【正文】 /VQ/mAg1）。hi=15mAE/Vt/min060120240330600660700740Q//mAg103i=40mAE/Vt/min04590180240270310Q//mAg10 (2) 由上圖可見，放電電流的大小對(duì)電池容量有較大的影響。盡管在初終放電電壓相同條件下放電，但電池容量仍然隨放電電流的增加而減小，電池的使用壽命也隨著減小。 例如，某電池額定容量為20Ah的額定容量需要5h，即以5h率放電，放電倍率表示為“C/5”(或“’’)；，對(duì)于額定容量為20A根據(jù)放電倍率的大小，電池可以分成低倍率(＜)、中倍率(～)、高倍率(～7C)和超高倍率(＞7C)四類。這就解釋為什么相同初終放電電壓而不同放電電流下電池容量不盡一樣的原因。OCV/Vt/d03060120180240300解：(1)電池自放電的大小一般用單位時(shí)間內(nèi)電池容量減少的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。(2)引發(fā)該電池A放電的主要原因?yàn)椋轰\在與堿溶液接觸時(shí)的熱力學(xué)不穩(wěn)定性，導(dǎo)致鋅負(fù)極在堿性電解液中的溶解及水中的H+離子還原為氫氣而導(dǎo)致自放電。(2)試根據(jù)嵌入的鋰離子的量，計(jì)算電池的理論容量。解：(1) 成二次電池表達(dá)式為負(fù)極反應(yīng):: 正極反應(yīng): 電池充放電反應(yīng)為：(2) 設(shè) Akg1或＝ mAg1(3) 近年來(lái)鋰離子電池的研究工作重點(diǎn)在碳負(fù)極材料的研究上，且已經(jīng)取得了新的進(jìn)展。 與鋰離子電池負(fù)極的發(fā)展相比，正極材料的發(fā)展稍顯緩慢，主要停留在對(duì)含鋰金屬氧化物的研究上。14. 對(duì)于燃料電池：（）（Pt）,CH3OH | 1H2SO4 | O2(Pt)，(+)(1)試寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)，并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)電池電動(dòng)勢(shì)。(3)試敘述改進(jìn)該燃料電池性能的方法。=。=。1*()+2*()( )= 1*()+2*()( )= 理論轉(zhuǎn)換效率： %=%(3): 理論計(jì)算結(jié)果表明：％。cm2。cm2以上，同時(shí)還要使電池滿足性能高，存命長(zhǎng)和價(jià)格低三個(gè)條件。因此必須提高陽(yáng)極催化劑的活性，降低催化劑的用量，降低或消除催化劑的毒化。解：電池反應(yīng):查熱熱力學(xué)數(shù)據(jù): ,電動(dòng)勢(shì):理論容量:＝ Akg1（注意：）16．以敘述燃料電池的類型及特點(diǎn)。按照工作溫度，燃料電池可分為高、中、低溫型三類?，F(xiàn)在一般都依據(jù)電解質(zhì)類型來(lái)分類，可以分為五大類燃料電池，即，磷酸型燃料電池(phosphoric acid fuel cell PAFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(molten carbonate fuel cell ，MCFC)、固體氧化物燃料電池(solid oxide fuel cell,SOFC)和堿性燃料電池(alkaline fuel cell,AFC)質(zhì)子交換膜燃料電池(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC).燃料電池的第一個(gè)顯著特點(diǎn)是不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉(zhuǎn)換效率高。燃料電池的其他優(yōu)點(diǎn)是：低的環(huán)境污染和噪音污染，安全可靠性高；操作簡(jiǎn)單，靈活性大，建設(shè)周期短等。解：電池表示式為 （）Pb,PbSO4|H2SO4|PbO2，Pb（+）影響容量和循環(huán)壽命的主要原因有：(1)極板柵腐蝕：Pb電極在與PbO2和酸接觸的地方腐蝕以及Pb板柵的暴露部分充電時(shí)可能發(fā)生的陽(yáng)極氧化而導(dǎo)致的腐蝕。 (2)正極活性物質(zhì)的脫落：，這一般在充電開始和結(jié)束時(shí)發(fā)生。為了防止正極活性物質(zhì)的脫落，電極采用緊密裝配，并混入玻璃纖維，有時(shí)也在活性物質(zhì)中加入一些黏合劑。鉛的腐蝕速度隨溫度升高和硫酸濃度增大而增加。(4)極板柵硫酸化：表現(xiàn)為在電極上生成緊密的白色硫酸鹽外皮，此時(shí)電池不能再充電，原因是當(dāng)蓄電池保存在放電狀態(tài)時(shí)硫酸鹽再結(jié)晶，因此蓄電池不能以放電狀態(tài)貯存。20世紀(jì)80年代后期開發(fā)出的低維護(hù)和免維護(hù)電池進(jìn)一步增大了該電池的實(shí)用范圍。解：在堿性Ni/Cd電池中，采用負(fù)極容量過(guò)量，控制電解液的用量，使用高微密度的微孔隔膜（滲透性隔膜）；正極中添加氫氧化鎘，并加密封圈或金屬陶瓷封接等措施，研制成功了密封式堿性Ni/Cd電池。圓柱形電池的正極為多孔燒結(jié)鎳電極，采均浸漬熔融鎳鹽，再浸入堿溶液中沉淀氫氧化鎳的方法充填活性物質(zhì)。將連續(xù)加工成型的正、負(fù)極連同中間的隔膜一起盤旋卷繞。最后將負(fù)極焊接在殼上，正極焊接在頂蓋上進(jìn)行封裝。常見的化學(xué)電池的主要品種有如下類型：（1）原電池：可分為干電池（如鋅錳干電池、堿性鋅錳干電池、扣式銀鋅干電池）、濕電池（如空氣濕電池、韋斯頓標(biāo)準(zhǔn)電池）和固體電解質(zhì)電池（如鈉溴固體電解質(zhì)電池、鋰碘固體電解質(zhì)電池、AgR4NI3固體電解質(zhì)電池）。 （3）儲(chǔ)電池：有人工激活電池和自動(dòng)激活電池。？解答：電流、電壓、容量和比容量、電池能量和比能量、比功率、電池壽命、工作條件、能量效率、過(guò)充電行為、經(jīng)濟(jì)性等。電池容量對(duì)同一種電池不是定值，它隨放電速度、溫度、截止電壓變化而變化。實(shí)際電池容量取決于放電時(shí)活性物質(zhì)的消耗數(shù)量，容量也與放電條件有關(guān)。hL—1表示。4．化學(xué)電源的工作電勢(shì)為何一定小于它的電動(dòng)勢(shì)？在什么情況下化學(xué)電源的開路電壓等于它的電動(dòng)勢(shì)？解答：電池的電動(dòng)勢(shì)(electromotive force，E)又稱理論電壓，是指沒有電流流過(guò)外電路時(shí)電池正負(fù)兩極之間的電極電勢(shì)差，其大小是由電池反應(yīng)的Gibbs自由能變化來(lái)決定的。電池的開路電壓(open circuit voltage,OCV)是在無(wú)負(fù)荷情況下的電池電壓、只有可逆電池的開路電壓才等于電池電動(dòng)勢(shì)，而—般電池往往都是不可逆電池，所以—般電池開路電壓總小于電池的電動(dòng)勢(shì)。時(shí)(W電池的比能量(或能量密度)是指單位質(zhì)量或單位體積的電池所輸出的能量，分別以Wkg1和WL1表示。電池的比功率(或功率密度)是指單位質(zhì)量或單位體積的電池所輸出的功率．分別以WL1表示。使用壽命是指在一定條件下，電池工作到不能使用的工作時(shí)間。對(duì)于—次電池、燃料電池則不存在循環(huán)壽命。引發(fā)電池自放電的原因主要有以下幾點(diǎn)：(1)不期望的副反應(yīng)的發(fā)生，如在鉛酸電池的正極上發(fā)生了以下反應(yīng)：(2)電池內(nèi)部變化而導(dǎo)致的接觸問(wèn)題，(3)活性物質(zhì)的再結(jié)晶，(4)電池的負(fù)極大多使用的是活潑金屬，可能發(fā)生陽(yáng)極溶解，(5)無(wú)外接負(fù)載時(shí)電池在電解質(zhì)橋上的放電等。二次電池使用后，可以用反向電流充電，使活性物再生，恢復(fù)到放電前狀態(tài)，因此，它可反復(fù)使用。第四章 習(xí)題解答19試敘述影響電鍍層質(zhì)量的因素。（1）鍍液的性能可以影響鍍層的質(zhì)量，而鍍液配制千差萬(wàn)別，但一般都是由主鹽、導(dǎo)電鹽(又稱為支持電解質(zhì))、絡(luò)合劑和一些添加劑等組成。導(dǎo)電鹽(支持電解質(zhì))的作用是增加電鍍液的導(dǎo)電能力，調(diào)節(jié)溶液的pH值，這樣不僅可降低槽壓、提高鍍液的分散能力，更重要的是某些導(dǎo)電鹽的添加有功于改善鍍液的物理化學(xué)性能和陽(yáng)極性能。添加劑對(duì)鍍層的影響體現(xiàn)在添加劑能吸附于電極表面，可改變電極溶液界面雙電層的結(jié)構(gòu)，達(dá)到提高陰極還原過(guò)程超電勢(shì)、改變Tafel曲線斜率等目的。此外，溶劑對(duì)鍍層質(zhì)量也應(yīng)有一定影響。（2）電鍍工藝條件的影響：電流密度對(duì)鍍層的影響主要體現(xiàn)在：電流密度大，鍍同樣厚度的鍍層所需時(shí)間短，可提高生產(chǎn)效率，同時(shí)，電流密度大，形成的晶核數(shù)增加，鍍層結(jié)晶細(xì)而緊密，從而增加鍍層的硬度、內(nèi)應(yīng)力和脆性，但電流密度太大會(huì)出現(xiàn)枝狀晶體和針孔等。 電解液溫度對(duì)鍍層的影響體現(xiàn)在：提高鍍液溫度有利于生成較大的晶粒，因而鍍層的硬度、內(nèi)應(yīng)力和脆性以及抗拉強(qiáng)度降低。電解液的攪拌有利于減少濃差極化，利于得到致密的鍍層，減少氫脆。（3）陽(yáng)極電鍍時(shí)陽(yáng)極對(duì)鍍層質(zhì)量亦有影響。如果某些陽(yáng)極(如Cr)能發(fā)生劇烈鈍化，則可用惰性陽(yáng)極。解：電鍍生產(chǎn)中利用具有表面活性的添加利來(lái)控制和調(diào)節(jié)金屬電沉積過(guò)程，以達(dá)到改善鍍液的分散能力，獲得結(jié)晶細(xì)致、緊密的鍍層；改善微觀電流分布，以得到平整和光亮的鍍層表面；以及對(duì)鍍層物理性能的影響等。整平劑作用機(jī)理可以表述為：(1)在整個(gè)基底表面上，金屬電沉積過(guò)程是受電化學(xué)活化控制(即電子傳遞步驟是速度控制步驟)的；(2)整平劑能在基底電極表面發(fā)生吸附，并對(duì)電沉積過(guò)程起阻化作用；(3)在整平過(guò)程中，吸附在表面上的整平劑分子是不斷消耗的，即整平劑在表面的覆蓋度不是處于平衡狀態(tài)，整平劑在基底上的吸附過(guò)程受其本身從本體溶液向電極表面擴(kuò)散步驟控制。由于微觀表面上微峰和微谷的存在，整平劑在電沉積過(guò)程中向“微峰”擴(kuò)散的流量要大于向“微谷”擴(kuò)散的流量，所以“微峰”處獲得的整平劑的量要較“微谷”處的多，同時(shí)由于還原反應(yīng)不能發(fā)生在整平劑分子所覆蓋的位置上，于是，“微峰”處受到的阻化作用要較“微谷”處的大，使得金屬在電極表面“微峰”處電沉積的速度要小于“微谷”處的速度，最終導(dǎo)致表面的“微峰”和“微谷”達(dá)到平整。第一種機(jī)理假設(shè)光亮劑在鍍件表面上形成了幾乎完整的吸附單層，吸附層上存在連續(xù)形成與消失的微孔，而金屬只在微孔處進(jìn)行沉積。與此同時(shí)，借助幾何平整作用，原先存在的小晶面逐漸被消除，最終得到光亮的鍍層。21．試敘述電鍍生產(chǎn)的主要工藝對(duì)鍍層質(zhì)量的影響。 鍍前處理：是獲得良好鍍層的前提。機(jī)械加工是指用機(jī)械的方法，除去鍍件表面的毛刺、氧化物層和其他機(jī)械雜質(zhì)，使鍍件表面光潔平整，這樣可使鍍層與整體結(jié)合良好，防止毛刺的發(fā)生。除機(jī)械加工拋光外，還可用電解拋光使鍍件表面光潔平整。酸洗的目的是為了除去鍍件表面氧化層或其他腐蝕物。需要說(shuō)明的是在鍍前處理的各步驟中，由一道工序轉(zhuǎn)入另一道工序均需經(jīng)過(guò)水洗步驟。在進(jìn)行電鍍時(shí)還必須注意電鍍液的配方，電流密度的選擇以及溫度、pH等的調(diào)節(jié)。鍍后處理：鍍件經(jīng)電鍍后表面常吸附著鍍液，若不經(jīng)處理可能腐蝕鍍層。視鍍層使用的目的，鍍層可能還需要進(jìn)行一些特殊的鍍后處理。22．寫出酸性光亮鍍銅、鍍亮鎳和鍍鉻的電極反應(yīng)，并簡(jiǎn)要說(shuō)明鍍液中各成分的作用。（2）鍍亮鎳的陰極反應(yīng)（1）（2）鍍亮鎳的陽(yáng)極反應(yīng)主要是： （3）鎳陽(yáng)極具有較高的鈍化能力，若陽(yáng)極極化較大，則可能導(dǎo)致析出氧氣或氯氣：或（4）硫酸鎳是主鹽，產(chǎn)生Ni2+離子；而氯化鎳也是主鹽，但分散能力比硫酸鎳好，同時(shí)氯離子也具有活化陽(yáng)極的作用；硼酸作為緩沖劑，并能改善鎳層和基底金屬的結(jié)合力（注意：pH=23時(shí)易析出氫氣；糖精是初級(jí)光亮劑，可顯著降低晶粒尺寸，使鍍層光亮，同時(shí)使鎳層延展性好；1，4丁炔二醇是次級(jí)光亮劑，具有增光和整平作用；香豆素次級(jí)光亮劑，具有增光和整平作用，且整平作用比1，4丁炔二醇更顯著；十二烷基磺酸鈉是潤(rùn)濕劑，可削弱電鍍液接觸張力，加速氫氣泡從鍍層表面釋放，防止針孔和麻點(diǎn)產(chǎn)生。（3）鍍鉻的電極反應(yīng)陰極反應(yīng)為：CrO42+8H++6e→Cr+4H2O（1）陽(yáng)極反應(yīng)為：Cr3+→Cr6++3e和析氧反應(yīng)。L1，H2SO4濃度為2～硫酸濃度高時(shí)，光殼度和致密性好，但電流效率和分散能力下降；硫酸濃度低時(shí)，分散能力提高，但光澤度顯著下降。硫酸加入過(guò)量時(shí)常通過(guò)BaCO3中和，鍍鉻液中鉻酐是以鉻酸和重鉻酸形式存在，轉(zhuǎn)化關(guān)系為：23．試說(shuō)明陽(yáng)極和陰極電泳涂裝的主要原理和涂泳涂裝的優(yōu)點(diǎn)。陽(yáng)極電泳涂裝的陰離子樹脂主要為丙烯酸系列。陰極電泳涂裝的陽(yáng)離子樹脂電泳漆主要為環(huán)氧樹脂系列和異氰酸脂的混合物。電泳涂裝以水為溶劑，價(jià)廉易得；有機(jī)溶劑含量少，減少了環(huán)境污染和火災(zāi)；得到的漆膜質(zhì)量好且厚度易控制．沒有厚邊、流掛等弊病，同時(shí)涂料利用率高，易于自動(dòng)化生產(chǎn)，正是由于這些優(yōu)點(diǎn)，電泳涂裝已廣泛應(yīng)用于汽車、自行車、電風(fēng)扇等金屬表面的精飾。試計(jì)算：(1) Cu2+的濃度應(yīng)低于多少？(2)陰極電位應(yīng)控制在什么范圍內(nèi)？(3)什么情況下Cu與Ag同時(shí)析出?解：(1)設(shè)銀與銅在石墨電極析出的超電位為零，要求回收99％的銀,也就是要使溶液中的AgNO3濃度下降到為108，于是＝(2) 廢液中AgNO3濃度為106，開始析出的電位為＝所以。25．以惰性電極電解SnCl2的水溶液進(jìn)行陰極鍍Sn，陽(yáng)極中產(chǎn)生O2，已知：，＝，陽(yáng)極上＝，已加：＝；＝，（1）試寫出電極反應(yīng)，并計(jì)算實(shí)際分解電壓，(2)若＝，試問(wèn)要使降低到何值時(shí)才開始析出氫?解：（1）陽(yáng)極反應(yīng)：陰極反應(yīng)：＝ V ＝ V 實(shí)際分解電壓＝+＝+（）＝(2) 解得：26