研究生电化学基础教程-朱果逸.ppt

版权　2000~3 电分析国家实验室分析仪器研发中心 电分析化学课程 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 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 基础101 原子间的电子得失：化合、分解… 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 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 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…) 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 基础106 R1溶液电阻，C界面电容 R2？？相关化学变化 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 基础108 阳极 基础109 Zn (s) + CuSO4 (aq) 　　　　　　　ZnSO4 (aq) + Cu (s) 半反应: 　　 Zn (s) Zn2+ + 2e- 　　Cu2+ + 2e- Cu (s) 基础110 电解池构成: 　　　　阴极, 阳极,电解质 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 对流：温差/搅拌驱动的运动 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 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/... 可分析：各变量间的关系 结论/规律 基础114 步骤构成： (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， 基础115 (3)在电极表面得失电子－电化学步骤， (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。 基础116 控制反应 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 结论/规律 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。 基础119 多种物种粒子 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)， 影响因素：化学作用和电场作用 基础120 主要工具和技术： 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 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。 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…. 电势，能斯特公式，电学基本概念 基础123 查全性，电极过程动力学导论，第三版，科学出版社，2002， 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 固液界面性质 电势定义 界面模型 电势、吸附、极化 界面201 测量？　 　　　基准参考点！ 电压，电流------ 　　　单电极电势？ 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 界面203 过程模型 基础204 能量变化 界面205 界面206 电作用＋化学作用： 电荷的能量变化＋化学状态的变化 电化学势＝化学势＋电荷(子)的？ 电子－－－种特殊的粒子 界面207 界面208 界面208 Zn (s) + CuSO4 (aq) 　　　　　　　ZnSO4 (aq) + Cu