電化學原理

前言

本書原版是根據(jù)航空工業(yè)高等院校教材會議制訂的腐蝕與防護專業(yè)電化學課教學大綱，結合北京航空航天大學腐蝕與防護專業(yè)多年來電化學課程的教學實踐所編寫的，于1989年出版，以作為該專業(yè)的教材。為了適應按材料科學與工程一級學科培養(yǎng)大學本科生的需要，以及電化學學科和材料學科發(fā)展的需要，在修訂版（1999年）中刪減了部分應用很少的基礎理論知識及數(shù)學推導，增加了金屬陽極過程、金屬電沉積過程和化學電源等方面的簡要介紹。本次修訂，本著相同的原則、并根據(jù)近年來按材料科學與工程一級學科培養(yǎng)研究生和本科生的教學經(jīng)驗，除對原章節(jié)作簡單修訂外，還增補了半導體電化學與光電化學基礎、燃料電池等內(nèi)容。本書重點介紹電化學的基本概念、基本規(guī)律和基本理論，側重于物理概念的敘述，盡可能減少繁瑣的數(shù)學推導，并力求由淺入深，深廣適度。每章后附有思考題與習題，以利于學生自學和復習時參考。全書的計劃學時為50～60學時。學習本課程前，學生應已學完物理化學、金屬學原理、電工與電子學等課程。由于學完本課程后，可進一步選修電化學測試技術、金屬腐蝕與防護、化學電源等各類專業(yè)課程，所以本書只涉及電化學的基本理論問題，不包括電化學測試技術和電化學在工程中的具體應用。本書基本上采用國際單位制(SI)的基本單位及其導出單位，同時也使用一些可與SI制單位并用的我國法定計量單位，如升(L)、轉每秒(r/s)等。在本書的前兩版中，原版的液相傳質步驟動力學和氣體電極兩章由劉寶俊編寫，修訂版增加的化學電源部分由敖建平編寫，其他章節(jié)由李荻編寫。本次再版中，第10章由刁鵬、李荻編寫，第12章由刁鵬編寫，第1章由刁鵬修訂，其余章節(jié)的修訂與全書的統(tǒng)編由李荻負責。在編寫過程中，曾援用了部分參考書(見參考文獻目錄)中的一些圖表數(shù)據(jù)，特向有關作者致謝。本書承蒙張琦教授審閱，提出了寶貴意見，特此表示衷心感謝。由于編者水平所限，書中缺點和錯誤在所難免，歡迎讀者批評指正。

內(nèi)容概要

　　本書主要介紹水溶液電化學的基本原理。全書包括電化學熱力學、電極與溶液界面的結構和性質、電極過程動力學和重要的實用電化學過程等四大部分內(nèi)容；基本原理部分重點敘述較成熟的基礎理論，實用部分包含了氣體電極、金屬陽極過程、金屬電沉積過程、半導體電化學與光電化學、化學電源等方面的基礎知識?！　”緯勺鳛楦叩仍盒２牧峡茖W與工程、電化學工程類專業(yè)的教學用書，也可供從事材料物理與化學、電化學、腐蝕與防護、電鍍、電解、化學電源和電分析化學等工作的科學技術人員參考。

書籍目錄

第1章 緒論1.1 電化學科學的研究對象1.2 電化學科學在實際生活中的應用1.2.1 電化學工業(yè)1.2.2 化學電源1.2.3 金屬的腐蝕與防護1.3 電化學科學的發(fā)展簡史和發(fā)展趨勢1.3.1 電化學科學的發(fā)展簡史1.3.2 電化學的發(fā)展趨勢1.4 電解質溶液的電導1.4.1 電解質溶液的電導1.4.2 離子淌度1.4.3 離子遷移數(shù)1.5 電解質溶液的活度與活度系數(shù)1.5.1 復習有關活度的基本概念1.5.2 離子活度和電解質活度1.5.3 離子強度定律思考題例題習題第2章 電化學熱力學2.1 相間電位和電極電位2.1.1 相間電位2.1.2 金屬接觸電位2.1.3 電極電位2.1.4 絕對電位和相對電位2.1.5 液體接界電位2.2 電化學體系2.2.1 原電池(自發(fā)電池)2.2.2 電解池2.2.3 腐蝕電池2.2.4 濃差電池2.3 平衡電極電位2.3.1 電極的可逆性2.3.2 可逆電極的電位2.3.3 電極電位的測量2.3.4 可逆電極類型2.3.5 標準電極電位和標準電化序2.4 不可逆電極2.4.1 不可逆電極及其電位2.4.2 不可逆電極類型2.4.3 可逆電位與不可逆電極電位的判別2.4.4 影響電極電位的因素2.5 電位pH圖2.5.1 化學反應和電極反應的平衡條件2.5.2 水的電化學平衡圖2.5.3 金屬的電化學平衡圖2.5.4 電位pH圖的局限性思考題例題習題第3章 電極/溶液界面的結構與性質3.1 概 述3.1.1 研究電極/溶液界面性質的意義3.1.2 理想極化電極3.2 電毛細現(xiàn)象3.2.1 電毛細曲線及其測定3.2.2 電毛線曲線的微分方程3.2.3 離子表面剩余量3.3 雙電層的微分電容3.3.1 雙電層的電容3.3.2 微分電容的測量3.3.3 微分電容曲線3.4 雙電層的結構3.4.1 電極/溶液界面的基本結構3.4.2 斯特恩(Stern)模型3.4.3 緊密層的結構3.5 零電荷電位3.6 電極/溶液界面的吸附現(xiàn)象3.6.1 無機離子的吸附3.6.2 有機物的吸附3.6.3 氫原子和氧的吸附思考題例題習題第4章 電極過程概述4.1 電極的極化現(xiàn)象4.1.1 什么是電極的極化4.1.2 電極極化的原因4.1.3 極化曲線4.1.4 極化曲線的測量4.2 原電池和電解池的極化圖139 4.3 電極過程的基本歷程和速度控制步驟4.3.1 電極過程的基本歷程4.3.2 電極過程的速度控制步驟4.3.3 準平衡態(tài)4.4 電極過程的特征思考題例題習題第5章 液相傳質步驟動力學5.1 液相傳質的三種方式5.1.1 液相傳質的三種方式5.1.2 液相傳質三種方式的相對比較5.1.3 液相傳質三種方式的相互影響5.2 穩(wěn)態(tài)擴散過程5.2.1 理想條件下的穩(wěn)態(tài)擴散5.2.2 真實條件下的穩(wěn)態(tài)擴散過程5.2.3 旋轉圓盤電極5.2.4 電遷移對穩(wěn)態(tài)擴散過程的影響5.3 濃差極化的規(guī)律和濃差極化的判別方法5.3.1 濃差極化的規(guī)律5.3.2 濃差極化的判別方法5.4 非穩(wěn)態(tài)擴散過程5.4.1 菲克第二定律5.4.2 平面電極上的非穩(wěn)態(tài)擴散5.4.3 球形電極上的非穩(wěn)態(tài)擴散5.5 滴汞電極的擴散電流5.5.1 滴汞電極及其基本性質5.5.2 滴汞電極的擴散極譜電流——依科維奇(Ilkovic)公式5.5.3 極譜波思考題例題習題第6章 電子轉移步驟動力學6.1 電極電位對電子轉移步驟反應速度的影響6.1.1 電極電位對電子轉移步驟活化能的影響6.1.2 電極電位對電子轉移步驟反應速度的影響6.2 電子轉移步驟的基本動力學參數(shù)6.2.1 交換電流密度j6.2.2 交換電流密度與電極反應的動力學特性6.2.3 電極反應速度常數(shù)K6.3 穩(wěn)態(tài)電化學極化規(guī)律6.3.1 電化學極化的基本實驗事實6.3.2 巴特勒伏爾摩(ButlerVolmer)方程6.3.3 高過電位下的電化學極化規(guī)律6.3.4 低過電位下的電化學極化規(guī)律6.3.5 穩(wěn)態(tài)極化曲線法測量基本動力學參數(shù)6.4 多電子的電極反應6.4.1 多電子電極反應6.4.2 多電子轉移步驟的動力學規(guī)律6.5 雙電層結構對電化學反應速度的影響（ψ1效應）6.6 電化學極化與濃差極化共存時的動力學規(guī)律6.6.1 混合控制時的動力學規(guī)律6.6.2 電化學極化規(guī)律和濃差極化規(guī)律的比較6.7 電子轉移步驟量子理論簡介6.7.1 電子躍遷的隧道效應6.7.2 弗蘭克康東(FrankCondon)原理6.7.3 金屬和溶液中電子能級的分布6.7.4 電極/溶液界面的電子躍遷6.7.5 平衡電位下和電極極化時的電子躍遷思考題例題習題第7章 氣體電極過程7.1 研究氫電極過程的重要意義7.1.1 氫電極7.1.2 研究氫電極過程的意義7.2 氫電極的陰極過程7.2.1 氫離子在陰極上的還原過程7.2.2 析氫過電位及其影響因素7.2.3 析氫反應過程的機理7.3 氫電極的陽極過程7.4 研 究氧電極過程的意義和存在的困難7.4.1 研究氧電極過程的意義7.4.2 研究氧電極過程的困難7.5 氧的陽極析出反應7.5.1 氧的析出過程7.5.2 氧過電位7.5.3 氧電極陽極過程的可能機理7.6 氧的陰極還原過程7.6.1 氧陰極還原反應的基本歷程7.6.2 氧在汞表面上陰極還原的反應歷程思考題習題第8章 金屬的陽極過程8.1 金屬陽極過程的特點8.2 金屬的鈍化8.2.1 金屬鈍化的原因8.2.2 成相膜理論8.2.3 吸附理論8.3 影響金屬陽極過程的主要因素8.3.1 金屬本性的影響8.3.2 溶液組成的影響8.4 鈍態(tài)金屬的活化思考題習題第9章 金屬的電沉積過程9.1 金屬電沉積的基本歷程和特點9.1.1 金屬電沉積的基本歷程9.1.2 金屬電沉積過程的特點9.2 金屬的陰極還原過程9.2.1 金屬離子從水溶液中陰極還原的可能性9.2.2 簡單金屬離子的陰極還原9.2.3 金屬絡離子的陰極還原9.3 金屬電結晶過程9.3.1 鹽溶液中的結晶過程9.3.2 電結晶形核過程9.3.3 在已有晶面上的延續(xù)生長思考題 習題第10章 半導體電化學與光電化學基礎10.1 半導體的基本性質10.1.1 半導體的能帶結構簡介10.1.2 半導體中的狀態(tài)密度與載流子的分布10.2 半導體/溶液界面的結構與性質10.2.1 半導體/溶液界面的基本圖像10.2.2 空間電荷層的不同表現(xiàn)形式10.2.3 半導體/溶液界面的電位分布10.3 半導體/溶液界面上的電荷傳遞10.3.1 平衡電位下的電荷傳遞10.3.2 非平衡條件下（極化時）的電荷傳遞10.4 半導體/溶液界面上的光電化學10.4.1 半導體/溶液界面的光電效應10.4.2 光電化學電池思考題 第11章 化學電源11.1 化學電池的基本性能11.1.1 電池電動勢11.1.2 充、放電過程中的電極極化及端電壓隨時間的變化11.1.3 容量11.1.4 自放電11.1.5 電池的效率11.2 電池反應動力學11.2.1 伴有離子和電子傳遞的固相反應11.2.2 反應生成物參與的固、液相反應11.2.3 反應生成物溶解、再析出反應11.3 一次電池11.3.1 錳干電池11.3.2 堿錳電池11.4 二次電池339 11.4.1 鉛酸蓄電池11.4.2 堿性蓄電池11.4.3 鎳金屬氫化物電池思考題 第12章 燃料電池12.1 燃料電池的基本概念、基本原理和分類12.1.1 燃料電池的概念、特點及其發(fā)展史12.1.2 燃料電池的基本原理12.1.3 燃料電池的分類方法12.2 燃料電池的效率及其影響因素12.2.1 燃料電池的效率12.2.2 影響燃料電池實際效率的因素12.3 堿性燃料電池12.3.1 堿性燃料電池的工作原理12.3.2 堿性燃料電池的關鍵部件12.4 磷酸燃料電池12.4.1 磷酸燃料電池的工作原理12.4.2 磷酸燃料電池的關鍵部件12.5 質子交換膜燃料電池12.5.1 質子交換膜燃料電池的工作原理12.5.2 質子交換膜燃料電池的關鍵部件12.6 熔融碳酸鹽燃料電池12.6.1 熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理12.6.2 熔融碳酸鹽燃料電池的關鍵部件12.7 固體氧化物燃料電池12.7.1 固體氧化物燃料電池的工作原理12.7.2 固體氧化物燃料電池的關鍵部件思考題部分習題答案附錄參考文獻

章節(jié)摘錄

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編輯推薦

《普通高校"十一五"規(guī)劃教材·電化學原理(第3版)》可作為高等院校材料科學與工程、電化學工程類專業(yè)的教學用書，也可供從事材料物理與化學、電化學、腐蝕與防護、電鍍、電解、化學電源和電分析化學等工作的科學技術人員參考。

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