研究生电化学基础教程-朱果逸

电化学：研究过程规律、工作 机理，实现应用如能量转换 、防腐蚀、材料制造等。
版权 2000~3
精品课件
24
基础知识
基础122
物理化学：热力学动力学，容量性质，强 度性质，熵，自由能，活度，化学势，活 化能，平衡常数，速度常数，吸附，静电 作用，布郎运动，能级，费米能级，波兹 曼分布，泊松公式，菲克定律，流体力学 ，流量，扩散….
对流：温差/搅拌驱动的运动
版权 2000~3
精品课件
14
研究什么？
基础112
研究对象：反应物和产物 反应场所：电极表面及固液界面区 过程：氧化，还原,电迁移,扩散,对流
版权 2000~3
精品课件
15
如何研究？
基础113
降低复杂性：单电极上反应
可控制反应：电极电势/电流
可测量：电势/电流/浓度/时间 /...
版权 2000~3
精品课件
29
过程模型
(a)
W2 +
界面203
W1
(b)
版权 2000~3
W2
W1
精品课件
30
能量变化
真空中无穷远处 i, , =0
真空中距表面近处 i=0, =
实物相内空穴中 i=0, =
实物相内部
i
=
i
zi e0 W1
zie0
zi e0 W2
i
版权 2000~3
版权 2000~3
精品课件
7
电子离子
基础105
电子电路：电压V, 电流I , 电阻
R
电容C, 电感……
离子导电：电势E(V), 电流
I,
？？相关化学
变化
版权 2000~3
精品课件
8
电子离子
R1
基础106
C
等效电路
R2
R1溶液电阻，C界面电容
R2？？相关化学变化
版权 2000~3
精品课件
9
电子离子
原子的电子共享：化合、复分解…
原子相对位置的重排：结晶、晶体结 构…
伴随变化：光、热、电、结晶、相变等
版权 2000~3
精品课件
4
电化学
基础102
化学：研究物质变化极其伴随现象的规律和 关系，物质的量(浓度、摩尔)、变化的 快慢(速度)、变化的程度(平衡)、变化 的条件….
电化学：相界面上伴随电子转移的化学变化
结论/规律
版权 2000~3
精品课件
20
目标
基础118
实验－控制测量
－>获得变量关系
－>分析动力学，热力学，速度 常数，平衡常数，反应历程， 控制步骤。
版权 2000~3
精品课件
21
复杂特点
多种物种粒子
基础119
多种串接或并发的反应
复杂的反应环境：异相反应(材料 ，表面积，活性中心，吸附，界 面电场)，
版权 2000~3
精品课件
5
电子离子
基础103
相：电子导电相(金属)和离子导 电相(电解质溶液)
物理量：电压(电势)、电流(反应 速度)、物种浓度、其它条件 (温度、搅拌…)
版权 2000~3
精品课件
6
电子离子
基础104
电子导电：能量传送 几乎没有物质的变化
离子导电：电子转移 能量转换 伴随物质的(化学)变化
基础107
电子电路：并联、串联, V=IR, 欧姆定律, 基尔霍夫定律
离子导电：相同规律, 只是R表达复 杂, 与E 、I、化学变化相关
版权 2000~3
精品课件
10
电池过程
阳极 Zn
基础108
1.1 V 阴极
盐桥
Cu
ZnSO4
CuSO4
版权 2000~3
精品课件
11
电池过程
基础109
Zn (s) + CuSO4 (aq) ZnSO4 (aq) + Cu (s)
界面目录
电势定义
固液界面性质
界面模型
电势、吸附、极化
版权 2000~3
精品课件
27
测量基础
界面201
测量？
基准参考点！
电压，电流------
单电极电势？
版权 2000~3
精品课件
28
电势定义
界面202
静电势基准：真空无限远处的点电 荷为零电势 (物理)
电化学：离子=带电荷的物质粒子 需要考虑：电作用＋化学作用
可分析：各变量间的关系
版权 2000~3
结论/规律
精品课件
16
电极上反应
步骤构成：
基础114
(1)反应物粒子从溶液向电极表 面移动－传质步骤，如扩散 ，强制搅拌，超声搅拌等，
(2)可能的化学反应－前置步骤 ，如化学反应，吸附等，
版权 2000~3
精品课件
17
单电极上反应
基础115
(3)在电极表面得失电子－电化学步骤 ，
影响因素：化学作用和电场作用
版权 2000~3
精品课件
22
实验特点
主要工具和技术：
基础120
恒电位仪－控制电极电势，测 量电流；或控制电流，测量电 极电势。时间、物种极其浓度
其它：光谱、表面、结构分析
版权 2000~3
精品课件
23
电分析与电化学
基础121
电分析化学：寻找可用于定性 定量分析的关系和分析条件 ，实现分析方法和技术。
电势，能斯特公式，电学基本概念
版权 2000~3
精品课件
25
参考书
基础123
查全性，电极过程动力学导论，第三版，
科学出版社，2002，www.sciencep.com
A.J.Bard, L.R.Faulkner, 电化学方法－ 原理和应用
其它电化学、电分析基础理论教材
版权 2000~3
精品课件
26
半反应:
oxidation redu2cet- ion
Zn (s) Cu2+ + 2e-
Zn2+阳+极 Cu 阴(s)极
版权 2000~3
精品课件
12
电解池
基础110
电解池构成:
阴极, 阳极,电解质
版权 2000~3
精品课件
13
过程
基础111
氧化，还原
电迁移：电场驱动的运动
扩散：浓度差驱动的运动
(4) 可能的化学反应－后置步骤，如脱 附，化学反应等，
(5)产物粒子离开电极表面向溶液移动 ，或生成新相如气体或沉积固体。
版权 2000~3
精品课件
18
控制反应
基础116
版权 2000~3
精品课件
19
测量分析
基础117
电子线路：控制测量电势/电流/ 浓度/时间/...
计算机：分析数据，获取各变量 间的关系
精品课件
基础204
i
-
W
i
31
能量变化
界面205
参数与位置 ( = - )
位置 真空无限远
静电 势
0
Hale Waihona Puke Baidu
粒子的能量参数
化 学 电化学势
势
0
0
能量变化 脱出功
相表面附近 (真空) 相内空穴(真 空) 相内物质(实 体) 版权 2000~3
电分析化学课程
版权 2000~3
精品课件
第一部分
内容目录
电化学与电分析基础 固液界面性质 扩散传质 电极过程动力学 模拟与拟合
版权 2000~3
精品课件
2
基础目录
基础目录
化学基础
电子导电、离子导电
电极过程
电化学与电分析
基础知识与参考书
版权 2000~3
精品课件
3
化学反应
基础101
原子间的电子得失：化合、分解…