電化學(xué)原理

前言

本書(shū)原版是根據(jù)航空工業(yè)高等院校教材會(huì)議制訂的腐蝕與防護(hù)專業(yè)電化學(xué)課教學(xué)大綱，結(jié)合北京航空航天大學(xué)腐蝕與防護(hù)專業(yè)多年來(lái)電化學(xué)課程的教學(xué)實(shí)踐所編寫(xiě)的，于1989年出版，以作為該專業(yè)的教材。為了適應(yīng)按材料科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)科培養(yǎng)大學(xué)本科生的需要，以及電化學(xué)學(xué)科和材料學(xué)科發(fā)展的需要，在修訂版（1999年）中刪減了部分應(yīng)用很少的基礎(chǔ)理論知識(shí)及數(shù)學(xué)推導(dǎo)，增加了金屬陽(yáng)極過(guò)程、金屬電沉積過(guò)程和化學(xué)電源等方面的簡(jiǎn)要介紹。本次修訂，本著相同的原則、并根據(jù)近年來(lái)按材料科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)科培養(yǎng)研究生和本科生的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，除對(duì)原章節(jié)作簡(jiǎn)單修訂外，還增補(bǔ)了半導(dǎo)體電化學(xué)與光電化學(xué)基礎(chǔ)、燃料電池等內(nèi)容。本書(shū)重點(diǎn)介紹電化學(xué)的基本概念、基本規(guī)律和基本理論，側(cè)重于物理概念的敘述，盡可能減少繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，并力求由淺入深，深廣適度。每章后附有思考題與習(xí)題，以利于學(xué)生自學(xué)和復(fù)習(xí)時(shí)參考。全書(shū)的計(jì)劃學(xué)時(shí)為50～60學(xué)時(shí)。學(xué)習(xí)本課程前，學(xué)生應(yīng)已學(xué)完物理化學(xué)、金屬學(xué)原理、電工與電子學(xué)等課程。由于學(xué)完本課程后，可進(jìn)一步選修電化學(xué)測(cè)試技術(shù)、金屬腐蝕與防護(hù)、化學(xué)電源等各類專業(yè)課程，所以本書(shū)只涉及電化學(xué)的基本理論問(wèn)題，不包括電化學(xué)測(cè)試技術(shù)和電化學(xué)在工程中的具體應(yīng)用。本書(shū)基本上采用國(guó)際單位制(SI)的基本單位及其導(dǎo)出單位，同時(shí)也使用一些可與SI制單位并用的我國(guó)法定計(jì)量單位，如升(L)、轉(zhuǎn)每秒(r/s)等。在本書(shū)的前兩版中，原版的液相傳質(zhì)步驟動(dòng)力學(xué)和氣體電極兩章由劉寶俊編寫(xiě)，修訂版增加的化學(xué)電源部分由敖建平編寫(xiě)，其他章節(jié)由李荻編寫(xiě)。本次再版中，第10章由刁鵬、李荻編寫(xiě)，第12章由刁鵬編寫(xiě)，第1章由刁鵬修訂，其余章節(jié)的修訂與全書(shū)的統(tǒng)編由李荻負(fù)責(zé)。在編寫(xiě)過(guò)程中，曾援用了部分參考書(shū)(見(jiàn)參考文獻(xiàn)目錄)中的一些圖表數(shù)據(jù)，特向有關(guān)作者致謝。本書(shū)承蒙張琦教授審閱，提出了寶貴意見(jiàn)，特此表示衷心感謝。由于編者水平所限，書(shū)中缺點(diǎn)和錯(cuò)誤在所難免，歡迎讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　本書(shū)主要介紹水溶液電化學(xué)的基本原理。全書(shū)包括電化學(xué)熱力學(xué)、電極與溶液界面的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)和重要的實(shí)用電化學(xué)過(guò)程等四大部分內(nèi)容；基本原理部分重點(diǎn)敘述較成熟的基礎(chǔ)理論，實(shí)用部分包含了氣體電極、金屬陽(yáng)極過(guò)程、金屬電沉積過(guò)程、半導(dǎo)體電化學(xué)與光電化學(xué)、化學(xué)電源等方面的基礎(chǔ)知識(shí)?！　”緯?shū)可作為高等院校材料科學(xué)與工程、電化學(xué)工程類專業(yè)的教學(xué)用書(shū)，也可供從事材料物理與化學(xué)、電化學(xué)、腐蝕與防護(hù)、電鍍、電解、化學(xué)電源和電分析化學(xué)等工作的科學(xué)技術(shù)人員參考。

書(shū)籍目錄

第1章 緒論1.1 電化學(xué)科學(xué)的研究對(duì)象1.2 電化學(xué)科學(xué)在實(shí)際生活中的應(yīng)用1.2.1 電化學(xué)工業(yè)1.2.2 化學(xué)電源1.2.3 金屬的腐蝕與防護(hù)1.3 電化學(xué)科學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史和發(fā)展趨勢(shì)1.3.1 電化學(xué)科學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史1.3.2 電化學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)1.4 電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)1.4.1 電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)1.4.2 離子淌度1.4.3 離子遷移數(shù)1.5 電解質(zhì)溶液的活度與活度系數(shù)1.5.1 復(fù)習(xí)有關(guān)活度的基本概念1.5.2 離子活度和電解質(zhì)活度1.5.3 離子強(qiáng)度定律思考題例題習(xí)題第2章 電化學(xué)熱力學(xué)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(duì)電位和相對(duì)電位2.1.5 液體接界電位2.2 電化學(xué)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(cè)量2.3.4 可逆電極類型2.3.5 標(biāo)準(zhǔn)電極電位和標(biāo)準(zhǔn)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(xué)反應(yīng)和電極反應(yīng)的平衡條件2.5.2 水的電化學(xué)平衡圖2.5.3 金屬的電化學(xué)平衡圖2.5.4 電位pH圖的局限性思考題例題習(xí)題第3章 電極/溶液界面的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)3.1 概 述3.1.1 研究電極/溶液界面性質(zhì)的意義3.1.2 理想極化電極3.2 電毛細(xì)現(xiàn)象3.2.1 電毛細(xì)曲線及其測(cè)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(cè)量3.3.3 微分電容曲線3.4 雙電層的結(jié)構(gòu)3.4.1 電極/溶液界面的基本結(jié)構(gòu)3.4.2 斯特恩(Stern)模型3.4.3 緊密層的結(jié)構(gòu)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(wú)機(jī)離子的吸附3.6.2 有機(jī)物的吸附3.6.3 氫原子和氧的吸附思考題例題習(xí)題第4章 電極過(guò)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(cè)量4.2 原電池和電解池的極化圖139 4.3 電極過(guò)程的基本歷程和速度控制步驟4.3.1 電極過(guò)程的基本歷程4.3.2 電極過(guò)程的速度控制步驟4.3.3 準(zhǔn)平衡態(tài)4.4 電極過(guò)程的特征思考題例題習(xí)題第5章 液相傳質(zhì)步驟動(dòng)力學(xué)5.1 液相傳質(zhì)的三種方式5.1.1 液相傳質(zhì)的三種方式5.1.2 液相傳質(zhì)三種方式的相對(duì)比較5.1.3 液相傳質(zhì)三種方式的相互影響5.2 穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過(guò)程5.2.1 理想條件下的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散5.2.2 真實(shí)條件下的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過(guò)程5.2.3 旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極5.2.4 電遷移對(duì)穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過(guò)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(kuò)散過(guò)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(kuò)散5.4.3 球形電極上的非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散5.5 滴汞電極的擴(kuò)散電流5.5.1 滴汞電極及其基本性質(zhì)5.5.2 滴汞電極的擴(kuò)散極譜電流——依科維奇(Ilkovic)公式5.5.3 極譜波思考題例題習(xí)題第6章 電子轉(zhuǎn)移步驟動(dòng)力學(xué)6.1 電極電位對(duì)電子轉(zhuǎn)移步驟反應(yīng)速度的影響6.1.1 電極電位對(duì)電子轉(zhuǎn)移步驟活化能的影響6.1.2 電極電位對(duì)電子轉(zhuǎn)移步驟反應(yīng)速度的影響6.2 電子轉(zhuǎn)移步驟的基本動(dòng)力學(xué)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(yīng)的動(dòng)力學(xué)特性6.2.3 電極反應(yīng)速度常數(shù)K6.3 穩(wěn)態(tài)電化學(xué)極化規(guī)律6.3.1 電化學(xué)極化的基本實(shí)驗(yàn)事實(shí)6.3.2 巴特勒伏爾摩(ButlerVolmer)方程6.3.3 高過(guò)電位下的電化學(xué)極化規(guī)律6.3.4 低過(guò)電位下的電化學(xué)極化規(guī)律6.3.5 穩(wěn)態(tài)極化曲線法測(cè)量基本動(dòng)力學(xué)參數(shù)6.4 多電子的電極反應(yīng)6.4.1 多電子電極反應(yīng)6.4.2 多電子轉(zhuǎn)移步驟的動(dòng)力學(xué)規(guī)律6.5 雙電層結(jié)構(gòu)對(duì)電化學(xué)反應(yīng)速度的影響（ψ1效應(yīng)）6.6 電化學(xué)極化與濃差極化共存時(shí)的動(dòng)力學(xué)規(guī)律6.6.1 混合控制時(shí)的動(dòng)力學(xué)規(guī)律6.6.2 電化學(xué)極化規(guī)律和濃差極化規(guī)律的比較6.7 電子轉(zhuǎn)移步驟量子理論簡(jiǎn)介6.7.1 電子躍遷的隧道效應(yīng)6.7.2 弗蘭克康東(FrankCondon)原理6.7.3 金屬和溶液中電子能級(jí)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(shí)的電子躍遷思考題例題習(xí)題第7章 氣體電極過(guò)程7.1 研究氫電極過(guò)程的重要意義7.1.1 氫電極7.1.2 研究氫電極過(guò)程的意義7.2 氫電極的陰極過(guò)程7.2.1 氫離子在陰極上的還原過(guò)程7.2.2 析氫過(guò)電位及其影響因素7.2.3 析氫反應(yīng)過(guò)程的機(jī)理7.3 氫電極的陽(yáng)極過(guò)程7.4 研 究氧電極過(guò)程的意義和存在的困難7.4.1 研究氧電極過(guò)程的意義7.4.2 研究氧電極過(guò)程的困難7.5 氧的陽(yáng)極析出反應(yīng)7.5.1 氧的析出過(guò)程7.5.2 氧過(guò)電位7.5.3 氧電極陽(yáng)極過(guò)程的可能機(jī)理7.6 氧的陰極還原過(guò)程7.6.1 氧陰極還原反應(yīng)的基本歷程7.6.2 氧在汞表面上陰極還原的反應(yīng)歷程思考題習(xí)題第8章 金屬的陽(yáng)極過(guò)程8.1 金屬陽(yáng)極過(guò)程的特點(diǎn)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(yáng)極過(guò)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(xí)題第9章 金屬的電沉積過(guò)程9.1 金屬電沉積的基本歷程和特點(diǎn)9.1.1 金屬電沉積的基本歷程9.1.2 金屬電沉積過(guò)程的特點(diǎn)9.2 金屬的陰極還原過(guò)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(jiǎn)單金屬離子的陰極還原9.2.3 金屬絡(luò)離子的陰極還原9.3 金屬電結(jié)晶過(guò)程9.3.1 鹽溶液中的結(jié)晶過(guò)程9.3.2 電結(jié)晶形核過(guò)程9.3.3 在已有晶面上的延續(xù)生長(zhǎng)思考題 習(xí)題第10章 半導(dǎo)體電化學(xué)與光電化學(xué)基礎(chǔ)10.1 半導(dǎo)體的基本性質(zhì)10.1.1 半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介10.1.2 半導(dǎo)體中的狀態(tài)密度與載流子的分布10.2 半導(dǎo)體/溶液界面的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)10.2.1 半導(dǎo)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(dǎo)體/溶液界面的電位分布10.3 半導(dǎo)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(shí)）的電荷傳遞10.4 半導(dǎo)體/溶液界面上的光電化學(xué)10.4.1 半導(dǎo)體/溶液界面的光電效應(yīng)10.4.2 光電化學(xué)電池思考題 第11章 化學(xué)電源11.1 化學(xué)電池的基本性能11.1.1 電池電動(dòng)勢(shì)11.1.2 充、放電過(guò)程中的電極極化及端電壓隨時(shí)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(yīng)動(dòng)力學(xué)11.2.1 伴有離子和電子傳遞的固相反應(yīng)11.2.2 反應(yīng)生成物參與的固、液相反應(yīng)11.2.3 反應(yīng)生成物溶解、再析出反應(yīng)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(diǎn)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(shí)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(guān)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(guān)鍵部件12.5 質(zhì)子交換膜燃料電池12.5.1 質(zhì)子交換膜燃料電池的工作原理12.5.2 質(zhì)子交換膜燃料電池的關(guān)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(guān)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(guān)鍵部件思考題部分習(xí)題答案附錄參考文獻(xiàn)

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(xué)原理(第3版)》可作為高等院校材料科學(xué)與工程、電化學(xué)工程類專業(yè)的教學(xué)用書(shū)，也可供從事材料物理與化學(xué)、電化學(xué)、腐蝕與防護(hù)、電鍍、電解、化學(xué)電源和電分析化學(xué)等工作的科學(xué)技術(shù)人員參考。

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