高等學(xué)校教材：電化學(xué)基礎(chǔ)教程

第1章緒論

1.1電化學(xué)簡(jiǎn)介1

1.2電化學(xué)的歷史2

1.3電化學(xué)研究領(lǐng)域的發(fā)展3

1.4本書結(jié)構(gòu)與學(xué)習(xí)方法4

復(fù)習(xí)題5

第2章導(dǎo)體和電化學(xué)體系6

2.1電學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)6

2.1.1電場(chǎng)與電勢(shì)6

2.1.2導(dǎo)體及其在電場(chǎng)中的性質(zhì)7

2.2電子導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理8

2.3離子導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理9

2.3.1電解質(zhì)溶液9

2.3.2熔融電解質(zhì)和離子液體9

2.3.3無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)10

2.3.4聚合物電解質(zhì)11

2.4電化學(xué)體系11

2.4.1兩類電化學(xué)裝置11

2.4.2從電子導(dǎo)電到離子導(dǎo)電的轉(zhuǎn)換13

2.5法拉第定律14

復(fù)習(xí)題15

第3章電解質(zhì)深液16

3.1離子水化16

3.1.1電解質(zhì)的分類16

3.1.2水的結(jié)構(gòu)與水化焓16

3.1.3離子的水化膜18

3.1.4固/液界面的水化膜19

3.2電解質(zhì)溶液的活度20

3.2.1活度的概念20

3.2.2離子的平均活度21

3.2.3離子強(qiáng)度定律21

3.3電遷移22

3.3.1電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率23

3.3.2離子的淌度24

3.3.3離子遷移數(shù)27

3.3.4水溶液中質(zhì)子的導(dǎo)電機(jī)制28

3.4擴(kuò)散29

3.4.1Fick第一定律29

3.4.2Fick第二定律31

3.4.3擴(kuò)散系數(shù)32

3.5離子氛理論33

3.5.1離子氛的概念33

3.5.2松弛效應(yīng)與電泳效應(yīng)34

3.5.3盎薩格（Onsager）極限公式35

3.5.4交流電場(chǎng)和強(qiáng)電場(chǎng)對(duì)電解質(zhì)電導(dǎo)的影響35

復(fù)習(xí)題36

第4章電化學(xué)熱力學(xué)37

4.1相間電勢(shì)與可逆電池37

4.1.1內(nèi)電勢(shì)與外電勢(shì)37

4.1.2界面電勢(shì)差38

4.1.3電化學(xué)勢(shì)與費(fèi)米能級(jí)39

4.1.4可逆電池40

4.2電極電勢(shì)41

4.2.1氫標(biāo)電極電勢(shì)與Nernst方程41

4.2.2氫標(biāo)電極電勢(shì)在計(jì)算中的應(yīng)用43

4.2.3可逆電極44

4.3液體接界電勢(shì)45

4.4離子選擇性電極47

4.4.1膜電勢(shì)47

4.4.2玻璃電極48

4.4.3其他類型的離子選擇性電極49

復(fù)習(xí)題50

第5章雙電層52

5.1雙電層簡(jiǎn)介52

5.1.1雙電層的形成52

5.1.2離子雙層的形成條件53

5.1.3理想極化電極與理想不極化電極54

5.2雙電層結(jié)構(gòu)的研究方法55

5.2.1電毛細(xì)曲線55

5.2.2微分電容曲線57

5.2.3零電荷電勢(shì)59

5.2.4離子表面剩余量60

5.3雙電層結(jié)構(gòu)模型的發(fā)展61

5.3.1Helmholtz模型與Gouy.Chapman模型61

5.3.2Gouy.Chapman.Stern模型62

5.3.3Grahame模型與特性吸附68

5.3.4Bockris模型與溶劑層的影響71

5.4有機(jī)活性物質(zhì)在電極表面的吸附72

5.4.1有機(jī)物的可逆吸附73

5.4.2有機(jī)物的不可逆吸附76

復(fù)習(xí)題76

第6章電化學(xué)動(dòng)力學(xué)概論78

6.1電極的極化78

6.1.1極化與過(guò)電勢(shì)78

6.1.2極化曲線與三電極體系78

6.1.3穩(wěn)態(tài)極化曲線的測(cè)量80

6.2不可逆電化學(xué)裝置82

6.3電極過(guò)程與電極反應(yīng)83

6.3.1電極過(guò)程歷程分析83

6.3.2電極反應(yīng)的特點(diǎn)與種類85

6.4電極過(guò)程的速率控制步驟85

6.4.1速率控制步驟85

6.4.2常見(jiàn)極化類型87

6.4.3電極過(guò)程的特征及研究方法88

復(fù)習(xí)題89

第7章電化學(xué)極化90

7.1電化學(xué)動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)90

7.1.1化學(xué)動(dòng)力學(xué)回顧90

7.1.2電子轉(zhuǎn)移的動(dòng)態(tài)平衡與極化本質(zhì)92

7.1.3電子轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)理論發(fā)展簡(jiǎn)介94

7.2電極動(dòng)力學(xué)的Butler.Volmer模型95

7.2.1單電子反應(yīng)的Butler.Volmer公式95

7.2.2傳遞系數(shù)98

7.2.3標(biāo)準(zhǔn)速率常數(shù)99

7.2.4交換電流密度100

7.3單電子反應(yīng)的電化學(xué)極化101

7.3.1電化學(xué)極化下的Butler.Volmer公式101

7.3.2Tafel公式102

7.3.3線性極化公式103

7.4多電子反應(yīng)的電極動(dòng)力學(xué)104

7.4.1多電子反應(yīng)的Butler.Volmer公式105

7.4.2多電子反應(yīng)的電化學(xué)極化107

7.5電極反應(yīng)機(jī)理的研究108

7.5.1利用電化學(xué)極化曲線測(cè)量動(dòng)力學(xué)參數(shù)108

7.5.2電極反應(yīng)的級(jí)數(shù)109

7.5.3平衡態(tài)近似與電極反應(yīng)歷程分析110

7.6分散層對(duì)電極反應(yīng)速率的影響――ψ1效應(yīng)112

7.6.1分散層電勢(shì)差對(duì)電極動(dòng)力學(xué)的影響112

7.6.2考慮了ψ1電勢(shì)的動(dòng)力學(xué)公式113

7.6.3過(guò)硫酸根離子還原極化曲線分析113

7.7平衡電勢(shì)與穩(wěn)定電勢(shì)115

7.7.1穩(wěn)定電勢(shì)115

7.7.2如何建立平衡電勢(shì)116

復(fù)習(xí)題117

第8章濃度極化119

8.1液相傳質(zhì)119

8.1.1液相傳質(zhì)方式119

8.1.2液相傳質(zhì)流量120

8.1.3支持電解質(zhì)121

8.2擴(kuò)散與擴(kuò)散層122

8.2.1穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散與非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散122

8.2.2擴(kuò)散層123

8.3穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)規(guī)律123

8.3.1理想穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散124

8.3.2穩(wěn)態(tài)對(duì)流擴(kuò)散125

8.4可逆電極反應(yīng)的穩(wěn)態(tài)濃度極化129

8.4.1產(chǎn)物不溶130

8.4.2產(chǎn)物可溶，且產(chǎn)物初始濃度為零131

8.4.3產(chǎn)物可溶，且產(chǎn)物初始濃度不為零132

8.4.4電化學(xué)極化和濃度極化特點(diǎn)比較134

8.5電化學(xué)極化與濃度極化共存時(shí)的穩(wěn)態(tài)動(dòng)力學(xué)規(guī)律134

8.6流體動(dòng)力學(xué)方法簡(jiǎn)介137

8.6.1旋轉(zhuǎn)圓盤電極137

8.6.2旋轉(zhuǎn)環(huán)盤電極140

8.7電遷移對(duì)擴(kuò)散層中液相傳質(zhì)的影響141

8.8表面轉(zhuǎn)化步驟對(duì)電極過(guò)程的影響143

8.8.1表面轉(zhuǎn)化步驟控制時(shí)的動(dòng)力學(xué)公式143

8.8.2均相表面轉(zhuǎn)化與液相傳質(zhì)共同控制時(shí)的動(dòng)力學(xué)公式144

復(fù)習(xí)題146

第9章基本暫態(tài)測(cè)量方法與極譜法147

9.1電勢(shì)階躍法147

9.1.1平面電極的大幅度電勢(shì)階躍148

9.1.2時(shí)間常數(shù)152

9.1.3微觀面積與表觀面積155

9.1.4球形電極的半無(wú)限擴(kuò)散156

9.1.5微電極158

9.1.6準(zhǔn)可逆和不可逆電極反應(yīng)的電勢(shì)階躍160

9.2電流階躍法162

9.2.1電流階躍下的粒子濃度分布函數(shù)163

9.2.2可逆電極反應(yīng)的電勢(shì)—時(shí)間曲線165

9.2.3不可逆電極反應(yīng)的電勢(shì)—時(shí)間曲線166

9.2.4電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)測(cè)量方法小結(jié)167

9.3滴汞電極與極譜法168

9.3.1滴汞電極168

9.3.2擴(kuò)散極譜電流169

9.3.3極譜波171

復(fù)習(xí)題173

第10章實(shí)際電極過(guò)程175

10.1電催化概述175

10.2氫電極過(guò)程176

10.2.1氫在電極上的吸附177

10.2.2氫的陰極還原178

10.2.3氫的陽(yáng)極氧化181

10.3氧電極過(guò)程183

10.3.1氧的陰極還原機(jī)理184

10.3.2氧在電極上的吸附185

10.3.3氧陰極還原的電催化劑187

10.3.4氧的陽(yáng)極氧化機(jī)理188

10.4金屬陰極過(guò)程188

10.4.1金屬陰極過(guò)程基本特點(diǎn)189

10.4.2簡(jiǎn)單金屬離子的陰極還原190

10.4.3金屬配離子的陰極還原191

10.4.4電結(jié)晶192

10.4.5電解法制備金屬粉末194

10.4.6電鑄194

10.5金屬陽(yáng)極過(guò)程195

10.5.1正常的金屬陽(yáng)極溶解過(guò)程195

10.5.2金屬的鈍化196

10.5.3金屬的自溶解197

10.5.4金屬腐蝕與防護(hù)200

10.5.5金屬電解加工與拋光202

10.5.6電池中鋅電極的陽(yáng)極過(guò)程203

10.5.7鋁合金的陽(yáng)極氧化204

復(fù)習(xí)題206

附錄標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)表（298.15K，101.325kPa）

參考文獻(xiàn)

符號(hào)表

電化學(xué)是一門古老的學(xué)科，但近年來(lái)發(fā)展非常迅速，不但在其傳統(tǒng)的研究領(lǐng)域如化學(xué)電源、電鍍、電解、腐蝕防護(hù)及電分析化學(xué)等領(lǐng)域快速發(fā)展，而且不斷地與其他學(xué)科如生物、環(huán)境、能源、冶金、材料等形成交叉孥科，掌握一定的電化學(xué)知識(shí)已經(jīng)成為許多領(lǐng)域研究者的基本技能。高鵬和朱永明編著的《電化學(xué)基礎(chǔ)教程（高等學(xué)校教材）》，的出發(fā)點(diǎn)就是全面系統(tǒng)地介紹電化學(xué)的基本原理、方法及應(yīng)用，既能作為電化學(xué)專業(yè)學(xué)生的教科書，也能作為電化學(xué)相關(guān)領(lǐng)域研究者的參考書。

本書系統(tǒng)介紹了電化學(xué)的基本原理、方法及應(yīng)用，注重物理化學(xué)與電化學(xué)的知識(shí)體系銜接，重視基本概念的闡述，內(nèi)容新穎、難易適中。全書分為四個(gè)部分，第一部分介紹電化學(xué)體系的組成以及導(dǎo)體和電解質(zhì)溶液的性質(zhì)（第1～3章）；第二部分介紹電化學(xué)熱力學(xué)原理以及電極/溶液界面雙電層的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和研究方法（第4、5章）；第三部分介紹電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)基本原理及研究方法（第6～9章）；第四部分介紹化學(xué)電源、電鍍、電解、腐蝕防護(hù)等領(lǐng)域一些實(shí)際電極過(guò)程的基本原理（第10章）。本書主要供高等院校應(yīng)用化學(xué)、物理化學(xué)及相關(guān)專業(yè)作為電化學(xué)原理教材使用，也可供化學(xué)電源、表面處理、工業(yè)電解、腐蝕防護(hù)、電分析化學(xué)、材料電化學(xué)等領(lǐng)域的教學(xué)、科研、技術(shù)人員參考。

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