电化学原理李狄 第十章化学电源
电化学原理 教学大纲
电化学原理一、课程说明课程编号：050108Z10课程名称：电化学原理/Theory of Electrochemistry课程类别：专业选修课学时/学分：40/2.5先修课程：物理化学、无机化学、电学适用专业：冶金工程，新能源材料与器件教材、教学参考书：1、郭鹤桐，《电化学教程》，天津：天津大学出版社，20002、李荻，《电化学原理》，北京：北京航空航天大学出版社，19993、蒋汉瀛，《冶金电化学》，北京：冶金工业出版社，19834、龚竹青，《理论电化学导论》，长沙：中南工业大学出版社5、查全性，《电极过程动力学导论》，北京：科学出版社，1987二、课程设置的目的意义电化学原理是冶金工程专业核心课程，其任务是使学生了解和掌握电化学基本原理和基本理论，为有色冶金学、电化学研究方法、应用电化学、化学电源、金属腐蚀与防护、电解工艺、电镀及表面处理等课程打下良好的理论基础。
三、课程的基本要求知识要求：理解电化学反应与化学反应的区别；掌握稀电解质溶液的经典理论；掌握电化学反应热力学关于电势的基本概念、电化学反应平衡的条件；掌握电极/溶液界面性质、双电层结构理论和研究双电层结构的基本方法；掌握电极过程动力学基本规律和特征；学会用电化学基本原理分析具体电极反应过程。
能力要求：通过该课程的学习，使学生能够利用电化学基本原理分析冶金过程和电化学工业的工程问题，设计实验、分析与解释数据，以获得有效结论，并能够将专业知识用于解决复杂工程问题，具备一定的设计解决方案以解决复杂工程问题的能力。
素质要求：通过课程中的分析、讨论、培养分析沟通交流素质，课外导学的模式提升自主学习和终身学习的意识，形成不断学习和适应发展素质。
四、教学内容、重点难点及教学设计注：实践包括实验、上机等五、实践教学内容和基本要求无实践教学安排六、考核方式及成绩评定本课程期末集中考核采用笔试进行，平时成绩采用课堂考勤、课外阅读、作业测评、平时测试、课内讨论等方式考核。
2024年化学电源课件
化学电源课件一、引言化学电源作为一种能量转换和储存的装置，在现代社会中发挥着至关重要的作用。
随着科学技术的不断发展，化学电源的种类和应用领域也在不断拓展。
本课件旨在介绍化学电源的基本原理、主要类型、工作原理及其在各个领域的应用，以帮助读者更好地了解化学电源的重要性和发展前景。
二、化学电源的基本原理化学电源是利用化学反应将化学能转化为电能的装置。
在化学电源中，正极和负极之间通过电解质进行离子传递，从而产生电流。
化学电源的基本原理可以概括为两个主要过程：氧化还原反应和离子传递。
氧化还原反应是化学电源中最重要的反应之一。
在电池的正极，发生氧化反应，即正极材料失去电子，形成正离子；而在负极，发生还原反应，即负极材料获得电子，形成负离子。
这两个反应共同驱动电子从负极流向正极，形成电流。
离子传递是化学电源中的另一个重要过程。
在电池的电解质中，正离子和负离子通过电解质的传导作用，从正极向负极移动，以维持电荷平衡。
这种离子的传递过程使得电子能够在电池中形成一个闭合的回路，从而产生持续的电流。
三、化学电源的主要类型1.原电池：原电池是一种将化学能直接转化为电能的电源，如干电池、碱性电池等。
原电池通常是一次性使用的，其内部化学反应是不可逆的。
2.二次电池：二次电池是一种可以反复充放电的电源，如铅酸电池、锂离子电池等。
二次电池的内部化学反应是可逆的，可以通过充电过程将电能转化为化学能，通过放电过程将化学能转化为电能。
3.燃料电池：燃料电池是一种将燃料和氧气通过化学反应转化为电能的电源，如氢燃料电池、甲醇燃料电池等。
燃料电池具有高能量密度和低污染排放的优点，被广泛应用于电动汽车和便携式电源等领域。
4.太阳能电池：太阳能电池是一种将太阳光能转化为电能的电源，如硅太阳能电池、薄膜太阳能电池等。
太阳能电池具有清洁、可再生的特点，被广泛应用于太阳能发电和光伏建筑一体化等领域。
四、化学电源的工作原理化学电源的工作原理主要基于氧化还原反应和离子传递。
李狄电化学原理第十章金属阳极过程
只有那些直接在金属表面上生成的、致密的金 属氧化合物（或其他盐）层才有可能导致出现 钝态
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实验依据
将钝化了的金属表面用很小的阴极电流进行活 化。并根据阴极电量计算电极表面上的固态反 应物的数量及平均覆盖厚度。
第十章 金属的阳极过程
1
本章重点 金属阳极过程的特点 金属钝化的原因 影响金属阳极过程的主要因素 钝态金属的活化
2
第一节 金属阳极过程的特点
金属作为反应物发生氧化反应的电极过 程
“正常的”的阳极溶解过程，在这一阶 段中直接生成溶液中的金属离子：通常 服从电化学极化规律。
阳极反应中生成不溶性的反应产物并常 出现与此有关的钝化现象：失去电化学 活性,阳极溶解速 度非常小。
8
具有活化-钝化转变行为的金属的典型阳极极化 曲线
9
10
与钝化有关的概念
钝态 passive state,passivity 钝化 passivation 钝化膜 passive film 初始钝化电位,致钝电位 primary passive
potential 过钝化电位 transpassive potential
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第二节 金属的钝化
成相膜理论 当金属阳极溶解时,可以在金属表面生
成一层致密的、覆盖得很好的固体产物 薄膜。这层产物膜构成独立的固相膜层， 把金属表面与介质隔离开来，阻碍阳极 过程的进行，导致金属溶解速度大大降 低，使金属进入钝态。
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成相膜理论
在电极表面上生成固态反应物膜的前提是在电 极反应中能生成固态反应产物
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第三节 影响金属阳极过程的主要因素
电化学原理_(李狄_著)北航出版社_课后1-7章习题参考答案
电化学原理第一章习题答案1、解：2266KCl KCl H O H O 0.001141.31.010142.31010001000c K K K K cm 11λ−−−−×=+=+=+×=×Ω溶液 2、解：E V Fi i =λ，FE V i i λ=，，， 10288.0−⋅=+s cm V H 10050.0−⋅=+s cm V K 10051.0−⋅=−s cm V Cl 3、解：,62.550121,,,,2−−⋅Ω=−+=eq cm KCl o HCl o KOH o O H o λλλλ2O c c c ,c 1.004H H +−====设故，2,811c5.510cm 1000o H O λκ−−−==×Ω4、（1）121,,Cl ,t t 1,t 76.33mol (KCl o KCl o Cl cm λλλλλ−−−−+−+−=++=∴==Ω⋅∵中）121121121,K ,Na ,Cl 73.49mol 50.14mol 76.31mol (NaCl o o o cm cm cm λλλ++−−−−−−−=Ω⋅=Ω⋅=Ω⋅同理：，，中）（2）由上述结果可知： 121Cl ,Na ,121Cl ,K ,mol 45.126mol 82.142−−−−⋅Ω=+⋅Ω=+−+−+cm cm o o o o λλλλ，在KCl 与NaCl 溶液中−Cl ,o λ相等，所以证明离子独立移动定律的正确性；（3） vs cm vs cm u vs cm u F u a o o l o l o i o /1020.5,/1062.7,/1091.7,/24N ,24K ,24C ,C ,,−−−×=×=×==++−−λλ5、解：Cu(OH)2== Cu 2++2OH -,设=y ；2Cu c +OH c −=2y 则K S =4y 3因为u=Σu i =KH 2O+10-3[y λCu 2++2y λOH -]以o λ代替λ（稀溶液）代入上式，求得y=1.36×10-4mol/dm 3所以Ks=4y 3=1.006×10-11 (mol/dm 3)36、解： ==+，令=y ，3AgIO +Ag −3IO Ag c +3IO c −=y ，则=y S K 2，K=i K ∑=+（y O H K 2310−+Ag λ+y −3IO λ）作为无限稀溶液处理，用0λ代替，=+y O H K 2310−3AgIO λ则：y=43651074.1104.68101.11030.1−−−×=××−×L mol /;∴= y S K 2=3.03810−×2)/(L mol 7、解：HAc o ,λ=HCl o ,λ+NaAc o ,λ-NaCl o ,λ=390.7，121−−⋅Ωeq cm HAc o ,λ=9.02121−−⋅Ωeq cm ∴α0/λλ==0.023，==1.69αK _2)1/(V αα−510−×8、解：由欧姆定律IR=iS KS l ⋅=K il,∵K=1000c λ,∴IR=1000il cλ⋅=V 79.05.0126101010533≈××××− 9、解：公式log ±γ=-0.5115||||+Z −Z I （设25）C °（1）±γ=0.9740，I=212i i z m ∑,I=212i i c z ∑，=（）±m ++νm −−νm ν1（2）±γ=0.9101，（3）±γ=0.6487，（4）±γ=0.811410、解：=+H a ±γ+H m ，pH=-log =-log （0.209+H a 4.0×）=1.08电化学原理第二章习题答案1、 解：()+2326623Sb O H e Sb H O ++++ ，()−236H H +6e + ，电池:2322323Sb O H Sb H O ++解法一：00G E nF ∆=−83646F =0.0143V ≈，E=+0E 2.36RT F 2232323log H Sb O Sb H OP a a a ==0.0143V0E 解法二：0602.3 2.3log log 6Sb Sb H H RT RT a a F Fϕϕϕ+++=+=+； 2.3log H RTa Fϕ+−=∴000.0143Sb E E ϕϕϕ+−=−===V2解：⑴，(()+22442H O e H O +++ )−224H H +4e + ；电池:22222H O H O +2220022.3log 4H O H O P P RT E E E Fa =+= 查表：0ϕ+=1.229V ，0ϕ−=0.000V ，001.229E V ϕϕ+−∴=−= ⑵视为无限稀释溶液，以浓度代替活度计算()242Sn Sn e ++−+ ，()，电池:32222Fe e Fe ++++ 23422Sn Fe Sn Fe 2+++++ +23422022.3log 2Sn Fe Sn Fe C C RT E E F C C ++++=+=（0.771-0.15）+220.05910.001(0.01)log 20.01(0.001)××=0.6505V ⑶()，，(0.1)Ag Ag m e +−+ ()(1)Ag m e Ag +++ (1)(0.1)Ag m Ag m ++→电池：(1)0(0.1)2.3log Ag m Ag m a RT E E F a ++=+，（其中，=0） 0E 查表：1m 中3AgNO 0.4V γ±=，0.1m 中3AgNO 0.72V γ±=， 2.310.4log0.0440.10.72RT E V F×∴==× 3、 解：2222|(),()|(),Cl Hg Hg Cl s KCl m Cl P Pt ()2222Hg Cl Hg Cl e −−++ ，()222Cl e Cl −++ ，222Hg Cl Hg Cl 2+ 电池：222200002.3log 2Cl Hg Hg Cl P a RT E E E F a ϕϕ+−=+==−∵O 1.35950.2681 1.0914(25C)E V ，∴=−=设 由于E 与无关，故两种溶液中的电动势均为上值Cl a −其他解法：①E ϕϕ+=−−0，亦得出0E ϕϕ+=−−②按Cl a −计算ϕ+，查表得ϕ甘汞，则E ϕϕ+=−甘汞 4、 ⑴解法一：23,(1)|(1)()H Pt H atm HCl a AgNO m Ag +=()222H H e +−+ 222，()Ag e Ag +++ g ，2222H Ag H A ++++ 电池：有E ϕϕϕ+−=−=+，02.3log()AgAgAg RTE m Fϕγ++±∴=−。
应用电化学-1-1-基础知识
荷电粒子基本单元的选取
解法一
(1) Q = nzF =
取基本粒子荷单位电荷：即 1 Au, 1 O2
3 4
1.20 g ×1× 96500 C ⋅ mol− 1 197.0 g ⋅ mol-1 / 3 = 1763 C
Q = 1763 C = 7.05×104 s (2) t = I 0.025 A
0.4 电化学的应用
电化学是一门具有广泛应用领域的重要交叉学科， 电化学是一门具有广泛应用领域的重要交叉学科，在 解决能源、材料、 解决能源、材料、生命以及环境等重大问题上发挥着 重要的作用。 重要的作用。 化学电源（电池、燃料电池） 化学电源（电池、燃料电池） 金属腐蚀与防护（牺牲阳极Mg保护铁管） 金属腐蚀与防护（牺牲阳极Mg保护铁管） Mg保护铁管 电化学表面处理（电镀、抛光） 电化学表面处理（电镀、抛光） 电解冶金（提取Al、Mg，精炼Cu） 电解冶金（提取Al、Mg，精炼Cu） Al Cu 氯碱工业） 无机与有机电合成 （氯碱工业） 环境保护电化学（废水处理） 环境保护电化学（废水处理） 生物电化学（治疗和诊断） 生物电化学（治疗和诊断） 电化学分析（传感器，痕量分析） 电化学分析（传感器，痕量分析）
电解池(electrolytic cell)
电极①：
① ②
与外电源负极相接，是负极。 发生还原反应，是阴极。 Cu2++2e-→Cu(S)
电极②： 电极②：
与外电源正极相接，是正极。 发生氧化反应，是阳极。 Cu(S)→ Cu2++2e-
Faraday’s 法拉第定律 Faraday’s Law
9、20世纪40年代，前苏联科学家弗卢姆金从化学动力学角 度做了大量工作，后来英美科学家在这方面又做了若干奠 基性工作，推动了电化学理论的发展，开始形成以研究电 极反应速率及其影响因素为主要对象的电极过程动力学， 并使之称为现在电化学的主体。 10、20世纪后半期，电化学科学又有了迅速发展，出现了量 子电化学、生物电化学等分支学科。 11、我国在电化学方面做出重要贡献的科学家：中科院院士 査全性、田昭武、田中群，中国工程院院士衣宝廉等。
电化学原理第四版李荻课件
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05
CHAPTER
超级电容器技术与应用
利用电极与电解质界面形成的双电层或电极表面快速可逆的氧化还原反应来储存能量。
基本原理
充电速度快、功率密度高、循环寿命长、温度范围宽、绿色环保等。
特点
优点
能量密度高、充放电速度快等。
工作原理
通过电极表面快速可逆的氧化还原反应来储存能量，电极材料通常采用金属氧化物或导电聚合物。
充电过程
正极板上的二氧化铅和负极板上的铅在电解液的作用下，分别生成硫酸铅和水，同时有电子在外电路中流动，形成充电电流。
放电过程
硫酸铅和水在正极板和负极板上分别还原成二氧化铅和铅，同时有电子在外电路中流动，形成放电电流。
镍镉电池
01
以氢氧化镍作为正极，氢氧化镉作为负极的一种碱性蓄电池。具有大电流放电特性好、耐过充和过度放电等优点，但存在记忆效应和环保问题。
在放电过程中，铝阳极与水和电解质中的氢氧根离子发生反应生成氢氧化铝和氢气，同时释放出电子产生电流；空气中的氧气在阴极接受电子被还原成氢氧根离子。充电时，逆向反应进行，氢氧化铝得电子被还原成铝沉积在阳极上。
优缺点
铝空气电池具有高的理论比能量、低成本和环境友好等优点；但是存在铝阳极自腐蚀、氢氧化铝沉积等问题导致电池性能衰减。
铂、钯等贵金属具有良好的催化活性和稳定性，广泛应用于燃料电池、有机合成等领域。
铂族金属催化剂
通过合金化可以改善贵金属的催化性能和降低成本，如铂钌合金、铂铑合金等。
贵金属合金催化剂
纳米级贵金属催化剂具有高比表面积和优异的催化活性，应用于电催化、光催化等领域。
贵金属纳米催化剂
03
非贵金属氮化物催化剂
最新电化学原理要点讲解学习精品课件
• 即对于有一个质子参与的电化学反应，溶 液pH每增加1，其表观(biǎo ɡuān)电极电 位移动的理论数值为-0.058 V
第二十九页，共42页。
pH梯度(tī dù)实验
Q:已知其电位随pH的变 化为-0.032 V/pH, 那么 几个质子参与(cānyù)其中? A:
析…循环伏安/计时安培/交流阻抗 (zǔkàng)…） • 色谱分析（液相/气相）
第十一页，共42页。
二、电化学的基本原理
第十二页，共42页。
原电池与电解池
原电池：能自发地将化学能转化(zhuǎnhuà)为电能 电解池：需要消耗外部电源提供的电能，使电池内部发生化学反
应
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无/有液体接界(jiē jiè)电池
循环(xúnhuán)伏安法的适 用范围
• 研究一个(yī ɡè)新物质的电化学性质时的 首选
• 用于电极反应的性质、机理和电极过程动 力学参数的研究
• 可用于定量分析 • 其他
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其他(qítā)电化学方法
• 示差脉冲伏安(fú ān)法(DPV) • 方波伏安(fú ān)法(SWV) • 交流阻抗法( EIS ) • 计时安培法 • ……
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更灵敏(línɡ mǐn)的检测方 法
循环伏安法
检测限10-5 mol/L
改变(gǎibiàn)加载 电位的波形
示差脉冲伏安法(DPV) 方波伏安法(SWV)
检测限10-8 mol/L 扫描速率快
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示差脉冲(màichōng)伏安法DPV Differential-Pulse Voltammetry
电化学原理(课件PPT)
原电池的负极→ 失去电子→电子流出→ 发生氧化反应 →氧化还原反应中的还原剂 原电池的正极→ 得到电子→电子流入→ 发生还原反应 →氧化还原反应中的氧化剂
电解池的阳极→ 失去电子→电子流出→ 发生氧化反应 电解池的阴极→ 得到电子→电子流入→ 发生还原反应
把a、b、c、d四块金属片浸泡在稀硫酸中， 用导线两两连接，可以组成各种原电池，若a、 b相连时，a为负极；若c、d相连时，d极表面 有气泡冒出；另将a投入c的盐溶液中，ａ的 表面有ｃ析出；若将ｂ投入ｄ的盐溶液中， 无明显现象。则四种金属的活动性由强到弱 为( )
考点八：氯碱工业
在U型管里装人饱和食盐水，用一根碳棒作阳极， 一根铁棒作阴极。接通直流电源。
1．电解饱和食盐水反应原理
阳极反应：2Cl——2e— = Cl2↑
阴极反应：2H+ + 2e— = H2↑
a
b
总反应：2NaCl + 2H2O
2NaOH + Cl2↑+ H2↑
2．离子交换膜法制烧碱
1、电解槽组成： 阳极室：阳极材料为金属钛网，有钛、钌的氧化物涂层，
依反应式找出相关物质的关系式 依电子守恒进行计算。
1、在Cu-Zn原电池中，100mLH2SO4 溶液的浓度为 1mol/L , 若工作一段时间后，从装置中共收集到 1.12L 升气体，则流过导线的电子为———— mol,反应后溶液 的pH值为_________？（溶液体积变化忽略不计）
类题：资料244页举一反三第4题
书写注意事项：
①阴、阳极类似于原电池正、负极,电极反应式通常写离 子方程式，满足电子守恒
②总方程式通常写化学方程式，标条件：电解，若电解 的H+或OH-来自水，则反应物应写成水的形式，若来自 弱电解质，则应写弱电解质的分子形式。
电化学原理李荻电子版
电化学原理李荻电子版一、电化学原理1、电化学的定义及原理：电化学是指通过化学反应改变物质形态和组成，产生电流；或通过电流来改变化学物质的形态和组成。
电化学定律是指总能量和电荷守恒定律，其中总能量是指电荷以及反应物和产物实际热量（包括活化能）的总和，它表明在化学反应中，电荷是守恒的。
2、电化学反应：电化学反应由电解质和电荷守恒定律构成，是指电解质发生溶解作用，由此产生电话，甚至改变化学物质的形态和组成的现象。
电化学反应的性质可以用反应偏活性来表示，它是有机化学反应中的一种基本反应。
3、电化学电池：电化学电池是指通过电解质和反应物的电子交换反应的物质改变，产生无极性的自发电流的装置。
它是由阳极，阴极和电解液构成的电解电池。
电池工作原理即电解质发生溶解作用，从而产生电流，或者反向运行，即电流通过电池，产生电化学反应，最终变化物质的形态和组成。
4、电化学反应的应用：电化学的应用极为广泛，其中以冶金为主，如用电流改变合金的成分组成，以及用来开发新材料、新装备、新药物和新冶金工艺。
此外，电化学还有多种实用应用，如在制造精密机械制品、电器、特种催化剂、化学试剂、工业材料等方面，都得到了有效和广泛的运用。
二、李荻电化学1、李荻电化学：李荻电化学是由克里金学派在20世纪初发展出来的新理论，它以李荻（Liimuian）学派的思想为基础，将化学反应物经电动力的驱动，转变为电磁力的支配，发展了一套完整的新的电化学理论。
它由李荻派的思想、其他学者的研究成果和近代行业实践融会而出。
2、李荻电化学原理：李荻电化学是一种化学与物理相结合的理论，它认为所有化学反应都源自于原子间的电磁作用力；用克里金原理可以对电化学反应拟合等效电路，并用来计算等效上阻和下阻；另外，还可以借助等效电路计算其他非电化学反应，从而扩展出量子化学领域，开始研究由宇宙的精神属性引发的反应。
3、李荻电化学的应用：李荻电化学的实际应用有：一是用新发展的李荻电化学理论指导及优化电化学活性，使用克里金方法来设计电池、电极、电解质及电解液；二是研究催化剂的电化学响应，即催化剂中电子的迁移及反应应力；三是用李荻电化学的原理指导电化学的应用，比如金属的抗蚀性、合金的电化学性质等；四是研究混杂体中电磁隔离性对反应的影响、与电解质容量及电势的关系、极电位的调。
电化学原理-(李狄-著)北航出版社-课后5-9章习题参考答案
第五章1、在电极界面附近的液层中，是否总存在三种传质方式？为什么？每种传质方式的传质速度如何表示？答：电极界面附近的液层通常是指扩散层，可以同时存在着三种传质方式（电迁移、对流和 扩散），但当溶液中含有大量局外电解质时，反应离子的迁移数很小，电迁移传质作用可以忽略不计，而且根据流体力学，电极界面附近液层的对流速度非常小，因此电极界面附近液 层主要传质方式是扩散。
三种传质方式的传质速度可用各自的电流密度J 来表示。
电迁移： 对流：扩散：2. 在什么条件下才能实现稳态扩散过程？实际稳态扩散过程的规律与理想稳态扩散过程有 什么区别？答：一定强度的对流的存在是稳态扩散过程的前提。
区别：在理想稳态扩散条件下，扩散层有确定的厚度，其厚度等于毛细管的长度l ；而在真实体系中，由于对流作用与扩散作用的重叠，只能根据一定的理论来近似求得扩散层的厚度。
理想稳态扩散： 实际稳态扩散： 3. 旋转圆盘电极和旋转圆环圆盘电极有什么优点？它们在电化学测量中有什么重要用途？ 答： 旋转圆盘电极和旋转圆环圆盘电极上各点的扩散层厚度是均匀的，因此电极表面各处的电流密度分布均匀。
这克服了平面电极表面受对流作用影响不均匀的缺点。
它们可以测量并分析极化曲线，研究反应中间产物的组成及其电极过程动力学规律。
4. 试比较扩散层、分散层和边界层的区别。
扩散层中有没有剩余电荷？答：紧靠电极表面附近，有一薄层，此层内存在反应粒子的浓度梯度，这层叫做扩散层；电极表面的荷电粒子由于热运动而倾向于均匀分布，从而使剩余电荷不可能完全紧贴着电极表面分布，而具有一定的分散性，形成所谓分散层；靠近电极表面附近的液流层叫做边界层，越接近电极表面，其液流流速越小。
电极/溶液界面存在着离子双电层时，金属一侧的剩余电荷来源于电子的过剩或缺贫。
双电层一侧区可以认为各种离子浓度分布只受双电层电场影响，不受其它传质（包括扩散）过程的影响。
因此扩散层中没有剩余电荷。
5. 假定一个稳态电极过程受传质步骤控制，并假设该电极过程为阴离子在阴极还原。
920613-电化学原理-《电化学原理》课程教学大纲
《电化学原理及实验》课程教学大纲二、课程简介（黑体/小四；正文内容：宋体/小四）«电化学原理及实验教学大纲»是依据«高等学校化学专业培养目标»和«高等学校本科化学专业教学基本要求»，结合我院教学和教改的实际制定的。
它是电化学原理及实验教学的基本依据，是教师教学的指令性文件，是学生学习的指南。
本课程包括理论介绍和实验研究两个部分，其中理论介绍部分通过对电化学热力学、电极/溶液界面的结构与性质、电极过程动力学的概要介绍，帮助学生理解常用电化学研究方法的原理，使学生了解电极过程原理在研究过程中如何应用；实验研究则通过对常用电化学仪器和方法的使用，使学生掌握电化学研究的主要方法，并通过对实验结果的解析掌握电化学原理。
三、课程目标电化学原理及实验是高等学校应用化学专业的一门基础课程。
通过本课程的学习，学生应掌握电化学过程研究的基本原理和常用技术方法，能对一般的电化学现象进行简单的理论分析、提出控制电极过程的简单方法。
了解电化学理论在相关电化学专业中的应用，为电化学过程研究和专业课的学习打下良好的基础。
四、教学内容及要求第一章绪论教学基本要求：了解电化学的研究对象、内容和范围、发展简史及电化学在各个领域中的重要应用；准确离子间的相互作用，掌握电解质溶液的电导、活度等基本概念。
教学内容：（1）介绍电化学的研究对象、内容和范围。
（2）介绍电化学发展简史及电化学在各个领域中的重要应用。
（3）准确离子间的相互作用，掌握电解质溶液的电导、活度等基本概念重点与难点：正确理解氧化还原反应和电化学反应的区别；准确理解离子间的相互作用理论；电解质溶液的活度与活度系数等基本概念。
第二章电化学热力学教学基本要求：掌握相间电位、相对电极电位和绝对电极电位的概念，理解电化学体系的基本特征。
教学内容：（1）相间电位与电极电位：阐述电位的各种概念，相对电极电位与绝对电极电位的定义。
李狄电化学考试试卷
李狄电化学考试试卷李狄电化学考试试卷篇一：电化学第1章绪论第1章绪论1.1 电化学的发展与研究对象1.1.1 电化学的产生及其在历史上的作用1、电化学的产生电化学的产生与发展始于18世纪末19世纪初。
1791年意大利生物学家伽伐尼（Galvanic）从事青蛙的生理功能研究时，用手术刀触及解剖后挂在阳台上的青蛙腿，发现青蛙腿产生剧烈的抽动。
分析原因后认为，由于肌肉内有电解液，这时是偶然地构成了电化学电路。
这件事引起了很大的轰动。
当时成立了伽伐尼动物电学会，但未搞明白。
1799年伏打（Volta），也是意大利人，他根据伽伐尼实验提出假设：认为蛙腿的抽动是因二金属接触时通过电解质溶液产生的电流造成的。
故将锌片和银片交错迭起，中间用浸有电解液的毛呢隔开，构成电堆。
因电堆两端引线刺激蛙腿，发生了同样的现象。
该电堆被后人称为“伏打电堆”，是公认的世界历史上第一个化学电源。
2、电化学在历史上的作用伏打电堆的出现，使人们较容易地获得了直流电。
科学家们利用这种直流电得以进行大量的研究，大大地扩展了人们对于物质的认识，同时促进了电化学的发展，也极大地促进了化学理论的发展。
1）扩展了对于物质的认识。
最初人们认为自然界中有33种元素，实际上其中有一部分是化合物。
如：KOH、NaOH、NaCl、H2O 等。
1800年尼克松（Nichoson）、卡利苏（Carlisle）利用伏打电堆电解水溶液，发现有两种气体析出，得知为H2和O2。
此后人们做了大量的工作：如电解CuSO4得到Cu，电解AgNO3得到Ag，电解熔融KOH得到K等等。
10年之内，还得到了Na、Mg、Ca、Sr、Ba等，这就是最早的电化学冶金。
10年时间，人们所能得到或认识的元素就已多达55种。
没有这个基础，门捷列夫周期表的产生是不可能的。
2）促进了电学的发展1819年，奥斯特用电堆发现了电流对磁针的影响，即所谓电磁现象。
1826年，发现了欧姆定律。
这都是利用了伏打电堆，对于电流通过导体时发生的现象进行了物理学的研究而发现的。
电化学原理 教学大纲
电化学原理一、课程说明课程编号：060402Z10课程名称：电化学原理/Principles of Electrochemistry课程类别：全院选修/专业基础课学时/学分：48 /3（其中实验学时：4 ,课内上机学时：0 ）先修课程：大学物理、大学工科化学、物理化学、晶体学基础适应专业：材料科学与工程教材、教学参考书：李荻主编，电化学原理，北京航空航天出版社，2010年修订版。
二、课程设置的目的和意义意义：本课程是一门边缘学科，涉及到化学、物理化学、材料结构、金属加工、电工、电子学等多学科的知识，是金属腐蚀与防护、电池等课程的基础。
它是面向材料科学与工程一级学科下各专业的重要课程。
通过本课程的教学，培养工科学生对电化学等实际问题的分析能力，结合本学科的发展历史，激发学生在材料的制备、改性等方面的创新意识。
目的：通过学习使学生掌握电化学专业基础知识，学生能够进行金属腐蚀与防护处理、材料的电化学制备、化学电源的设计和制备等工作。
三、课程的基本要求1．知识掌握——A掌握基本的电化学知识，掌握电化学的热力学和动力学知识，对材料的电化学制备、改性和电化学性能有充分了解。
引导学生能将物理化学、物理和电工电子等知识应用于材料的制备和改性等，培养学生具备根据材料的要求选择合适电化学制备方法和改性的能力，利用电化学知识研发新材料的能力。
B掌握各种常见材料的电化学制备和改性的方法，能与专门从事电化学工业、金属腐蚀与防护等工作的实验人员共同设计试验方案，正确分析检测结果，并熟练开展相关科学研究。
2.能力培养——通过扎实的基础理论学习和过硬的实验技能训练，培养学生从事材料电化学制备、金属腐蚀与防护、电化学性能分析等实验技能，提升从事材料科学研究的基本能力和综合素质，为后继专业课学习、开展毕业论文及科学研究奠定坚实的基础。
3.素质——培养建立从材料设计、材料制备到实际应用的思维模式，提升学生发现问题和解决问题的基本素质。
化学电源原理课件
化学电源原理课件一、教学内容本节课的教学内容选自人教版初中化学九年级下册第14章“化学电源”的相关内容。
本节课主要介绍化学电源的原理和分类，包括原电池和电解池的工作原理及其应用。
具体内容包括：1. 原电池的构成条件和工作原理；2. 电解池的构成条件和工作原理；3. 化学电源的分类及其应用。
二、教学目标1. 理解原电池和电解池的构成条件和工作原理；2. 能够分析常见化学电源的类型及其应用；3. 培养学生的实验操作能力和观察能力，提高学生的科学思维能力。
三、教学难点与重点重点：原电池和电解池的构成条件和工作原理；难点：原电池和电解池的工作原理及应用。
四、教具与学具准备教具：多媒体课件、实验仪器（原电池和电解池的装置）、黑板、粉笔；学具：实验报告册、笔记本、笔。
五、教学过程1. 情景引入：通过展示手机、电动车等常见的化学电源设备，引导学生思考：这些设备是如何将化学能转化为电能的？2. 知识讲解：a. 原电池：介绍原电池的构成条件（两种不同金属、电解质溶液、闭合回路）和工作原理（化学反应产生电子移动，形成电流）；b. 电解池：介绍电解池的构成条件（电源、电解质溶液、电极）和工作原理（外加电源提供电能，促使化学反应发生）。
3. 实验演示：进行原电池和电解池的实验，让学生观察实验现象，加深对原理的理解。
4. 例题讲解：分析实际应用中的原电池和电解池实例，如干电池、铅蓄电池、电解水等。
5. 随堂练习：让学生根据所学内容，分析常见的化学电源设备，如燃料电池、锂离子电池等。
7. 板书设计：a. 原电池：构成条件（两种不同金属、电解质溶液、闭合回路）→ 工作原理（化学反应产生电子移动，形成电流）；b. 电解池：构成条件（电源、电解质溶液、电极）→ 工作原理（外加电源提供电能，促使化学反应发生）。
8. 作业设计1. 请列举生活中常见的化学电源设备，并简要说明其工作原理；2. 根据原电池和电解池的构成条件，设计一个简单的原电池或电解池实验。
电解与极化作用
本章介绍电解池的极化作用、电解在工业上的应用及金属的防腐和化学电源等。
10.1 分解电压
理论分解电压 使某电解质溶液能连续不断发生电解时所必须外加的最小电压，在数值上等于该电解池作为可逆电池时的可逆电动势。
电解：
01
在电池上若外加一个直流电源，并逐渐增加电压直至使电池中的物质在电极上发生化学反应，这就是电解过程。
氢在几种电极上的超电势
Tafel 公式（Tafel’s equation） 早在1905年，Tafel 发现，对于一些常见的电极反应，超电势与电流密度之间在一定范围内存在如下的定量关系：
式中j是电流密度，[j]是j的单位，这样表示使对数项中为纯数。a,b是常数。常数a是单位电流密度时的超电势值，它与电极的材料、电极表面状态、溶液组成以及实验温度等有关。
阴极 Ag+ + e- Ag
（2）阳极 Ag Ag+ + e-
结论：
01
浓差极化使阴减小，阳增加
02
可通过加热、搅拌降低浓差（因电极表面有扩散层存在，不可能完全消除浓差）。
03
极谱分析（利用滴汞电极上所形成的浓差极化）。
04
电极反应总是分若干步进行，若其中一步反应速率较慢，需要较高的活化能，为了使电极反应顺利进行所额外施加的电压称为电化学超电势（亦称为活化超电势），这种极化现象称为电化学极化。
甘汞电极
电位计
A
+
3.极化曲线—超电势的测定
超电势或电极电势与电流密度之间的关系曲线称为极化曲线， 极化曲线的形状和变化规律反映了电化学过程的动力学特征。
例：298K时，用Pb（s）电极来电解H2SO4溶液（0.10mol·kg-1，γ±=0.265），若在电解过程中把Pb阴极与另一摩尔甘汞电极相连组成原电池，测得其电动势E=1.0685V，试求H2（g）在Pb上的超电势。 （只考虑H2SO4的一级电离。已知φ甘汞=0.2802V） 解：E = 甘汞 － 不可逆 = 1.0685V 而 不可逆 = 可逆－ηH2 (2H+ +2e-=H2) 所以：ηH2 = E－ 甘汞＋ 可逆 = 1.0685－0.2802＋RT/FlnαH+ = 0.7883＋0.05916lg（0.265×0.1） =0.6950V
电化学原理李狄-第十章化学电源
电化学极化过电位
浓差极化过电位
由第六章知：
• 电化学极化过电位和浓差极化过电位可分别表示 为：
电
-
RT
F
ln
j0
RT
F
ln
I A
浓
-
RT nF
ln(1
I A
jd
)
电池的极化电阻为：
dV RT RT
RT
RT
dI
cFI
aFI nF(A jd,c I) nF(A jd,a I) RI
解液）
性能比较
一、锰干电池
• 电(淀池粉表糊示化：)|M(-)nZOn2|N+CH(4+C)l+ZnCl2混合溶液 • 以二氧化锰为正极，锌为负极，并以氯化
铵水溶液为主电解质，用纸、棉或淀粉等 使电解质凝胶化。
• 用途：照明，携带式收音机，火箭点火等 • 形状：圆筒形、方形、扁平形、纽扣形
单体、多个串联或并联
Cd
2.10
MnO2
3.24
Zn
1.22
Ni2O3
3.08
AI
0.33
AgO
2.33
CH4
0.03
O2
0.30
H2
0.04
四、自放电
• 化学电源在不向外输出电流时消耗活性物 质的现象。
• 产生原因：活性物质内与电解质中的杂质 使电池内形成局部电池。这种局部电池造 成了电池内部短路，促进腐蚀，引起自放 电。
第十章
化学电源
L/O/G/O 冶金工程 高萌
目录
电池类型与电池反应 电池的性能
电池反应动力学 一次电池 二次电池
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四、自放电
• 化学电源在不向外输出电流时消耗活性物 质的现象。 • 产生原因：活性物质内与电解质中的杂质 使电池内形成局部电池。这种局部电池造 成了电池内部短路，促进腐蚀，引起自放 电。
锌锰干电池的自放电
• 活性物质锌溶解在电解液中被消耗掉： Zn→Zn2++2e • 同时锌电极表面发生： 2H++2e→H2 • 总反应为：
五、电池的效率（简介）
1、效率表示方法 电池的总效率 0 是指电池中化学反应放出的总能 量与转变为电功的能量之比 0 i v f
G 100% • 最大热效率 i H
• 电压效率
V v 100% E
I • 法拉第电流效率 f 100% Im
P
t
0
V Idt
Er Q
100%
二次电池的电量效率和能量效率
Q
t1
0 t2
I1 d t I 2 dt
100%
0
P
t1
0 t2
V1 I 1d t V2 I 2d t
100%
0
10.3 电池反应动力学（简介）
• 在固体活性物质—水溶液体系中，电池反 应的速度控制步骤一般有三种：
Zn+ 2H+→ Zn2++H2 ①若为高纯度锌，则锌表面析氢过电位很高， 不会发生自放电。 ②若锌电极表面有铜、铁之类的低析氢过电位 杂质存在，自放电会很容易进行。 ③若电解液中溶解有氧，则发生反应：
4H++O2+4e=2H2O
如何避免自放电
• 活性物质在电解液中的溶解度应该尽可能 小； • 电池体系内应尽可能避免存在容易形成局 部电池的杂质； • 对于自放电剧烈的电池，往往制成注液型 电池，只在使用前才注入电解液。
RT RT I 0 电 ln j ln F F A
RT I 浓 ln( 1 ) nF A jd
电池的极化电阻为：
dV RT RT RT RT RI dI c FI a FI nF ( A jd ,c I ) nF ( A jd ,a I )
△G<0,反应自发进行。
10.2 电池的性能
电池性能的要求：
①电动势高，放电时电动势的下降及随时间 的变化小； ②质量比容量或体积比容量高； ③活性物质的利用率大； ④维护方便、贮存性及耐久性优异； ⑤价格低廉。
一、电池电动势
正负极电极电位：
RT aP1 ln nF aP 2
0
反应机理
• 一般认为，首先在负极Zn上发生： Zn+2Cl-→ZnCl2含水+2e 该反应的电位随电解液pH值变化 在pH值为1.3~3.85范围内E=-0.4650.0733pH (E=-0.56~-0.85V) 在pH值为3.9~5.0范围内E=-0.3920.0916pH (E=-0.75~-0.85V)
• 电池欧姆内阻RI由电极、活性物质和电解质溶液 中的欧姆电阻组成。 • 大致包括： ①活性物质为电子导体，本身作电极使用的电阻 ②惰性电极与活性物质接触形成接触欧姆电阻 ③充、放电反应过程中反应物或产物也会产生电阻，
且电阻大小不断变化
④电解液的电阻
引起极化的主要原因
• 反应前后在电解质溶液和固体活性物质中 都有物质的迁移。在活性物质中反应物粒 子或产物粒子的迁移速度比在电解液中的 要慢得多，从而引起极化。 • 解决办法： 电池反应伴有化学反应过程时添加催 化剂，在电极上添加催化剂，提高电池工 作温度，减小电池的内阻
第十章
化学电源
L/O/G/O
冶金工程
高萌
目录
电池类型与电池反应 电池的性能 电池反应动力学 一次电池 二次电池
10.1 电池类型与电池反应
一、电池类型 利用物质的化学变化或物理变化，并把这 些变化所释放出来的能量直接转变成电能 的装置，叫做电池。
• 化学电池：把化学反应产生的能量转换成 电能的装置 • 物理电池：把物理反应产生的能量转换成 电能的装置
分类
蓄电池 原电池 （二次电池） 燃料电池
（一次电池）
原子能电池 太阳能电 池 热电发电器
化学电池
物理电池
活性物质
• 电池中发生氧化还原反应放出能量的
物质，称为活性物质。 • 活性物质仅能使用一次—一次电池 放电后经充电可继续使用—二次电池
二、化学电池的反应
• 化学电池由正极、负极和电解质构成。 • 电解质：酸性水溶液、碱性水溶液、各种 盐类的中性水溶液，部分非水溶液、融盐 类、固体电解质 • 电极反应： 正极：P1+ne=P2 负极：N1=N2+ne 总反应：P1+N1=N2+P2
三、容量（额定容量）
• 定义：在给定的放电条件下，电池放电至终止电 压时所放出的电量。单位：安时（Ah） • 1安时（Ah）等于用1安培（A）的电流放电1小 时（h）
• 比容量：单位体积的容量或单位质量的容量，为 提高比容量，活性物质电化当量要小。 • 电极活性物质在放电过程中，由于反应生成物对 活性物质放电的影响，往往只有部分活性物质能 发生放电反应。活性物质利用率一般在30%-50% 之间。
• 电解液： 为使电池便于维护，通常使用水溶液 作为电池的电解液
• 特例：强氧化剂F和强还原剂Li，Na等在水 中能与水发生剧烈的氧化还原反应； 它们必须使用非水溶液、融盐类或固 体电解质作为电解质。
二、充、放电过程中的电极极化及端电压随 时间的变化
• 无论电池的电动势有多高，在放电时，电 池的端电压总是要下降，而在充电时又总 是要升高—电池反应的必然规律，影响电 池性能的主要问题
反应机理
正极反应，在很宽的电流范围内放电时： ⑴ MnO1.92→MnO1.7从晶格膨胀到非晶态生成物； ⑵ MnO1.7→ MnO1. 5→ -MnOOH； ⑶ MnO1. 5 →MnO1.33→Mn3O4； ⑷最终产物MnO1.0→Mn(OH)2；
负极反应，在碱性溶液中： Zn+4OH-→Zn(OH)42-+2e • 锌以四羟基锌络离子的形式溶解，当四羟 基锌络离子在溶液中达到饱和时，即变成 氢氧化锌乃至氧化锌： Zn(OH)42-→ Zn(OH)2+2OHZn(OH)2→ZnO+2e
• 分类：开放式、密封式、免维护式 • 结构：Pb|H2SO4|PbO2,Pb 额定电压为2.0V
电动三轮车专 用
UPS及电动摩 托车用
6V、12V起动 用干荷电铅酸 蓄电池
OA型启动系列蓄 电池
电动车用铅酸 电池
蓄电池主要由极板、隔板、电解液和外壳组 成 。蓄电池由3只或6只单格电池串联而成， 每只单格电池电压约为2V，串联成6V或12V 以供汽车选用。
表10.3 获得1Ah电量所需的活性物质量
正极活性物质 1Ah所需要的 负极活性物质 1Ah所需要的 活性物质 活性物质
PbO
4.45
Pb
3.87
HgO
MnO2 Ni2O3 AgO O2
4.03
3.24 3.08 2.33 0.30
Cd
Zn AI CH4 H2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2.10
1.22 0.33 0.03 0.04
负极总反应：Zn+2OH-→ZnO+H2O+2e
10.5 二次电池
• 定义：可反复进行充放电的电池
一、铅酸蓄电池
• 铅酸电池的历史是以1859年法国人普兰特 的研究为开端的，当时普兰特发现，当直 流电通过浸在稀硫酸中的两块铅板时，在 两块铅板上能够重复的产生电动势，他便 以此为基础制成了蓄电池.
• 电池设计的目标是使 v 、 f 为1
2、功率与电流密度的关系
P VI
I Sj
3、极限情况下的最大电功 (1)电池电压与电流成线性关系
Emax=E/2 Imax=E/2m
(2)电池电压与电流密度 成半对数关系
Lnjmax=(E+a-b)/b Emax=b
3、活性物质的利用率 t 0 Idt 100% Q Q 4、电池的能量效率
和
RT aN1 - ln nF aN 2
0 -
电池的电动势：
RT a P 1a N 1 E - - - ln nF a P 2a N 2
0 0 -
根据电化学热力学可知：
G RT a P 1a N 1 0 EE ln nF nF a P 2a N 2
• 分类：干电池、湿电池、注液电池
使用量最大：锌锰电池 • 糊状干电池（用淀粉或甲基纤维素把NH4Cl 与ZnCl2混合电解液变成凝胶状） • 纸板干电池（把电解液吸附在纸板中） • 碱性干电池（使用吸液性隔膜吸附KOH电 解液）
性能比较
一、锰干电池 • 电池表示：(-)Zn|NH4Cl+ZnCl2混合溶液 (淀粉糊化)|MnO2+C(+) • 以二氧化锰为正极，锌为负极，并以氯化 铵水溶液为主电解质，用纸、棉或淀粉等 使电解质凝胶化。 • 用途：照明，携带式收音机，火箭点火等 • 形状：圆筒形、方形、扁平形、纽扣形 单体、多个串联或并联
二、碱锰电池 • (-)Zn(汞齐化)|NaOH或KOH(30%~40%)水 溶液+ZnO|MnO2+石墨(+) • 外壳是正极，中央部位是锌负极，组成反 极结构 正极活性物质：高纯度电解二氧化锰， 并加入鳞片状石墨作为导电剂 电解液：30%的KOH水溶液，其中添 加10%~20%ZnO或Zn(OH)2 外壳：钢制的容器
（1）伴有离子和电子传递的固相反应 （2）反应生成物参与的固、液相反应 （3）反应生成物溶解、再析出反应