电化学基础教程-第二版

第1章 绪论1

1.1电化学简介1

1.2电化学的历史2

1.3电化学研究领域的发展4

1.4本书结构与学习方法6

复习题6



第2章 导体和电化学体系7

2.1电学基础知识7

2.1.1电场与电势7

2.1.2导体及其在电场中的性质8

2.2两类导体的导电机理9

2.2.1电子导体的导电机理9

2.2.2离子导体的导电机理10

2.3电化学体系11

2.3.1两类电化学装置11

2.3.2从电子导电到离子导电的转换12

2.4法拉第定律13

2.5实际电化学装置的设计14

2.5.1实际电化学装置的组成14

2.5.2实际电化学装置设计示例15

复习题17



第3章 液态电解质与固态电解质18

3.1电解质溶液与离子水化18

3.1.1溶液中电解质的分类18

3.1.2水的结构与水化焓18

3.1.3离子的水化膜20

3.1.4固/液界面的水化膜21

3.2电解质溶液的活度22

3.2.1活度的概念22

3.2.2离子的平均活度23

3.2.3离子强度定律24

3.3电解质溶液的电迁移25

3.3.1电解质溶液的电导率25

3.3.2离子的淌度27

3.3.3离子迁移数29

3.3.4水溶液中质子的导电机制30

3.4电解质溶液的扩散31

3.4.1Fick**定律31

3.4.2Fick第二定律33

3.4.3扩散系数34

3.5电解质溶液的离子氛理论35

3.5.1离子氛的概念35

3.5.2松弛效应与电泳效应36

3.5.3盎萨格（Onsager）极限公式37

3.5.4交流电场和强电场对电解质电导的影响37

3.6无机固体电解质38

3.7聚合物电解质39

3.8熔盐电解质41

3.8.1熔融电解质41

3.8.2室温离子液体42

复习题43



第4章 电化学热力学45

4.1相间电势与可逆电池45

4.1.1内电势与外电势45

4.1.2界面电势差47

4.1.3电化学势与费米能级47

4.1.4可逆电池48

4.2电极电势49

4.2.1氢标电极电势与Nernst方程50

4.2.2氢标电极电势在计算中的应用51

4.2.3可逆电极52

4.3液体接界电势53

4.4离子选择性电极55

4.4.1膜电势55

4.4.2玻璃电极56

4.4.3其他类型的离子选择性电极57

复习题59



第5章 双电层60

5.1双电层简介60

5.1.1双电层的形成60

5.1.2离子双层的形成条件61

5.1.3理想极化电极与理想不极化电极62

5.2双电层结构的研究方法63

5.2.1电毛细曲线63

5.2.2微分电容曲线65

5.2.3零电荷电势67

5.2.4离子表面剩余量68

5.3双电层结构模型的发展69

5.3.1Helmholtz模型与Gouy-Chapman模型69

5.3.2Gouy-Chapman-Stern模型70

5.3.3Grahame模型与特性吸附76

5.3.4Bockris模型与溶剂层的影响79

5.4有机活性物质在电极表面的吸附80

5.4.1有机物的可逆吸附81

5.4.2有机物的不可逆吸附84

复习题84



第6章 电化学动力学概论86

6.1电极的极化86

6.1.1极化与过电势86

6.1.2极化曲线与三电极体系86

6.1.3稳态极化曲线的测量89

6.1.4电化学工作站90

6.2不可逆电化学装置90

6.3电极过程与电极反应92

6.3.1电极过程历程分析92

6.3.2电极反应的特点与种类93

6.4电极过程的速率控制步骤94

6.4.1速率控制步骤94

6.4.2常见极化类型96

6.4.3电极过程的特征及研究方法96

复习题97



第7章 电化学极化99

7.1电化学动力学理论基础99

7.1.1化学动力学回顾99

7.1.2电子转移的动态平衡与极化本质101

7.1.3电子转移动力学理论发展简介103

7.2电极动力学的Butler-Volmer模型104

7.2.1单电子反应的Butler-Volmer公式104

7.2.2传递系数108

7.2.3标准速率常数108

7.2.4交换电流密度109

7.3单电子反应的电化学极化111

7.3.1电化学极化下的Butler-Volmer公式111

7.3.2Tafel公式111

7.3.3线性极化公式113

7.4多电子反应的电极动力学114

7.4.1多电子反应的Butler-Volmer公式114

7.4.2多电子反应的电化学极化117

7.4.3多电子反应中控制步骤的计算数118

7.5电极反应机理的研究118

7.5.1利用电化学极化曲线测量动力学参数119

7.5.2电极反应的级数120

7.5.3平衡态近似与电极反应历程分析120

7.6分散层对电极反应速率的影响——ψ1效应122

7.6.1分散层电势差对电极动力学的影响122

7.6.2考虑了ψ1电势的动力学公式123

7.6.3过硫酸根离子还原极化曲线分析124

7.7平衡电势与稳定电势125

7.7.1稳定电势125

7.7.2如何建立平衡电势126

复习题127



第8章 浓度极化130

8.1液相传质130

8.1.1液相传质方式130

8.1.2液相传质流量131

8.1.3支持电解质132

8.2扩散与扩散层133

8.2.1稳态扩散与非稳态扩散133

8.2.2扩散层134

8.3稳态扩散传质规律135

8.3.1理想稳态扩散135

8.3.2稳态对流扩散136

8.4可逆电极反应的稳态浓度极化140

8.4.1产物不溶141

8.4.2产物可溶，且产物初始浓度为零142

8.4.3产物可溶，且产物初始浓度不为零144

8.5电化学极化与浓度极化共存时的稳态动力学规律145

8.5.1混合控制的稳态动力学公式146

8.5.2电化学极化和浓度极化特点比较148

8.6流体动力学方法简介149

8.6.1旋转圆盘电极149

8.6.2旋转环盘电极152

8.7电迁移对扩散层中液相传质的影响153

8.8表面转化步骤对电极过程的影响155

8.8.1表面转化步骤控制时的动力学公式156

8.8.2均相表面转化与液相传质共同控制时的动力学公式157

复习题159



第9章 基本暂态测量方法与极谱法161

9.1电势阶跃法161

9.1.1平面电极的大幅度电势阶跃163

9.1.2时间常数166

9.1.3微观面积与表观面积169

9.1.4球形电极的大幅度电势阶跃170

9.1.5微电极172

9.1.6准可逆和不可逆电极反应的电势阶跃174

9.2电流阶跃法176

9.2.1电流阶跃下的粒子浓度分布函数177

9.2.2可逆电极反应的电势-时间曲线179

9.2.3不可逆电极反应的电势-时间曲线181

9.2.4电极反应动力学参数测量方法小结182

9.3循环伏安法183

9.3.1扫描过程中的浓度分布曲线变化183

9.3.2可逆体系的循环伏安曲线185

9.3.3准可逆和不可逆体系的循环伏安曲线187

9.3.4吸脱附体系的循环伏安曲线188

9.3.5双层电容与溶液电阻对CV曲线的影响189

9.4电化学阻抗谱189

9.4.1电工学基础知识190

9.4.2阻抗复平面图191

9.4.3电化学体系的等效电路与阻抗谱192

9.4.4阻抗谱的半圆旋转现象与常相位元件195

9.4.5阻抗谱的数据处理与解析196

9.5滴汞电极与极谱法196

9.5.1滴汞电极197

9.5.2扩散极谱电流198

9.5.3极谱波200

复习题202



第10章 实际电极过程204

10.1电催化概述204

10.2氢电极过程206

10.2.1氢在电极上的吸附206

10.2.2氢的阴极还原208

10.2.3氢的阳极氧化211

10.3氧电极过程213

10.3.1氧的阴极还原机理214

10.3.2氧在电极上的吸附216

10.3.3氧阴极还原的电催化剂216

10.3.4氧的阳极氧化机理218

10.4金属阴极过程218

10.4.1金属阴极过程基本特点219

10.4.2简单金属离子的阴极还原220

10.4.3金属配离子的阴极还原221

10.4.4电结晶222

10.4.5电解法制备金属粉末224

10.4.6电铸225

10.5金属阳极过程225

10.5.1正常的金属阳极溶解过程225

10.5.2金属的钝化226

10.5.3金属的自溶解228

10.5.4金属腐蚀与防护230

10.5.5金属电解加工与抛光233

10.5.6电池中锌电极的阳极过程234

10.5.7铝合金的阳极氧化235

复习题237



附录 标准电极电势表（298.15K，101.325kPa）239



习题答案241



参考文献242



符号表243