电化学理论

A. 电化学原理的目录

第1章 绪论
1.1 电化学科学的研究对象
1.2 电化学科学在实际生活中的应用
1.2.1 电化学工业
1.2.2 化学电源
1.2.3 金属的腐蚀与防护
1.3 电化学科学的发展简史和发展趋势
1.3.1 电化学科学的发展简史
1.3.2 电化学的发展趋势
1.4 电解质溶液的电导
1.4.1 电解质溶液的电导
1.4.2 离子淌度
1.4.3 离子迁移数
1.5 电解质溶液的活度与活度系数
1.5.1 复习有关活度的基本概念
1.5.2 离子活度和电解质活度
1.5.3 离子强度定律
思考题
例题
习题
第2章 电化学热力学
2.1 相间电位和电极电位
2.1.1 相间电位
2.1.2 金属接触电位
2.1.3 电极电位
2.1.4 绝对电位和相对电位
2.1.5 液体接界电位
2.2 电化学体系
2.2.1 原电池(自发电池)
2.2.2 电解池
2.2.3 腐蚀电池
2.2.4 浓差电池
2.3 平衡电极电位
2.3.1 电极的可逆性
2.3.2 可逆电极的电位
2.3.3 电极电位的测量
2.3.4 可逆电极类型
2.3.5 标准电极电位和标准电化序
2.4 不可逆电极
2.4.1 不可逆电极及其电位
2.4.2 不可逆电极类型
2.4.3 可逆电位与不可逆电极电位的判别
2.4.4 影响电极电位的因素
2.5 电位pH图
2.5.1 化学反应和电极反应的平衡条件
2.5.2 水的电化学平衡图
2.5.3 金属的电化学平衡图
2.5.4 电位pH图的局限性
思考题
例题
习题
第3章 电极/溶液界面的结构与性质
3.1 概 述
3.1.1 研究电极/溶液界面性质的意义
3.1.2 理想极化电极
3.2 电毛细现象
3.2.1 电毛细曲线及其测定
3.2.2 电毛线曲线的微分方程
3.2.3 离子表面剩余量
3.3 双电层的微分电容
3.3.1 双电层的电容
3.3.2 微分电容的测量
3.3.3 微分电容曲线
3.4 双电层的结构
3.4.1 电极/溶液界面的基本结构
3.4.2 斯特恩(Stern)模型
3.4.3 紧密层的结构
3.5 零电荷电位
3.6 电极/溶液界面的吸附现象
3.6.1 无机离子的吸附
3.6.2 有机物的吸附
3.6.3 氢原子和氧的吸附
思考题
例题
习题
第4章 电极过程概述
4.1 电极的极化现象
4.1.1 什么是电极的极化
4.1.2 电极极化的原因
4.1.3 极化曲线
4.1.4 极化曲线的测量
4.2 原电池和电解池的极化图139
4.3 电极过程的基本历程和速度控制步骤
4.3.1 电极过程的基本历程
4.3.2 电极过程的速度控制步骤
4.3.3 准平衡态
4.4 电极过程的特征
思考题
例题
习题
第5章 液相传质步骤动力学
5.1 液相传质的三种方式
5.1.1 液相传质的三种方式
5.1.2 液相传质三种方式的相对比较
5.1.3 液相传质三种方式的相互影响
5.2 稳态扩散过程
5.2.1 理想条件下的稳态扩散
5.2.2 真实条件下的稳态扩散过程
5.2.3 旋转圆盘电极
5.2.4 电迁移对稳态扩散过程的影响
5.3 浓差极化的规律和浓差极化的判别方法
5.3.1 浓差极化的规律
5.3.2 浓差极化的判别方法
5.4 非稳态扩散过程
5.4.1 菲克第二定律
5.4.2 平面电极上的非稳态扩散
5.4.3 球形电极上的非稳态扩散
5.5 滴汞电极的扩散电流
5.5.1 滴汞电极及其基本性质
5.5.2 滴汞电极的扩散极谱电流——依科维奇(Ilkovic)公式
5.5.3 极谱波
思考题
例题
习题
第6章 电子转移步骤动力学
6.1 电极电位对电子转移步骤反应速度的影响
6.1.1 电极电位对电子转移步骤活化能的影响
6.1.2 电极电位对电子转移步骤反应速度的影响
6.2 电子转移步骤的基本动力学参数
6.2.1 交换电流密度j
6.2.2 交换电流密度与电极反应的动力学特性
6.2.3 电极反应速度常数K
6.3 稳态电化学极化规律
6.3.1 电化学极化的基本实验事实
6.3.2 巴特勒伏尔摩(ButlerVolmer)方程
6.3.3 高过电位下的电化学极化规律
6.3.4 低过电位下的电化学极化规律
6.3.5 稳态极化曲线法测量基本动力学参数
6.4 多电子的电极反应
6.4.1 多电子电极反应
6.4.2 多电子转移步骤的动力学规律
6.5 双电层结构对电化学反应速度的影响（ψ1效应）
6.6 电化学极化与浓差极化共存时的动力学规律
6.6.1 混合控制时的动力学规律
6.6.2 电化学极化规律和浓差极化规律的比较
6.7 电子转移步骤量子理论简介
6.7.1 电子跃迁的隧道效应
6.7.2 弗兰克康东(FrankCondon)原理
6.7.3 金属和溶液中电子能级的分布
6.7.4 电极/溶液界面的电子跃迁
6.7.5 平衡电位下和电极极化时的电子跃迁
思考题
例题
习题
第7章 气体电极过程
7.1 研究氢电极过程的重要意义
7.1.1 氢电极
7.1.2 研究氢电极过程的意义
7.2 氢电极的阴极过程
7.2.1 氢离子在阴极上的还原过程
7.2.2 析氢过电位及其影响因素
7.2.3 析氢反应过程的机理
7.3 氢电极的阳极过程
7.4 研 究氧电极过程的意义和存在的困难
7.4.1 研究氧电极过程的意义
7.4.2 研究氧电极过程的困难
7.5 氧的阳极析出反应
7.5.1 氧的析出过程
7.5.2 氧过电位
7.5.3 氧电极阳极过程的可能机理
7.6 氧的阴极还原过程
7.6.1 氧阴极还原反应的基本历程
7.6.2 氧在汞表面上阴极还原的反应历程
思考题
习题
第8章 金属的阳极过程
8.1 金属阳极过程的特点
8.2 金属的钝化
8.2.1 金属钝化的原因
8.2.2 成相膜理论
8.2.3 吸附理论
8.3 影响金属阳极过程的主要因素
8.3.1 金属本性的影响
8.3.2 溶液组成的影响
8.4 钝态金属的活化
思考题
习题
第9章 金属的电沉积过程
9.1 金属电沉积的基本历程和特点
9.1.1 金属电沉积的基本历程
9.1.2 金属电沉积过程的特点
9.2 金属的阴极还原过程
9.2.1 金属离子从水溶液中阴极还原的可能性
9.2.2 简单金属离子的阴极还原
9.2.3 金属络离子的阴极还原
9.3 金属电结晶过程
9.3.1 盐溶液中的结晶过程
9.3.2 电结晶形核过程
9.3.3 在已有晶面上的延续生长
思考题
习题
第10章 半导体电化学与光电化学基础
10.1 半导体的基本性质
10.1.1 半导体的能带结构简介
10.1.2 半导体中的状态密度与载流子的分布
10.2 半导体/溶液界面的结构与性质
10.2.1 半导体/溶液界面的基本图像
10.2.2 空间电荷层的不同表现形式
10.2.3 半导体/溶液界面的电位分布
10.3 半导体/溶液界面上的电荷传递
10.3.1 平衡电位下的电荷传递
10.3.2 非平衡条件下（极化时）的电荷传递
10.4 半导体/溶液界面上的光电化学
10.4.1 半导体/溶液界面的光电效应
10.4.2 光电化学电池
思考题
第11章 化学电源
11.1 化学电池的基本性能
11.1.1 电池电动势
11.1.2 充、放电过程中的电极极化及端电压随时间的变化
11.1.3 容量
11.1.4 自放电
11.1.5 电池的效率
11.2 电池反应动力学
11.2.1 伴有离子和电子传递的固相反应
11.2.2 反应生成物参与的固、液相反应
11.2.3 反应生成物溶解、再析出反应
11.3 一次电池
11.3.1 锰干电池
11.3.2 碱锰电池
11.4 二次电池339
11.4.1 铅酸蓄电池
11.4.2 碱性蓄电池
11.4.3 镍金属氢化物电池
思考题
第12章 燃料电池
12.1 燃料电池的基本概念、基本原理和分类
12.1.1 燃料电池的概念、特点及其发展史
12.1.2 燃料电池的基本原理
12.1.3 燃料电池的分类方法
12.2 燃料电池的效率及其影响因素
12.2.1 燃料电池的效率
12.2.2 影响燃料电池实际效率的因素
12.3 碱性燃料电池
12.3.1 碱性燃料电池的工作原理
12.3.2 碱性燃料电池的关键部件
12.4 磷酸燃料电池
12.4.1 磷酸燃料电池的工作原理
12.4.2 磷酸燃料电池的关键部件
12.5 质子交换膜燃料电池
12.5.1 质子交换膜燃料电池的工作原理
12.5.2 质子交换膜燃料电池的关键部件
12.6 熔融碳酸盐燃料电池
12.6.1 熔融碳酸盐燃料电池的工作原理
12.6.2 熔融碳酸盐燃料电池的关键部件
12.7 固体氧化物燃料电池
12.7.1 固体氧化物燃料电池的工作原理
12.7.2 固体氧化物燃料电池的关键部件
思考题
部分习题答案
附录
参考文献

B. 电化学研究内容和原理

原理就是氧化还原反应，得失电子，当电子定向移动就可以产生电流

电化学是研究电和化学反应相互关系的科学。电和化学反应相互作用可通过电池来完成，也可利用高压静电放电来实现（如氧通过无声放电管转变为臭氧），二者统称电化学，后者为电化学的一个分支，称放电化学。由于放电化学有了专门的名称，因而，电化学往往专门指“电池的科学“

电化学是研究两类导体形成的带电界面现象及其上所发生的变化的科学。如今已形成了合成电化学、量子电化学、半导体电化学、有机导体电化学、光谱电化学、生物电化学等多个分支。电化学在化工、冶金、机械、电子、航空、航天、轻工、仪表、医学、材料、能源、金属腐蚀与防护、环境科学等科技领域获得了广泛的应用。当前世界上十分关注的研究课题, 如能源、材料、环境保护、生命科学等等都与电化学以各种各样的方式关联在一起。

电化学（Electrochemistry），电池由两个电极和电极之间的电解质构成，因而电化学的研究内容应包括两个方面：一是电解质的研原电池和电解池的比较究，即电解质学，其中包括电解质的导电性质、离子的传输性质、参与反应离子的平衡性质等，其中电解质溶液的物理化学研究常称作电解质溶液理论；另一方面是电极的研究，即电极学，其中包括电极的平衡性质和通电后的极化性质，也就是电极和电解质界面上的电化学行为。电解质学和电极学的研究都会涉及到化学热力学、化学动力学和物质结构。

C. 电化学...

电流驱动离子力是什么鬼？
电流传递能量理论上是一个无限增大的，
而化学键键和力是一种固定值。
当电流提供的能量超过固定值，键被打开。

D. 电化学反应的过程和基本原理是什么

电化学作为化学的分支之一，是研究两类导体（电子导体，如金属或半导体，以及专离子导体，如电解质溶属液）形成的接界面上所发生的带电及电子转移变化的科学。
传统观念认为电化学主要研究电能和化学能之间的相互转换，如电解和原电池。但电化学并不局限于电能出现的化学反应，也包含其它物理化学过程，如金属的电化学腐蚀，以及电解质溶液中的金属置换反应。
电化学反应种类繁多，没有统一的原理和过程、必要的条件。
如原电池反应，条件是有两种金属活动性不同的金属（或一种金属，另一种导电非金属，如石墨。），及电解质溶液和闭合电路。
又如电解反应，需要电源、电解质溶液、待镀物品（阳极）和镀层金属（阴极）。

E. 谈谈对电化学技术的理解

电化学反应是属于电化学范畴的化学反应。 电化学是有关电与化学变化关系的一个化学分支。电化学是边缘学科，是多领域的跨学科。对“电化学”，古老的定义认为它是“研究物质的化学性质或化学反应与电的关系的科学”。以后Bockris下了定义，认为是“研究带电界面上所发生现象的科学”。电化学反应过程中常伴随着电极表面析氢、析氧和析氯的电极反应，这些析出的气体会以气泡形式吸附于电极表面，从而造成电极活性面积减少、电极表面电位和电流密度的微观分布不均，产生电极极化。

F. 电化学电极原理

工作电极

用来发生所需要的电化学反应或响应激发信号，在测量过程中溶液本体浓度发生变化的体系的电极。如电解分析中的阴极等。
参比电极

用来提供标准电位，电位不随测量体系的组分及浓度变化而变化的电极。这种电极必须有较好的可逆性、重现性和稳定性。常用的参比电极有SHE、Ag/AgCl、Hg/Hg2Cl2电极，尤以SCE使用得最多。
辅助电极－－或对电极

在电化学分析或研究工作中，常常使用三电极系统，除了工作电极，参比电极外，还需第三支电极，此电极所发生的电化学反应并非测示或研究所需要的，电极仅作为电子传递的场所以便和工作电极组成电流回路，这种电极称为辅助电极或对电极。

研究的是工作电极，只有精确地测定工作电极的电位，才能够考察电位同电化学反应，吸附等界面反应的规律。

至于辅助电极和工作电极之间的联系，主要是在于构建电化学反应平衡，另外要 保证辅助电极不要影响到工作电极。

而确定辅助电极和工作电极之间的电位，用电压表就ok了，不需要双参比电极分别确定两电极电位。

三电极体系含两个回路，一个回路由工作电极和参比电极组成，用来测试工作电极的电化学反应过程，另一个回路由工作电极和辅助电极组成，起传输电子形成回路的作用。

G. 电化学的形成，对电化学的形成做出贡献的最初的几位科学家

16-17世纪：早期相关研究
德国物理学家奥托·冯·格里克和他的静电起电机。
公元16世纪标志着对于电认知的开始。在16世纪50年代，英国科学家威廉·吉尔伯特花了17年时间进行磁学方面的试验，也或多或少地进行了一些电学方面的研究。吉尔伯特由于在磁学方面的开创性研究而被称为“磁学之父”，他的磁学研究为电磁学的产生和发展创造了条件。
1663年，德国物理学家奥托·冯·格里克发明了第一台静电起电机。这台机器由球形玻璃罩中的巨大硫磺球和转动硫磺球用的曲轴组成的。当摇动曲轴来转动球体的时候，衬垫与硫磺球发生摩擦产生静电。这个球体可以拆卸并可以用作电学试验的来源。
18世纪：电化学的诞生
在18世纪中叶，法国化学家夏尔·杜菲发现了两种不同的静电，他将两者分别命名为“玻璃电”和“松香电”，同种相互排斥而不同种相互吸引。杜菲因此认为电由两种不同液体组成：正电“vitreous”（“玻璃”），以及负电“resinous”（“树脂”），这便是电的双液体理论，这个理论在18世纪晚期被本杰明·富兰克林的单液体理论所否定。
1781年，法国物理学家夏尔·奥古斯丁·库仑在试图研究由英国科学家约瑟夫·普利斯特里提出的电荷相斥法则的过程中发展了静电相吸的法则。
1771年，意大利生理学家、解剖学家路易吉·伽伐尼发现蛙腿肌肉接触金属刀片时候会发生痉挛。他于1791年发表了题为“电流在肌肉运动中所起的作用”（De Viribus Electricitatis in Motu Musculari Commentarius）的论文，提出在生物形态下存在的“神经电流物质”，在化学反应与电流之间架起了一座桥梁。[1]这篇论文的发表标志着电化学和电生理学的诞生。在论文中，伽伐尼认为动物体内中存在着一种与“自然”形式（如闪电）或“人工”形式（如摩擦起电）都不同的“动物电”，“动物电”通过金属探针来激活神经和有限的肌肉组织。
伽伐尼的观点得到了多数同事的认同，但是帕维亚大学的物理学家亚历山卓·伏打并不赞成“生物电流”的这个想法，并提出蛙腿肌肉在伽伐尼实验中仅起到了连接两种不同金属（托盘和刀片）的作用。
意大利物理学家亚历山卓·伏打向拿破仑展示他的电池。
[编辑]19世纪：电化学发展成为化学分支
1800年，英国化学家安东尼·卡莱尔和威廉·尼科尔森通过电解的方式成功将水分解为氢气和氧气。不久之后，德国化学家约翰·里特发现了电镀现象，同时观察到在电解过程中沉积的金属以及产生的氧气的量取决于电极之间的距离。1801年，约翰·里特观察到了热电电流并预测了由托马斯·约翰·塞贝克所发现的热电效应。
英国化学家汉弗里·戴维爵士
在19世纪初，英国物理学家、化学家威廉·海德·沃勒斯顿改进了伏打电堆。同时，英国化学家汉弗里·戴维爵士关于电解的研究得出电解反应是化学能和电能之间的相互转换的结论，随后用电解的方法得到了钠、钾等金属单质，成为发现元素单质最多的化学家。
丹麦科学家汉斯·奥斯特于1820年4月21日所发现的电流磁效应被认为是划时代的进步，随后，法国物理学家安德烈-玛丽·安培很快重现了奥斯特的试验，并且推导出了其数学公式，即安培定律。
1821年，德国物理学家托马斯·约翰·塞贝克描述了在两种不同金属接界处因温差而导致的电势差，即热电效应。
1827年，德国科学家格奥尔格·欧姆在著作《直流电路的数学研究》（Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet）中完整阐述了他的电学理论，提出了电路分析中电流、电压及电阻之间的基本关系。
1832年，迈克尔·法拉第基于其电化学试验中的发现阐述了法拉第电解定律，这个定律适用于一切电极反应的氧化还原过程，是电化学反应中的基本定量定律。1836年，约翰·费德里克·丹尼尔使用稀硫酸作电解液，解决了电池极化问题，发明了使用过程中不会产生氢气的丹尼尔电池。
1839年，威尔士科学家威廉·罗伯特·格罗夫制造出了第一个燃料电池。1846年，德国物理学家威廉·韦伯发明了电功率表。1866年，法国人雷克兰士发明了碳锌电池，这一电池后来成为世界上第一种被广泛使用的化学电池。
瑞典化学家斯凡特·奥古斯特·阿伦尼乌斯
瑞典化学家斯凡特·奥古斯特·阿伦尼乌斯在1884年出版了他的论文《电解质导电性的研究》（Recherches sur la conctibilité galvanique des électrolytes），提出了他的尚不完善的溶质电离理论。1887年，他完善了自己的电解质电离理论，并得到了公众认可。
1886年，法国人保罗·埃鲁和美国人查尔斯·霍尔分别独立的研究了电解法制备纯铝的霍尔-埃鲁法。
1894年，德国化学家威廉·奥斯特瓦尔德完成了有机酸的电导率和电离的重要研究。
德国科学家瓦尔特·能斯特在1888年提出了原电池的电动势的理论。随后他提出了能斯特方程。
1898年，德国化学家弗里茨·哈伯发现电解池中阴极电位决定还原产物的化学组成。同年他解释了硝基苯的电解还原过程。

H. 电化学原理

1、原电池工作原理

原电池是将一个能自发进行的氧化还原反应的氧化反应和还原反应分别在原电池的负极和正极上发生，从而在外电路中产生电流。

2、原电池的电极的判断

负极：电子流出的一极；发生氧化反应的一极；活泼性较强金属的一极。

正极：电子流入的一极；发生还原反应的一极；相对不活泼的金属或其它导体的一极。

在原电池中，外电路为电子导电，电解质溶液中为离子导电。

(8)电化学理论扩展阅读：

一、组成原电池的基本条件

1、将两种活泼性不同的金属（即一种是活泼金属一种是不活泼金属），或着一种金属与石墨（Pt和石墨为惰性电极，即本身不会得失电子）等惰性电极插入电解质溶液中。

2、用导线连接后插入电解质溶液中，形成闭合回路。

3、要发生自发的氧化还原反应。

二、研究内容

电池由两个电极和电极之间的电解质构成，因而电化学的研究内容应包括两个方面：一是电解质的研究，即电解质学，其中包括电解质的导电性质、离子的传输性质、参与反应离子的平衡性质等，其中电解质溶液的物理化学研究常称作电解质溶液理论。

另一方面是电极的研究，即电极学，其中包括电极的平衡性质和通电后的极化性质，也就是电极和电解质界面上的电化学行为。电解质学和电极学的研究都会涉及到化学热力学、化学动力学和物质结构。

I. 电化学反应原理

1、大（因为锌和铜活动性相差较大，且电压较大）

Zn B A （铜比A活泼，所以A最不活泼，且锌和铜的电压较大，所以锌活性比B大）

2、Cu为负极 （因电子从铜流向A） 方程式 Cu-2e=Cu的二价阳离子

3、B先被腐蚀（AB形成原电池，而B较活泼，失去电子，所以B先被腐蚀）