电化学原理课件：2012第一章101-1-wu.ppt

1、第一章第一章 绪论（绪论（8 8学时）学时）第二章第二章 电化学热力学（电化学热力学（8 8学时）学时）第三章电极第三章电极/ /溶液界面的结构与性质溶液界面的结构与性质（2 2学时）学时） 第四章第四章 电极过程概述（电极过程概述（4 4学时）学时）第五章第五章 液相传质步骤动力学（液相传质步骤动力学（2 2学时）学时）第六章第六章 电子转移步骤动力学（电子转移步骤动力学（2 2学时）学时）1.1 1.1 引言引言 一、一、 什么是电化学？什么是电化学？ 二、二、 怎么教？怎么教？ 怎么学？怎么学？ 三、电化学应用领域简介三、电化学应用领域简介1.2 1.2 电解质溶液理论（复习）电解质溶液

2、理论（复习） 一一. . 电解质溶液的电导电解质溶液的电导 二二. 电解质溶液的活度与活度系数电解质溶液的活度与活度系数1、定义、定义研究电能与化学能相互转化及转化过程规律的科学研究电能与化学能相互转化及转化过程规律的科学电能电能化学能化学能电化学系统和装置电化学系统和装置原电池原电池 (Primary Cell)体系自发地将本身的化学能变为电能体系自发地将本身的化学能变为电能(G0)电化学基本系统和装置电化学基本系统和装置电解系统电解系统原电池系统2+2+Zn (S)+CuZn+Cu (S) 电解放电( )2+2+( )Zn Zn (S) Cu (S) Cu第二类导体第二类导体电解质溶液电解

3、质溶液原电池、电解池的最基本结构原电池、电解池的最基本结构第一类导体第一类导体(电子电子导导体体): 载流子：自由电子载流子：自由电子第一类导体第一类导体第二类导体第二类导体(离子离子导导体体): 载流子：正、负离子载流子：正、负离子例：金属、合金、石墨、例：金属、合金、石墨、某些固态金属化合物等某些固态金属化合物等 例：电解质溶液、熔融例：电解质溶液、熔融态电解质、态电解质、固体电解质固体电解质等等 作为电解池使用+-B电解池回路电解池回路电能电能化学能化学能闭合回路：闭合回路：电解池以外：电子导电电解池以内：离子导电举例：电镀锌举例：电镀锌（+）氧化反应阳极）氧化反应阳极（）还原反应阴极（

4、）还原反应阴极电能电能化学能化学能+-+-BIIeeeeee阴极阴极阳极阳极+-e 电子与离子在电极溶液界面处如何进行电荷的转移呢？电子与离子在电极溶液界面处如何进行电荷的转移呢？Zn Zn2+ +2e4OH- 2H2O +O2 + 4eZn2+ +2e ZnH+ + e 1/2H2 作为原电池使用作为原电池使用原电池回路原电池回路R电能电能化学能化学能闭合回路：闭合回路：电解池以外：电子导电电解池以外：电子导电电解池以内：离子导电电解池以内：离子导电电极溶液界面：自发产生得失电极溶液界面：自发产生得失电子的反应电子的反应氧化反应阳极氧化反应阳极 ，电极上富，电极上富电子，电位低为（）电子，电

5、位低为（）还原反应阴极，电极上还原反应阴极，电极上缺电子，电位高（缺电子，电位高（+） 。电能电能化学能化学能R原电池使用原电池使用原电池使用原电池使用Ieeecce-阳极阳极ee+阴极阴极e电化学体系：电化学体系：由两类不同导体组由两类不同导体组成的在电荷转移时不可避免地伴成的在电荷转移时不可避免地伴随有物质的化学变化的这类体系。随有物质的化学变化的这类体系。电极反应：电极反应：在两类导体界面上发生的在两类导体界面上发生的氧化反应或还原反应称之为电极反应。氧化反应或还原反应称之为电极反应。电化学反应：电化学反应：在电化学体系中发生的在电化学体系中发生的伴随有电荷转移的化学反应统称为电伴随有电

6、荷转移的化学反应统称为电化学反应。化学反应。电势低的极称为负极，电子从负极流向正极。原电池：负极阳极；电解池：负极阴极。电势高的极称为正极，电流从正极流向负极。原电池：正极阴极电解池：正极阳极发生还原作用的极称为阴极。原电池：阴极正极电解池：阴极负极发生氧化作用的极称为阳极。原电池：阳极负极电解池：阳极正极Anion Anode阴离子迁向阳极Cation Cathode阳离子迁向阴极涉及通过两相界面的电涉及通过两相界面的电位差，通常一个相是固位差，通常一个相是固体，而另一个相是液体体，而另一个相是液体电化学：电化学：研究一个传导研究一个传导电子相（通常是金属）电子相（通常是金属）与一个离子导电

7、相（通与一个离子导电相（通常是溶液）之间的界面常是溶液）之间的界面上所发生的界面效应的上所发生的界面效应的科学科学界面效应：界面吸附、界界面效应：界面吸附、界面电荷传递以及电极附近面电荷传递以及电极附近的离子扩散的离子扩散本教材中对电化学的定义：本教材中对电化学的定义：研究研究电子导电相电子导电相和和离子导电相离子导电相之间的之间的界面上界面上所发生的各种所发生的各种，即伴有电现象发生，即伴有电现象发生的化学反应的科学。的化学反应的科学。界面效应：界面效应：界面吸附、界面电荷传递以及电极附近的离子扩散研究物质的研究物质的化学性质或化学反应化学性质或化学反应与与电电的关系的的关系的科学科学 。关

8、于关于定义：定义：研究研究电能与化学能电能与化学能相互转化及转化过程规律的相互转化及转化过程规律的科学。科学。研究电子导电相（金属或半导体）和离子导电研究电子导电相（金属或半导体）和离子导电相（溶液、熔盐、固体电解质）之间的界面上所相（溶液、熔盐、固体电解质）之间的界面上所发生的各种界面效应，即发生的各种界面效应，即伴有电现象发生的化学伴有电现象发生的化学反应的科学反应的科学。研究研究带电界面上带电界面上所发生现象的科学。所发生现象的科学。研究研究电电与与化学变化之间化学变化之间的关系，即立足于物质与电的关系，即立足于物质与电流的磁、热、化学作用。流的磁、热、化学作用。研究研究电化学平衡电化学

9、平衡（热力学范畴）与（热力学范畴）与电化学反应速度电化学反应速度（动力学范畴）的科学。（动力学范畴）的科学。研究研究载流子载流子（电子、空穴、离子）在（电子、空穴、离子）在电化学体系电化学体系（特别是离子导体和电子导体的相界面及其邻近区（特别是离子导体和电子导体的相界面及其邻近区域）中的域）中的输运输运和和反应规律反应规律的科学。的科学。电化学体系电化学体系第二类导体第二类导体第一类导体第一类导体两类导体的两类导体的界面及效应界面及效应 2. 2. 研究对象研究对象（1 1）电解质溶液理）电解质溶液理论论（2 2）电化学热力学）电化学热力学（3 3）电极过程动力）电极过程动力学学（4 4）现代

10、电化学）现代电化学（5 5）应用电化学）应用电化学量子电化学、波谱电化学、光电化学、量子电化学、波谱电化学、光电化学、电化学工程学、电化学生产工艺学电化学工程学、电化学生产工艺学化学电源、电解工程、电镀工艺学、电合成、化学电源、电解工程、电镀工艺学、电合成、（电化学制备？）、金属的腐蚀与防护（电化学制备？）、金属的腐蚀与防护3. 3. 电化学研究的主要内容电化学研究的主要内容半导体电化学、生物电化学等半导体电化学、生物电化学等( (宏观理论、经典）宏观理论、经典）( (微观理论）微观理论）二二. 怎么教？怎么教？ 怎么学？怎么学？1.1. 教教学时：学时：56 （每次课（每次课3学时）学时）

11、教材：李狄教材：李狄电化学原理电化学原理学习内容及学时分配：学习内容及学时分配：第一章第一章 绪论（绪论（8 8学时）学时）第二章第二章 电化学热力学（电化学热力学（8 8学时）学时）第三章电极第三章电极/ /溶液界面的结构与性质（溶液界面的结构与性质（2 2学时）学时）第四章第四章 电极过程概述（电极过程概述（4 4学时）学时）第五章第五章 液相传质步骤动力学（液相传质步骤动力学（2 2学时）学时）第六章第六章 电子转移步骤动力学（电子转移步骤动力学（2 2学时）学时）说明：课堂内容基本按教材章节安排，章内的节标题说明：课堂内容基本按教材章节安排，章内的节标题会与教材有差异，会与教材有差异，

12、PPT章节与教材章节不一一对应。章节与教材章节不一一对应。答疑：每周一次答疑：每周一次教学形式：教学形式： 讲课、习题课、课堂小习题（小测验）讲课、习题课、课堂小习题（小测验）成绩评定：成绩评定：30平时成绩平时成绩70考试成绩考试成绩联系方法：联系方法：Email：Tel:15327191901，吴金平，吴金平期末考试：闭卷，期末考试：闭卷，考试内容范围：习题为主，少量思考题和少考试内容范围：习题为主，少量思考题和少量讲课时强调的问题量讲课时强调的问题2. 2. 怎么学？怎么学？课程特点：课程特点：较抽象、逻辑性强、公式较多、实用性强较抽象、逻辑性强、公式较多、实用性强 课程内容：课程内容：

13、物理化学中电化学内容的深化细化与扩充。物理化学中电化学内容的深化细化与扩充。 部分内容是复习物理化学；部分内容是难点但不是重点；部分内容是复习物理化学；部分内容是难点但不是重点；部分内容既是难点又是重点，要化功夫。部分内容既是难点又是重点，要化功夫。 学习要求：（学习要求：（有效学习，事半功倍)（1 1）课前预习：至少阅读一遍将要讲授的教材内容，并记下疑问）课前预习：至少阅读一遍将要讲授的教材内容，并记下疑问之处。之处。（2 2）课堂上开动脑筋听讲，建议在教材上作少量笔记。）课堂上开动脑筋听讲，建议在教材上作少量笔记。（3 3）勤动脑）勤动脑, ,多琢磨，课后及时复习巩固，做思考题和习题。弄多

14、琢磨，课后及时复习巩固，做思考题和习题。弄清概念，吃透理论清概念，吃透理论学习规律学习规律：量变质变。要在量变上下功夫，对于多数人靠小聪明不行；临时抱佛脚不行，整个学习过程是：明白糊涂明白 ，有时会有“越来越糊涂”的感觉，处于此阶段时，不可着急，要多下功夫，质变不久定会到来， 最后会感觉原来“不过如此”，电化学其实“没多少内容”。 参考书参考书1.1.查全性等著查全性等著. .电极过程动力学导论（第三电极过程动力学导论（第三 版）版）. .北京北京: :科学出版社科学出版社,2002,20022.2.美美 阿伦阿伦.J.J.巴德巴德 拉里拉里.R.R.福克纳著福克纳著. .邵元华邵元华 朱果逸

15、朱果逸 董献董献堆堆 张柏林译张柏林译. .电化学方法原理和应用（第二版）电化学方法原理和应用（第二版）. .北京北京: :化学化学工业出版社工业出版社,2005,20053.3.田邵武著田邵武著. .电化学研究方法电化学研究方法. .科学出版社科学出版社,1984,19844.214.21世纪化学丛书世纪化学丛书电化学电化学，吴辉煌主编，北京：化学工业，吴辉煌主编，北京：化学工业出版社，出版社，20042004参考书可参考书可三、电化学科学的历史及应用领域简介三、电化学科学的历史及应用领域简介（一）电化学的历史（一）电化学的历史1 1、早期的四大电化学事件、早期的四大电化学事件a. a. 1

16、7911791年伽伐尼（年伽伐尼（Luigi GalvaniLuigi Galvani）的青蛙电击实验）的青蛙电击实验结论：在生物学与电化学的偶然事件中有着一种结论：在生物学与电化学的偶然事件中有着一种“深奥的联系深奥的联系”b. 1834b. 1834年年 法拉第（法拉第（Michael FaradayMichael Faraday）发表的电解定律：）发表的电解定律：通过一定量的电荷就会沉积出一定量的物质通过一定量的电荷就会沉积出一定量的物质MnFQm c. 1839c. 1839年年 格罗夫（格罗夫（William GroveWilliam Grove） 燃料电燃料电池池 d. 1905d

17、. 1905年年 塔菲尔（塔菲尔（Julius TafleJulius Tafle） 实验经验实验经验)/exp(lgRTBAiiba要得到一定电流密度，电极电位自其没有电流通过时的平衡值算起要作多少改变。2 2、为什么电化学没有得到进一步发展、为什么电化学没有得到进一步发展a. a. 热力学的发展是十九世纪的伟大成就之一，占据了统治地位热力学的发展是十九世纪的伟大成就之一，占据了统治地位二十世纪前二十世纪前4040年或年或5050年的重要人物年的重要人物吉布斯（吉布斯（GibbsGibbs） 吉布斯吉布斯- -杜亥姆方程、杜亥姆方程、吉布斯吸附式： 范霍夫（范霍夫（Vant HoffVant

18、 Hoff）: : 化学反应等温式 奥斯特瓦德（奥斯特瓦德（OstwaldOstwald）: : 奥斯特瓦德稀释定理奥斯特瓦德稀释定理能斯特（能斯特（NernstNernst）： 能斯特方程：能斯特方程：120lnCCnFRTEE能斯特方程只适应于平衡热力学的情况，而当有电流通过时，则能斯特方程只适应于平衡热力学的情况，而当有电流通过时，则会遭到失败。致使能斯特转向了内燃机的研究。会遭到失败。致使能斯特转向了内燃机的研究。GgVn RTb. b. 社会发展的重要因素社会发展的重要因素能斯特指导它的学生转向用内燃机作为能量转换工具能斯特指导它的学生转向用内燃机作为能量转换工具的研究。（的研究。（

19、 污染污染 历史潮流）历史潮流）c. c. 科学研究科学研究d. d. 电化学局面的改观电化学局面的改观 俄国较少受能斯特方程的影响。俄国较少受能斯特方程的影响。19501950年弗鲁姆金的领导年弗鲁姆金的领导下开始考虑电化学动力学上的问题，并在此基础上，开展下开始考虑电化学动力学上的问题，并在此基础上，开展了广泛的动力学研究。如旋转园盘电极及其理论推导。了广泛的动力学研究。如旋转园盘电极及其理论推导。 走热力学的老路，即把不可逆过程当成可逆过程来处理走热力学的老路，即把不可逆过程当成可逆过程来处理是比较容易的，但在溶液中要作出适当的动力学处理被认是比较容易的，但在溶液中要作出适当的动力学处理

20、被认为是非常难的为是非常难的。（二）电化学应用背景（二）电化学应用背景1. 1. 经济和社会发展需要更多的物质原料经济和社会发展需要更多的物质原料2. 2. 高科技发展、能源、环境污染等因素，迫使高科技发展、能源、环境污染等因素，迫使人类采用新型能源系统人类采用新型能源系统氯碱工业产品，氯碱工业产品， 电解铝、铜、稀贵金属等电解铝、铜、稀贵金属等高性能的电源、燃料电池发电、动力电源、高性能的电源、燃料电池发电、动力电源、太阳能风能发电储能装置太阳能风能发电储能装置（三）电化学应用领域（三）电化学应用领域物质生成物质生成能量转化能量转化环境和生物电化学环境和生物电化学电解（氯碱工业、电解铝，电解

21、（氯碱工业、电解铝，有机电合成）有机电合成）电镀（表面处理和修饰）电镀（表面处理和修饰）一次电池、一次电池、二次电池、二次电池、燃料电池燃料电池电解池电解池(Electrolytic cell) 使用电能产生化学变化，否则没有其他变化发生使用电能产生化学变化，否则没有其他变化发生. 给电解池充电；或生成铝、钠、钾、氯气等所需的物质给电解池充电；或生成铝、钠、钾、氯气等所需的物质（1）物质生成电解）物质生成电解（ Electrolysis）1、氯碱工业（、氯碱工业（The chloralkali process）2NaCl + 2H2O 2NaOH + Cl2 + H2Electrolysis:

22、 阳极反应：阳极反应：Cl- -(aq) Cl2 + e 石墨电极石墨电极 (老电解槽老电解槽) or Ti/IrO2(新电解槽新电解槽)阴极反应（汞电解槽）阴极反应（汞电解槽）Na+(aq) + e Na/Hg （获得金属（获得金属Na）Na/Hg + H2O NaOH + H2 分开进反应分开进反应3150kWh/t, 能耗高能耗高Anode reactionCl- -(aq) Cl2(g) + eCathode reactionH+(aq) + e H2(g)阳离子交换膜电解槽阳离子交换膜电解槽2920kWh/t, 能耗低能耗低鹤见氯碱工厂电解液：电解液：Na3AlF6+Al2O3 （3

23、10% wt）电解温度：电解温度：950970阳极消耗：每生产阳极消耗：每生产1000Kg铝要消耗铝要消耗400500Kg石墨阳极石墨阳极 overall chemistry:2Al2O3 + 3C 4Al + 3CO22、电解铝（、电解铝（ Aluminum production）阳极：阳极：2O2+ C =CO2 + 4e阴极阴极: Al3+ +3e=Alu强度与钢相似，是铝的强度与钢相似，是铝的2 2倍，重量约为钢的倍，重量约为钢的60%60%u优良的耐化学、生物腐蚀性优良的耐化学、生物腐蚀性u医用功能材料、环境材料、军用材料医用功能材料、环境材料、军用材料例：高尔夫球杆、镜架、心脏起搏

24、器、人工关节例：高尔夫球杆、镜架、心脏起搏器、人工关节F-14F-14、F-15F-15、F-18F-18大黄蜂、大黄蜂、F-117F-117夜鹰、夜鹰、B-1B-1轰炸机、轰炸机、B-B-2 2轰炸机用量：轰炸机用量：2424、2727、1313、2525、2222、2626F-22F-22战斗机：战斗机：4242，SR-71SR-71黑鸟的机身全部由钛及其合黑鸟的机身全部由钛及其合金构成金构成全球钛用量全球钛用量5000050000吨；钢：吨；钢：7 7亿亿3 3千万吨；铝：千万吨；铝：2 2千万吨千万吨钛？钛？ “二十一世纪元素二十一世纪元素”3.3.电解法制金属钛电解法制金属钛钛的传统

25、生产方法：克罗尔法钛的传统生产方法：克罗尔法TiO2氯气和石油焦氯气和石油焦TiCl4镁还原镁还原海绵钛海绵钛镁法是一种非连续的海绵钛生产工艺，使用大量的金镁法是一种非连续的海绵钛生产工艺，使用大量的金属镁作还原剂，需要真空蒸馏除去残留的镁和属镁作还原剂，需要真空蒸馏除去残留的镁和MgC12。成本约为同重量铁的成本约为同重量铁的20倍！倍！电解制钛电解制钛TiO2粉制成团粒，置粉制成团粒，置入备有石墨阳极的入备有石墨阳极的CaCl2熔盐内，使熔盐内，使TiO2阴极化，氧被电阴极化，氧被电离溶入熔盐而在阳极离溶入熔盐而在阳极排出，纯钛则留在阴排出，纯钛则留在阴极，所得极，所得F F海绵钛经海绵钛

26、经轻度粉碎研磨，再经轻度粉碎研磨，再经水洗即得可供销售的水洗即得可供销售的钛粉。钛粉。电解制硅（类似电解制钛）电解制硅（类似电解制钛）4.铜的电解精炼铜的电解精炼 已二腈是合成尼龙已二腈是合成尼龙66的中间产物的中间产物 经典化学合成经典化学合成 COOHCHHOOCOHCHHOOHCHCCCCHOCHOHCHCCHHCHOCHCHSnCiCu4262222)()(2氧化氧化氧化加压催化CNCHNCCOONHCHNOOCHCOOHCHHOOCOHHCNH 4244244256)()()(3脱水开环氧化 产生已二腈的过程产生已二腈的过程(Monsanto, 1965) 使用铅作阴极，使用铅作阴极

27、， PbO2/AgO作阳极，阳离子交换膜，支持电解液为作阳极，阳离子交换膜，支持电解液为Et4N+ EtOSO3 。5.电有机合成电解制已二腈电有机合成电解制已二腈（ adiponitrile process） 电化学方法电化学方法-222 42CH =CHCN+2H O+2eNC-(CH ) -CN+2OH 金属金属腐蚀是影响国民经济发展的一个很重要问题。腐蚀是影响国民经济发展的一个很重要问题。 全世界每年由于腐蚀而报废的金属设备和材料，占金全世界每年由于腐蚀而报废的金属设备和材料，占金属年产量的属年产量的1/31/3，直接经济损失约达，直接经济损失约达 70000亿美元，是地亿美元，是地震

28、、水灾、台风等自然灾害造成损失总和的震、水灾、台风等自然灾害造成损失总和的倍。倍。 我我国：每年腐蚀的损失至少到国：每年腐蚀的损失至少到50005000亿元，亿元，约占我国国约占我国国民生产总值的民生产总值的6%6%左右。左右。（2 2）金属腐蚀与防护）金属腐蚀与防护 腐蚀与防护科学是本世纪初才发展起来的一门腐蚀与防护科学是本世纪初才发展起来的一门综合性技术科学，近几十年正式成为一门独立的学综合性技术科学，近几十年正式成为一门独立的学科，并在不断发展。科，并在不断发展。 金属腐蚀定义：金属腐蚀定义： 金属在周围介质（常见的是液体和气体）作用下由金属在周围介质（常见的是液体和气体）作用下由于化学

29、变化、电化学变化而产生的破坏。于化学变化、电化学变化而产生的破坏。 在自然环境中几乎全是电化学腐蚀，因此材料的腐蚀在自然环境中几乎全是电化学腐蚀，因此材料的腐蚀与防护是电化学的一个研究和应用领域与防护是电化学的一个研究和应用领域热力学观点：热力学观点：大多数金属原子失去电子变成离子状态（氧化态）是大多数金属原子失去电子变成离子状态（氧化态）是吉布斯函数降低的过程吉布斯函数降低的过程大多数金属都可以自发地与周围介质发生作用而变为大多数金属都可以自发地与周围介质发生作用而变为氧化态氧化态 金属的氧化即腐蚀过程是自发的不可逆的热力学过程金属的氧化即腐蚀过程是自发的不可逆的热力学过程 金属在环境中的这

30、种金属在环境中的这种自发过程具有普遍性自发过程具有普遍性，因而也，因而也就具有很大的危害性就具有很大的危害性各行各业都有腐蚀问题 金属腐蚀是一自发过程，金属腐蚀是一自发过程，具有普遍性：具有普遍性： 材料腐蚀数据积累及腐蚀与防护的研究至关重要。材料腐蚀数据积累及腐蚀与防护的研究至关重要。 当前，世界各国都有许多优秀的科学家，从事金属当前，世界各国都有许多优秀的科学家，从事金属腐蚀理论及防护方法的研究工作。有志者可选择这方面腐蚀理论及防护方法的研究工作。有志者可选择这方面的课题研究，一定会大有作为；一旦有新的突破，产生的课题研究，一定会大有作为；一旦有新的突破，产生的经济效益和社会影响，必将是巨

31、大的。的经济效益和社会影响，必将是巨大的。 金属腐蚀主要包括：金属腐蚀主要包括： 工业环境中的腐蚀：工业环境中的腐蚀： 工业腐蚀：主要石油工业、化学工业、电厂工业腐蚀：主要石油工业、化学工业、电厂 自然环境中的腐蚀：自然环境中的腐蚀： 大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀材料大气腐蚀是最普遍材料大气腐蚀是最普遍存在的腐蚀类型。存在的腐蚀类型。大气环境诸多因素在材大气环境诸多因素在材料表面的综合作用的结料表面的综合作用的结果。果。多种盐类的溶液，对金多种盐类的溶液，对金属的腐蚀是综合因素作属的腐蚀是综合因素作用的效果。用的效果。化学因素、物理因素、化学因素、物理因素、生物因素

32、。生物因素。例：将Zn片浸入稀酸溶液中就可见H2产生，并以与氢放出的相同的速率将锌溶解，即锌发生腐蚀。 金属在水溶液介质中， 只要在不同局部位置存在电位差，即会形成阳极和阴极 阳极释放电子而被氧化阳极过程. 阴极获得电子而被还原阴极过程. Fe+ O2 +H2O Fe (OH)3食盐水+酚酞铁氰化钾指示剂Fe食盐水+酚酞铁氰化钾指示剂FeO2O2O2O2O2FeCO2 低CO2 高2Fe2Fe2+4eO2+2H2O+4e4OHeeeFe2Fe(0H)30H 这个试验现象说明：这个试验现象说明： a.a.金属表面上存在氧浓度差异时会引起电化学不均匀性而金属表面上存在氧浓度差异时会引起电化学不均匀

33、性而 导致局部腐蚀；导致局部腐蚀； b.b.金属发生阴极和阳极反应的相对部位，形成了腐蚀电池；金属发生阴极和阳极反应的相对部位，形成了腐蚀电池；eO2O2OHFe2FeO2O24Fe(OH)2+O2 +2H2O 4Fe(OH)3食盐水+酚酞铁氰化钾指示剂e水滴中心区（阳极过程，氧浓度低） FeFe2+2e K2Fe（CN）4 （蓝色）水滴边缘区（阴极过程，氧浓度高） O2+2H2O+4e 4OH （红色） 水滴中心与边缘交界区 （沉淀反应， OH 与 Fe2+ 相向扩散） 4Fe (OH)2+O2+2H2O 4Fe (OH)3（棕黄色） 自然环境中的腐蚀主要是氧腐蚀自然环境中的腐蚀主要是氧腐蚀

34、电化学保护方法（阴极保护、阳极保护）电化学保护方法（阴极保护、阳极保护）控制环境方法控制环境方法覆盖层保护方法覆盖层保护方法（1 1）阴极保护）阴极保护 保护器保护（牺牲阳极保护）保护器保护（牺牲阳极保护） 外加电流阴极保护外加电流阴极保护（2 2）阳极保护阳极保护辅助阳极辅助阳极（不溶性）（不溶性）电镀一层金属耐蚀膜电镀一层金属耐蚀膜涂涂 漆漆氧化形成致密氧化膜氧化形成致密氧化膜Electroplating - ChromepH = (Eglass electrode - constant)/0.0592pH Meter（3）电化学传感器）电化学传感器汽车氧传感器Air, constant

35、O 2porous Pt electrodesmigrating O ions2-measured potential differenceexhaust gas, unknown O 2ZrO / CaO2CO, SO2, CH4, H2S等等（4）、电化学能量贮存和转换电化学能量贮存和转换能源本来十份丰富：能源本来十份丰富： 太阳，太阳， 风，水力，地热，生物质能；风，水力，地热，生物质能； 化石燃料化石燃料 （煤，油，气）；（煤，油，气）； 核裂变；核裂变； 核聚变（核聚变（50-80 50-80 年后年后? )? )为什么要考虑新能源结构为什么要考虑新能源结构?能源背景能源背景严重性严

36、重性: 地缘政治地缘政治 环境污染环境污染 资源不足资源不足 煤煤: 储量可用百年以上储量可用百年以上, 但引起的环境污染严重但引起的环境污染严重. 即使即使是现代化大电厂对是现代化大电厂对 CO2 也未加处理也未加处理油油,气气: 存在三大问题存在三大问题 资源不足资源不足, 已知可采储量仅可用已知可采储量仅可用 100 年年 ( ? ) ; 污染严重污染严重, 尤以大量汽车为甚尤以大量汽车为甚; 产地过于集中产地过于集中 (沙特及周边沙特及周边, 俄罗斯俄罗斯,美美,中中);核裂变燃料储量有限核裂变燃料储量有限.温室效应温室效应地源政治地源政治优点：优点：1，发电，输电基本高效，技术成熟；

37、，发电，输电基本高效，技术成熟；2，转化技术成熟，效率高，无污染，转化技术成熟，效率高，无污染.缺点：缺点：1，利用热能发电效率不够高（，利用热能发电效率不够高（ t tH H+所以可以忽略所以可以忽略+ +的电传导的电传导 mRTaRTlnlnmRTaRTlnlnmRTaRTlnlnlnlnRTa aRTa a lnlnlnaaaaaa即： 设电解质设电解质MAMA的电离反应为的电离反应为 MA+M+ + -A- 关系？、aaa二电解质溶液的活度与活度系数二电解质溶液的活度与活度系数mamaaaa定义：定义：不可测不可测1aaa离子平均活度离子平均活度1离子平均活度系数离子平均活度系数1mm

38、m离子平均质离子平均质量摩尔浓度量摩尔浓度 MA MA+ +M M+ + + + - -A A- - （强电解质溶液）（强电解质溶液） ,iii1aaa()()()()aaaammmmmm可计算 MA+M+ + -A- mmmmm1aaa()()()()aaaammmmmmama实验测定或查实验测定或查手册，手册，P480用公式计算用公式计算2. 2. 离子强度定律离子强度定律离子浓度和离子电荷离子浓度和离子电荷对离子平均活度系数的影响对离子平均活度系数的影响221iiZmI221iiZCI范围：范围：I I 0.010.01的很稀溶液的很稀溶液 IAlog1921年年,美国化学家路易斯等人经过大量的实验研究提出了离子强度美国化学家路易斯等人经过大量的实验研究提出了离子强度的概念的概念:总结出一个经验公式总结出一个经验公式:1923年年, 德拜德拜-休克尔根据他们自己提出的强电解质溶液理论导休克尔根据他们自己提出的强电解质溶液理论导出了与此一致的结果。出了与此一致的结果。 作业：（作业：（P29P293030） 4、 9（2）（3）（4） 、 10、思考题思考题：（：（ P2526） 3、4、5、6、8、9、10、13