+
Какова относительная ошибка этого метода, если при анализе 1,2 г сплава,
содержащего 1,5% Сu , сила тока составила 88 мА, а эквивалентная точка
достигнута через 5 минут?
9. Задача: Электроосаждение серебра проводили при илотности тока 3∙10-4 А/см2
из двух растворов: первый раствор содержит 0,1 моль/л АgNОз, а второй 0,1
моль/л АgNОз и 2 моль/л КNОз. Число переноса Ag+ в первом растворе равно
0,468. В каком из растворов перенапряжение при i = 3∙10-4 А/см2 больше (по
абсолютной величине) и на сколько, если коэффициент диффузии ( Ag +) в этих
растворах равен 1,65∙10-5 см2∙c-l? Толщина диффузионного слоя в обоих
растворах 1,59∙10-2 см, при 25 ОС. Перенапряжение - чисто диффузионное.
ВАРИАНТ 4
1. Стадии суммарного электродного процесса. Лимитирующая стадия.
2. Законы Фарадея.
20
3. Уравнение для диффузионного перенапряжения с учетом миграционного
переноса.
4. Стадии процесса выделения водорода из кислой, нейтральной и щелочной
сред.
5. Влияние плотности тока на величину перенапряжения выделения водорода.
6. Кажущиеся и истинные коэффициенты переноса.
7. Стадии электрокристаллизации металлов.
8. Задача: При электролизе раствора азотнокислого натрия было получено
0,1336 г азотистокислого натрия, 0,0326 г аммиака и 1876 см 3 водорода при
нормальных условиях. Вычислить выход по току для каждого вещества, если в
кулонометре выделилось 20,14 г серебра.
9. Задача: Цинк осаждают на пластину размером 5 х 5 см при 25 ОС. Возникающее
при этом перенапряжение диффузии - 29,3 мВ. Какова сила тока, при которой
ведется электролиз, если предельная плотность тока диффузии равна 2 А/дм2?
ВАРИАНТ 5
1. Равновесное состояние электролиза. Ток обмена.
2. Вывод уравнения полной поляризационной кривой.
3. Диффузионный слой (δ) вблизи поверхности электрода. Факторы, влияющие
на его величину.
4. Стадии выделения кислорода из щелочной, нейтральной и кислой сред.
5. Влияние температуры на электролиз как кинетический метод исследования
природы электрохимических процессов.
6. Законы Фика для стационарной и нестационарной диффузии.
7. Влияние состава раствора и режима электролиза на качество металлического
покрытия.
8. Задача: Определение плутония - 238 в урановом топливе основано на
реакции Рu4+ +е → Рu3+. При анализе 4 г навески через раствор прошло 2,423
кулонов электричества. Каково процентное содержание Рu в урановом топливе?
21
9. Задача: Э.д.с. цепи, состоящей из насыщенного каломельного электрода
сравнения и катода, на котором в растворе с рН=7 выделяется водород, равна
1,25 В при 25
0
С. Чему равно катодное перенапряжение? Парциальную
упругость водорода принять равной 760 мм .рт.ст.
ВАРИАНТ 6
1. Прохождение постоянного тока через электрохимическую систему. Законы
Фарадея.
2. Квантово - механические модели электрода и раствора.
3. Перенапряжение диффузии. Уравнение потенциала электрода под током и
перенапряжение диффузии для различных окислительно-восстановительных и
ион-металлических электродов.
4. Переходное время.
5. Энергия активации электродного процесса при замедленной стадии разрядаионизации.
6. Ток обмена, коэффициент переноса. Определение из поляризационных
измерений.
7. Образование зародышей при формировании кристаллической фазы. Теория
замедленной кристаллизации Фольмера и Эрдей-Груза.
8. Задача: Образец цинка весом 200 г растворили и раствор анализировали на
медь при контролируемом потенциале. Включенный последовательно с
ячейкой самопишущий амперметр записал кривую (рис.1). Определить
процентное содержание меди в цинке.
22
I, A
0,13
0,08
0,03
0
5
10
15
20
τ, мин
Рис. 1.
9. Задача: В таблице приведено измерение перенапряжения с плотностью тока на
ртутном катоде в разб. H2S04. Считая, что процесс подчиняется теории
замедленного разряда, по графику зависимости η-lg iK найти (l-α) и для
выделения водорода на ртути.
η, В
-0,6
-0,65
-0,73
-0,78
-0,84
-0,89
-0,93
-0,96
i∙10-7, А/см2
2,9
6,3
28
100
250
630
1650
3300
ВАРИАНТ 7
1. Признаки равновесного состояния электрода. Ток обмена.
2. Уравнение диффузионного перенапряжения при постоянном миграционном
переносе. Влияние миграции тока в растворе бинарного электролита.
3. Теория реорганизации растворителя.
4. Факторы, влияющие на перенапряжение кислорода.
5 . Уравнение поляризационной кривой при малых перенапряжениях.
6. Кажущиеся коэффициенты переноса.
7. Стадии процесса электроосаждения металлов.
8. Задача: Для калибровки шкалы амперметра, имеющей 100 делений,
использовали
газовый
кулонометр,
включенный
последовательно
с
23
амперметром. Силу тока в цепи установили равной 50 делениям амперметра. За
100 с электролиза в кулонометре выделилось 9,47 см3 смеси газов (объем
замерен при 20 оС и 750 мм. рт. ст.). Чему равна цена деления амперметра?
9. Задача: При выделении хлора из раствора поваренной соли при 40 оС были
получены следующие данные:
Проверить, подчиняется ли поляризация электрода при выделении хлора
уравнению Тафеля; если подчиняется, найти коэффициенты в уравнении.
Принять, что парциальная упругость хлора равна 1 атм, активность ионов С11 г- ион/л.
ВАРИАНТ 8
1. Прохождение постоянного тока через электрохимическую систему. Выход
вещества по току.
2. Уравнение поляризационной кривой при замедленных диффузии и переносе
заряда.
3. Предельный диффузионный ток (iд). Факторы, влияющие на величину iд.
4. Определение вида перенапряжения в методе вращающегося дискового
электрода.
5. Энергия активации электродного процесса. Связь между истинной и
кажущейся энергией активации электродного процесса.
6. Константа скорости электродного процесса.
7. Влияние адсорбции на кинетику электроосаждения металлов.
8. Задача: Сплав меди с сурьмой, содержащий 47% Sb, анодно растворяли при
силе тока 0,02 А в течении 1 часа. Найти количество Сu и Sb, перешедшего в
раствор, если на аноде протекают только процессы ионизации меди и сурьмы, и
выход по току меди равен 53%.
9. Задача: Оценить потенциал железного катода площадью 100 см2, если при
электролизе 1,25 М раствора FeSO4 при 25 оС через ячейку проходит ток
24
5∙10-6А. Ток обмена (io) на железе в этом растворе равен 10-8 А/см2. Считать
возникшее перенапряжение электрохимическим, коэффициент переноса α = 0,5.
ВАРИАНТ 9
1. Стадии суммарного электродного процесса. Лимитирующая стадия.
Зависимость скорости электрохимического превращения от потенциала.
2. Связь поверхностной концентрации реагирующих частиц с предельным
диффузионным током.
3. Уравнение Тафеля. Константы «а» и «в», определение из поляризационных
измерений.
4. Влияние температуры на электролиз как кинетический метод исследования
природы электрохимических процессов.
5. Перенапряжение диффузии при протекании электрохимической реакции в
гальваностатическом режиме. Переходное время.
6. Определение порядков реакции.
7. Условия образования зародышей новой фазы. Работа образования
зародышей.
8. Задача: Сколько времени нужно пропускать ток 1,5 А, чтобы выделить из
раствора NaOH 1 л гремучего газа при 0 0С и давлении 750 мм. рт. ст.?
9. Задача: Кинетика электроосаждения меди в растворе 1 N CuSO4 + 1 N H2SO4
при малых плотностях тока описывается теорией замедленного разряда. По
данным таблицы определить коэффициенты «а» и «в» и кинетические
параметры α и io , если стационарный потенциал меди в этом растворе равен
0,334 В, а температура 250 С.
Ei,B
0,3
0,28
0,26
0,25
0,24
0,23
0,22
0,21
iK∙104, А/ см2
8,3
17,8
37,2
52,5
75,9
100
114,5
204,2
25
ВАРИАНТ 10
1. Перенапряжение. Виды перенапряжений.
2. Уравнение поляризационной кривой при замедленной стадии диффузии.
3. Безбарьерный и безактивационный процессы.
4. Перенапряжение при выделении кислорода.
5. Образование зародышей при формировании кристаллической фазы.
6. Полярографический метод анализа диффузионной кинетики.
7. Механизм действия ПАВ при электроосаждении металлов.
8. Задача: Рассчитать потенциалы полуволн (н.к.э.) ионов по данным таблицы.
ПредельИон
Фон
ный ток
t, 0C
потенциале
E, В
E, мкА
(н.к.э.)
120
10
-0,5590
28
7
0,0138
диффузии,
мкА
Cd2+
Сu2+
0,5М
H2S04
0,5М
H2SO4
25
25
.
Ток при Потенциал
9. Задача: Определить, как изменится величина предельного тока диффузии для
вращающегося дискового электрода при изменении скорости вращения от 16 до
1000 об/с.
26