电化学研究方法第一章aa.ppt

现 代 电 化 学 华南理工大学化学与化工学院主讲教师：曾振欧现代电化学课程学习章节Ø绪论(电化学科学的基础知识)Ø电解质溶液Ø电化学热力学与相间电势Ø界面现象与双电层结构Ø电极过程动力学Ø重要的电极过程Ø电化学研究方法(稳态方法及测试系统)Ø金属表面处理与电镀技术Ø现代化学电源技术 第一章 绪 论Ø电化学科学的概念Ø电化学的发展历史Ø现代电化学的应用与新领域§1-1电化学科学的概念Ø什么是电化学科学Ø电化学反应的特点Ø电化学反应体系Ø现代电化学的主要内容什么是电化学科学Ø电化学是研究化学能与电能的相互转化以及这个 转化过程中有关现象和规律的科学Ø电化学分为电化学热力学和电化学动力学 Ø无机化学,物理化学和分析化学讨论的电化学属于 电化学热力学-----经典电化学Ø现代电化学主要是讨论电化学动力学Ø电化学具有特有的新理论,新方法和应用领域Ø电化学是一门不同于化学的独立学科,也是在许多 学科领域中占有重要地位的边缘学科什么是电化学反应Ø消耗外部电能或直接对外提供电能的氧化还原反 应称之为电化学反应Ø电化学研究的电化学反应属于氧化还原反应但又 不同于一般化学中讨论的氧化还原反应Ø任何氧化还原反应原则上都可按照一般化学反应 机理形式进行或按照电化学反应机理形式进行,但 反应机理形式不同时具有完全不同的特点一般氧化还原反应一般氧化还原反应具有的特点Ø反应质点必须直接接触发生碰撞Ø反应质点碰撞时电子转移经历的路径很短(碰 撞时直接进行电子交换)Ø反应质点间的碰撞具有混乱性(电子可在空间 任何方向上转移)Ø反应伴随的能量效应为热能形式(吸、放热) 电化学反应电化学反应具有的特点Ø反应质点不发生碰撞(反应质点在空间上是完 全隔开的)Ø电子转移经过的路径很长而有一个公共通道( 导线连接)Ø电子通过外电路由阳极流向阴极而具有方向 性(产生电流)Ø反应伴随的能量效应为电能形式两种机理形式的比较Ø一般化学反应机理Ø反应质点直接接触发生碰 撞Ø电子转移经历的路径很短Ø质点碰撞(电子转移)具有 混乱性Ø反应的能量效应为热能形 式(吸、放热)Ø电化学反应机理Ø反应质点不发生碰撞(反应 在空间上是完全隔开的)Ø电子转移经过的路径很长Ø电子转移具有方向性(产生 电流)Ø反应的能量效应为电能形 式电化学反应过程的必要条件Ø反应质点不直接接触而与两电极相接触，再用金属 导体连接两电极，是进行电化学反应过程的必要条 件Ø任何氧化还原反应原则上都可以按照一般化学反应 机理形式进行或按照电化学反应机理形式进行Ø氧化还原反应按照不同机理形式进行时的总反应和 总能量变化相同，但其能量效应和反应动力学规律 不同电化学反应体系Ø实现电化学反应过程所需的特定体系称之为电化学 反应体系----简称电化学体系Ø一般电化学体系由电解质溶液、电极和外电路三部 分组成Ø电解质溶液（第二类导体----离子导体）Ø电极（第一类导体----电子导体）Ø外电路（第一类导体----电子导体）电化学反应体系Ø电化学体系是由第一类导体(电子导体或电子 相)和第二类导体(离子导体或离子相)串联组 成的电路Ø电化学又定义为研究第一类导体(电子导体) 与第二类导体(离子导体)界面上所发生现象 的科学电化学反应体系Ø一个电化学体系是由电极/电解质溶液/电极串联组成Ø电化学体系可以处于平衡态或非平衡态Ø电化学热力学讨论平衡电化学体系Ø电化学动力学讨论非平衡电化学体系Ø由化学变化而产生电能的电化学体系称为化学电源或简称为 电池Ø由外部提供电能引起化学变化的电化学体系称为电解池电化学体系中有关电极的定义Ø发生氧化反应（失去电子）的电极体系叫阳极Ø发生还原反应（得到电子）的电极体系叫阴极Ø电解池的阳极(发生氧化反应)----正极(电势正)Ø电解池的阴极(发生还原反应)----负极(电势负)Ø化学电池的正极(电势正)----阴极(发生还原反应)Ø化学电池的负极(电势负)----阳极(发生氧化反应) 现代电化学的主要内容Ø电解质溶液Ø 电化学热力学 Ø 界面电化学Ø 电极过程动力学 Ø 电化学研究方法 Ø 电化学的实际应用§1-2电化学的发展历史Ø电化学至今已有两百多年的历史(1791-现 在)Ø1900年以前为电化学热力学发展与完善阶 段Ø1900年以后为电化学动力学发展与逐步完 善阶段Ø1960年以后主要为电化学方法发展与电化 学推广应用阶段电化学发展的重要事件Ø1791年伽伐尼 Galvani生物电的发现Ø1799年伏打Volta电堆 Ø1834年法拉第Faraday定律Ø1839年格罗夫 Grove提出了氢-氧燃料电池Ø1853年海姆荷兹Helmholtz双电层结构模型Ø1887年阿累尼乌斯 Arrenius电离理论Ø1889年原电池的能斯特Nernst方程(电化学热力学理 论基础)Ø1905年塔费尔Tafel方程(电化学动力学理论的开始) §1-3电化学的应用与新领域Ø电化学工业(各种无机与有机化学产品的制备)Ø 电化学冶金(电解提取金属与金属电解精炼)Ø 化学电源(干电池、蓄电池、燃料电池) Ø 金属的腐蚀与防护 Ø 金属表面处理与电镀 Ø 电子工业中电子元器件的制备Ø分析方法中的电化学分析电化学理论和电化学方法应用领域Ø地质Ø 采矿、选矿Ø 冶金、金属材料Ø 化工Ø 电子工业Ø 环境保护Ø 生物医学与电化学有关的新领域与边缘学科Ø熔盐电化学Ø矿物电化学Ø冶金电化学Ø金属电化学Ø半导体电化学Ø固体电化学Ø腐蚀电化学Ø催化电化学Ø有机电化学Ø生物电化学。