2025年大學《資源化學》專業(yè)題庫——電化學動力學研究及應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題干后的括號內）1.在電化學體系中，電極反應的瞬時速率與過電勢的關系通常由哪個方程描述？(A)能斯特方程(B)法拉第定律(C)Tafel方程(D)歐姆定律2.當電化學極化存在時，實測的電極電勢與平衡電勢之差被稱為：(A)過電勢(B)電位差(C)內阻壓降(D)電化學勢3.下列哪種電化學技術主要用于研究電極表面的電子交換過程速率？(A)電化學阻抗譜(EIS)(B)線性掃描伏安法(LSV)(C)循環(huán)伏安法(CV)(D)計時電流法(TC)4.在電極過程動力學中，若電極反應的速率控制步驟為電化學步驟，則其交換電流密度的大小主要取決于：(A)電極與溶液的接觸面積(B)電極材料本身的性質(C)溶液中反應物/產物的濃度(D)電極表面的吸附情況5.在線性掃描伏安法(LSV)中，掃描電位方向由正到負時，若得到的是陰極電流隨電位負移而增加、陽極電流隨電位正移而增加的曲線，則該金屬電極在所測溶液中可能發(fā)生：(A)僅陽極溶解(B)僅陰極沉積(C)同時發(fā)生陽極溶解和陰極沉積(D)電極無反應6.電化學阻抗譜(EIS)中，當Nyquist圖表現(xiàn)為一條半圓弧時，通常指示電極過程存在：(A)液相傳質控制(B)電化學反應控制(C)恒定電阻與RC（或RQ）串聯(lián)的等效電路(D)恒定電容與RC（或RQ）串聯(lián)的等效電路7.在礦物浮選中，向礦漿中施加直流電場可能通過改變礦物表面的電化學性質來影響其浮選行為，這體現(xiàn)了電化學動力學在資源化學領域的應用之一。(請判斷此說法是否正確，正確填“正確”，錯誤填“錯誤”)8.對于一個電化學沉積過程，提高溶液中金屬離子的濃度通常會如何影響沉積速率？(A)必定加快沉積速率(B)必定減慢沉積速率(C)對沉積速率影響不大(D)影響程度取決于是否存在濃差極化9.電化學腐蝕通常指金屬在電化學作用下發(fā)生的破壞，其過程往往伴隨著一個或多個電極反應。(請判斷此說法是否正確，正確填“正確”，錯誤填“錯誤”)10.旋轉圓盤電極(RDE)技術的主要優(yōu)點之一是能夠通過旋轉電極來強化傳質過程，從而更方便地研究液相傳質對電極反應速率的影響。(請判斷此說法是否正確，正確填“正確”，錯誤填“錯誤”)二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在題干后的橫線上）1.電極反應的交換電流密度是衡量電極反應______的物理量。2.描述電極反應速率與過電勢關系的經驗方程是______方程。3.電化學極化分為______極化和______極化。4.電化學阻抗譜(EIS)是通過測量交流正弦信號的______和______，來研究電極過程動態(tài)特性的一種技術。5.在電化學動力學分析中，確定電極反應機理通常需要結合______、______等多種實驗方法。6.電化學沉積過程通常發(fā)生在______電位下，而金屬腐蝕則通常發(fā)生在______電位下。7.影響電化學反應速率的因素主要包括______、______和電極過程內在阻力。8.循環(huán)伏安法(CV)通過掃描______，同時記錄______和______的變化，可以獲取關于電極反應可逆性、反應步驟等信息。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述過電勢的組成及其物理意義。2.簡要說明電化學動力學研究電極過程控制步驟的常用方法。3.簡述電化學方法在資源元素回收（如電化學浸出或電化學沉積回收）中可能發(fā)揮的作用。四、計算題（共15分）已知某金屬的電化學沉積過程符合一級反應動力學，在特定電位下，測得初始電流密度j?=5.0mA/cm2。如果溶液中金屬離子濃度增加一倍，且假設傳質過程不再是控制步驟，測得此時的初始電流密度為8.0mA/cm2。請根據(jù)上述信息，估算該沉積反應的交換電流密度j?'。五、論述題（共30分）結合電極過程動力學的基本原理，論述電化學方法（如循環(huán)伏安法、電化學阻抗譜等）如何用于研究礦物浮選過程中的電化學行為？并說明理解這些電化學行為對于優(yōu)化浮選工藝參數(shù)（如pH、電解質種類與濃度、電場強度等）具有何種指導意義。試卷答案一、選擇題1.(C)2.(A)3.(C)4.(B)5.(C)6.(C)7.正確8.(A)9.正確10.正確二、填空題1.本質2.Tafel3.濃差；活化4.電壓；電流5.極化曲線；電化學阻抗譜6.正；負7.電極反應本性；傳質過程；電極過程內在阻力（如活化能）8.電位；電流；電壓（或電位）三、簡答題1.過電勢是指電極實際電勢與平衡電勢之差。它由活化過電勢和濃差過電勢（以及電阻過電勢，通常在較高電流密度下考慮）組成?；罨^電勢源于電極反應的活化能壘，濃差過電勢源于電極表面反應物或產物濃度與溶液本體濃度不同導致的傳質阻力。過電勢的存在是電極反應非平衡態(tài)的直接體現(xiàn)，決定了電極反應速率。2.研究電極過程控制步驟的常用方法包括：①極化曲線分析：通過測量不同電位下的電流密度，分析電流密度隨電位的變化規(guī)律（如Tafel斜率、塔菲爾方程、線性掃描伏安法曲線形狀等），推斷哪個步驟（活化、傳質）對總速率起主導作用。②電化學阻抗譜(EIS)分析：通過測量不同頻率下的阻抗，構建等效電路模型，分析阻抗譜圖的特征（如半圓直徑、直線斜率等），推斷電極過程的電荷轉移電阻、溶液電阻、擴散阻抗等組成，從而確定速率控制步驟。③改變實驗條件：通過改變溫度、攪拌速度、反應物濃度等，觀察對電極反應速率的影響，判斷哪個步驟最敏感。3.電化學方法在資源元素回收中作用顯著：①電化學浸出：利用陽極氧化作用，通過選擇合適的電解液和電位，將礦石或廢料中有價元素轉化為可溶性離子形態(tài)，實現(xiàn)資源提取，如濕法冶金中的閃速熔煉浸出、電解液浸出等。②電化學沉積：在陰極施加特定電位，使溶液中的目標金屬離子獲得電子，沉積為金屬固體，實現(xiàn)金屬回收與純化，如從電鍍廢水中回收貴金屬、從含重金屬廢水中沉積除雜等。③電化學精煉：利用電化學原理提高金屬純度，如銅的電解精煉。④電化學傳感與在線監(jiān)測：用于實時監(jiān)測浸出過程金屬離子濃度、環(huán)境pH等，反饋控制過程。四、計算題解：根據(jù)電化學動力學理論，對于一級反應動力學控制的電化學沉積過程，交換電流密度j?與溶液中反應物（金屬離子）濃度c的關系為：j?=j?'*c(假設j?'為標準濃度下的交換電流密度)。當溶液濃度變?yōu)?c時，新的初始電流密度j?與j?'的關系為：j?=j?'*(2c)=2*(j?'*c)=2*j?。已知j?=5.0mA/cm2，j?=8.0mA/cm2。根據(jù)上述關系式，應有j?=2*j?，即8.0=2*j?，這與j?=8.0mA/cm2的給定值矛盾。這意味著題目條件“溶液中金屬離子濃度增加一倍，且假設傳質過程不再是控制步驟，測得此時的初始電流密度為8.0mA/cm2”與一級反應動力學模型及j?=5.0mA/cm2的前提存在矛盾。如果必須估算，則需重新審視題目條件或假設。若忽略矛盾，強行使用j?=2*j?'關系，則j?'=j?/2=8.0mA/cm2/2=4.0mA/cm2。但嚴格來說，由于傳質可能不再是控制步驟，且j?/j?≠2，說明一級反應動力學模型在此條件下可能不適用，或者存在其他因素影響。若僅作形式計算，則估算j?'=4.0mA/cm2。然而，此計算結果受題目內在矛盾影響，需謹慎對待。五、論述題電化學方法研究礦物浮選電化學行為主要通過測量礦物/水界面處的電化學信號（如電位、電流）隨外加電位或時間的改變。循環(huán)伏安法(CV)可用于研究礦物表面在電位掃描下的氧化還原反應、吸附/脫附行為，從而判斷礦物表面電性質及其與浮選藥劑作用的關聯(lián)。例如，通過CV確定礦物的天然電位、浮選藥劑的吸附電位范圍、礦粒與捕收劑/抑制劑之間的電化學反應等。電化學阻抗譜(EIS)可用于研究礦物/水界面雙電層結構和電荷轉移過程的動態(tài)特性，評估礦物表面的電化學活性、浮選藥劑的吸附強度和反應機制（如表面絡合、靜電吸引等）、礦粒團聚或解離對浮選行為的影響。計時電流法(TC)可用于研究礦物顆粒碰撞、附著在氣泡表面的動力學過程，以及氣泡的生成和穩(wěn)定性。通過這些電化學測量，可以深入了解礦物表面電化學性質、浮選藥劑的作用機理、礦粒與氣泡相互作用等關鍵因素。這些信息對于指導浮