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“互聯網+”與移動學習相結合的立體化教材,十個電化學演示實驗視頻掃描二維碼即可觀看。 《電化學基礎教程》(第二版)系統介紹了電化學的基本原理、方法及應用,注重物理化學與電化學的知識體系銜接,重視基本概念的闡述,內容新穎、難易適中。全書分為四個部分,第一部分介紹電化學體系的組成以及導體和液、固態電解質的性質(第1~3章);第二部分介紹電化學熱力學原理以及電極/溶液介面雙電層的結構、性質和研究方法(第4、5章);第三部分介紹電極過程動力學基本原理及研究方法(第6~9章);第四部分介紹化學電源、電鍍、電解、腐蝕防護等領域一些實際電極過程的基本原理(第10章)。 《電化學基礎教程》(第二版)主要供高等院校應用化學、物理化學及相關專業作為電化學原理教材使用,也可供化學電源、表面處理、工業電解、腐蝕防護、電分析化學、材料電化學等領域的教學、科研、技術人員參考。
第1章 緒論1 1.1電化學簡介1 1.2電化學的歷史2 1.3電化學研究領域的發展4 1.4本書結構與學習方法6 複習題6 第2章 導體和電化學體系7 2.1電學基礎知識7 2.1.1電場與電勢7 2.1.2導體及其在電場中的性質8 2.2兩類導體的導電機理9 2.2.1電子導體的導電機理9 2.2.2離子導體的導電機理10 2.3電化學體系11 2.3.1兩類電化學裝置11 2.3.2從電子導電到離子導電的轉換12 2.4法拉第定律13 2.5實際電化學裝置的設計14 2.5.1實際電化學裝置的組成14 2.5.2實際電化學裝置設計示例15 複習題17 第3章 液態電解質與固態電解質18 3.1電解質溶液與離子水化18 3.1.1溶液中電解質的分類18 3.1.2水的結構與水化焓18 3.1.3離子的水化膜20 3.1.4固/液介面的水化膜21 3.2電解質溶液的活度22 3.2.1活度的概念22 3.2.2離子的平均活度23 3.2.3離子強度定律24 3.3電解質溶液的電遷移25 3.3.1電解質溶液的電導率25 3.3.2離子的淌度27 3.3.3離子遷移數29 3.3.4水溶液中質子的導電機制30 3.4電解質溶液的擴散31 3.4.1Fick第一定律31 3.4.2Fick第二定律33 3.4.3擴散係數34 3.5電解質溶液的離子氛理論35 3.5.1離子氛的概念35 3.5.2鬆弛效應與電泳效應36 3.5.3盎薩格(Onsager)極限公式37 3.5.4交流電場和強電場對電解質電導的影響37 3.6無機固體電解質38 3.7聚合物電解質39 3.8熔鹽電解質41 3.8.1熔融電解質41 3.8.2室溫離子液體42 複習題43 第4章 電化學熱力學45 4.1相間電勢與可逆電池45 4.1.1內電勢與外電勢45 4.1.2介面電勢差47 4.1.3電化學勢與費米能級47 4.1.4可逆電池48 4.2電極電勢49 4.2.1氫標電極電勢與Nernst方程50 4.2.2氫標電極電勢在計算中的應用51 4.2.3可逆電極52 4.3液體接界電勢53 4.4離子選擇性電極55 4.4.1膜電勢55 4.4.2玻璃電極56 4.4.3其他類型的離子選擇性電極57 複習題59 第5章 雙電層60 5.1雙電層簡介60 5.1.1雙電層的形成60 5.1.2離子雙層的形成條件61 5.1.3理想極化電極與理想不極化電極62 5.2雙電層結構的研究方法63 5.2.1電毛細曲線63 5.2.2微分電容曲線65 5.2.3零電荷電勢67 5.2.4離子表面剩餘量68 5.3雙電層結構模型的發展69 5.3.1Helmholtz模型與Gouy-Chapman模型69 5.3.2Gouy-Chapman-Stern模型70 5.3.3Grahame模型與特性吸附76 5.3.4Bockris模型與溶劑層的影響79 5.4有機活性物質在電極表面的吸附80 5.4.1有機物的可逆吸附81 5.4.2有機物的不可逆吸附84 複習題84 第6章 電化學動力學概論86 6.1電極的極化86 6.1.1極化與過電勢86 6.1.2極化曲線與三電極體系86 6.1.3穩態極化曲線的測量89 6.1.4電化學工作站90 6.2不可逆電化學裝置90 6.3電極過程與電極反應92 6.3.1電極過程歷程分析92 6.3.2電極反應的特點與種類93 6.4電極過程的速率控制步驟94 6.4.1速率控制步驟94 6.4.2常見極化類型96 6.4.3電極過程的特徵及研究方法96 複習題97 第7章 電化學極化99 7.1電化學動力學理論基礎99 7.1.1化學動力學回顧99 7.1.2電子轉移的動態平衡與極化本質101 7.1.3電子轉移動力學理論發展簡介103 7.2電極動力學的Butler-Volmer模型104 7.2.1單電子反應的Butler-Volmer公式104 7.2.2傳遞係數108 7.2.3標準速率常數108 7.2.4交換電流密度109 7.3單電子反應的電化學極化111 7.3.1電化學極化下的Butler-Volmer公式111 7.3.2Tafel公式111 7.3.3線性極化公式113 7.4多電子反應的電極動力學114 7.4.1多電子反應的Butler-Volmer公式114 7.4.2多電子反應的電化學極化117 7.4.3多電子反應中控制步驟的計算數118 7.5電極反應機理的研究118 7.5.1利用電化學極化曲線測量動力學參數119 7.5.2電極反應的級數120 7.5.3平衡態近似與電極反應歷程分析120 7.6分散層對電極反應速率的影響——ψ1效應122 7.6.1分散層電勢差對電極動力學的影響122 7.6.2考慮了ψ1電勢的動力學公式123 7.6.3過硫酸根離子還原極化曲線分析124 7.7平衡電勢與穩定電勢125 7.7.1穩定電勢125 7.7.2如何建立平衡電勢126 複習題127 第8章 濃度極化130 8.1液相傳質130 8.1.1液相傳質方式130 8.1.2液相傳質流量131 8.1.3支持電解質132 8.2擴散與擴散層133 8.2.1穩態擴散與非穩態擴散133 8.2.2擴散層134 8.3穩態擴散傳質規律135 8.3.1理想穩態擴散135 8.3.2穩態對流擴散136 8.4可逆電極反應的穩態濃度極化140 8.4.1產物不溶141 8.4.2產物可溶,且產物初始濃度為零142 8.4.3產物可溶,且產物初始濃度不為零144 8.5電化學極化與濃度極化共存時的穩態動力學規律145 8.5.1混合控制的穩態動力學公式146 8.5.2電化學極化和濃度極化特點比較148 8.6流體動力學方法簡介149 8.6.1旋轉圓盤電極149 8.6.2旋轉環盤電極152 8.7電遷移對擴散層中液相傳質的影響153 8.8表面轉化步驟對電極過程的影響155 8.8.1表面轉化步驟控制時的動力學公式156 8.8.2均相表面轉化與液相傳質共同控制時的動力學公式157 複習題159 第9章 基本暫態測量方法與極譜法161 9.1電勢階躍法161 9.1.1平面電極的大幅度電勢階躍163 9.1.2時間常數166 9.1.3微觀面積與表觀面積169 9.1.4球形電極的大幅度電勢階躍170 9.1.5微電極172 9.1.6准可逆和不可逆電極反應的電勢階躍174 9.2電流階躍法176 9.2.1電流階躍下的粒子濃度分佈函數177 9.2.2可逆電極反應的電勢-時間曲線179 9.2.3不可逆電極反應的電勢-時間曲線181 9.2.4電極反應動力學參數測量方法小結182 9.3迴圈伏安法183 9.3.1掃描過程中的濃度分佈曲線變化183 9.3.2可逆體系的迴圈伏安曲線185 9.3.3准可逆和不可逆體系的迴圈伏安曲線187 9.3.4吸脫附體系的迴圈伏安曲線188 9.3.5雙層電容與溶液電阻對CV曲線的影響189 9.4電化學阻抗譜189 9.4.1電工學基礎知識190 9.4.2阻抗複平面圖191 9.4.3電化學體系的等效電路與阻抗譜192 9.4.4阻抗譜的半圓旋轉現象與常相位元件195 9.4.5阻抗譜的資料處理與解析196 9.5滴汞電極與極譜法196 9.5.1滴汞電極197 9.5.2擴散極譜電流198 9.5.3極譜波200 複習題202 第10章 實際電極過程204 10.1電催化概述204 10.2氫電極過程206 10.2.1氫在電極上的吸附206 10.2.2氫的陰極還原208 10.2.3氫的陽極氧化211 10.3氧電極過程213 10.3.1氧的陰極還原機理214 10.3.2氧在電極上的吸附216 10.3.3氧陰極還原的電催化劑216 10.3.4氧的陽極氧化機理218 10.4金屬陰極過程218 10.4.1金屬陰極過程基本特點219 10.4.2簡單金屬離子的陰極還原220 10.4.3金屬配離子的陰極還原221 10.4.4電結晶222 10.4.5電解法製備金屬粉末224 10.4.6電鑄225 10.5金屬陽極過程225 10.5.1正常的金屬陽極溶解過程225 10.5.2金屬的鈍化226 10.5.3金屬的自溶解228 10.5.4金屬腐蝕與防護230 10.5.5金屬電解加工與拋光233 10.5.6電池中鋅電極的陽極過程234 10.5.7鋁合金的陽極氧化235 複習題237 附錄 標準電極電勢表(298.15K,101.325kPa)239 習題答案241 參考文獻242 符號表243
高鵬,男,本科、碩士畢業于哈爾濱工業大學電化學專業,博士畢業于哈工大材料學專業,現在哈工大(威海)電化學專業任教,主講電化學原理、結構化學、化學電源工藝學等課程。主要研究方向為鋰離子電池材料,發表科研論文20餘篇,包括《Journal of Power Sources》等SCI-Top期刊。出版《從量子到宇宙》科普圖書一部,獲評2017年3月“中國好書”。
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