版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡介
《實(shí)用工業(yè)分析》課程實(shí)施大綱
目錄
1.教學(xué)理念..................................................1
2.課程介紹..................................................2
2.1課程的性質(zhì)
2.2課程在學(xué)科專業(yè)結(jié)構(gòu)中的地位、作用
2.3課程的前沿及發(fā)展趨勢(shì)
2.4學(xué)習(xí)本課程的必要性
3.教師簡介...................................................3
3.1教師的職稱、學(xué)歷
3.2教育背景
3.3研究興趣(方向)
4.先修課程..................................................3
5.課程目標(biāo)..................................................3
5.1知識(shí)與技能方面
5.2過程與方法方面
5.3情感、態(tài)度與吩值觀方面
6.課程內(nèi)容..................................................
7.課程要求................................................
8.1學(xué)生自學(xué)要求
8.2課外閱讀要求
8.3課堂討論要求
8.4課程實(shí)踐要求
8.課程考核................................................
9.1出勤(遲到、早退等)、作業(yè)、報(bào)告等的要求
9.2成績的構(gòu)成與評(píng)分規(guī)則說明
9.3考試形式及說明
9.學(xué)術(shù)誠信................................................
10.1考試違規(guī)與作弊處理
10.2杜撰數(shù)據(jù)、信息處理等
10.3學(xué)術(shù)剽竊處理等
10.課堂規(guī)范................................................
11.1課堂紀(jì)律
11.2課堂禮儀
11.課程資源................................................
12.1教材與參考書
12.2專業(yè)學(xué)術(shù)著作
12.3專業(yè)刊物
12.4網(wǎng)絡(luò)課程資源
12.5課外閱讀資源
12.教學(xué)合約................................................
13.1閱讀課程實(shí)施大綱,理解其內(nèi)容
13.2同意遵守課程實(shí)施大綱中闡述的標(biāo)準(zhǔn)和期望
1.教學(xué)理念
1.1關(guān)注學(xué)生的發(fā)展
教學(xué)的目的是為了幫助學(xué)生更好地成長,協(xié)助學(xué)生探索自我,發(fā)現(xiàn)自我,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)
自我,提高學(xué)生的全面素質(zhì)。關(guān)注學(xué)生的“主體地位。發(fā)展人的主觀能動(dòng)性,追求人
的全面發(fā)展。在教學(xué)過程中,注意角色的分配互換,培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力,體現(xiàn)以
學(xué)生為本的教學(xué)理念。
1.2關(guān)注教學(xué)的有效性
教學(xué)活動(dòng)是“教”與“學(xué)”的有機(jī)統(tǒng)一,要使教學(xué)活動(dòng)順利有效進(jìn)行,就要求教師
和學(xué)生雙方具有足夠的熱情?!迸d趣是最好的老師”,授課過程中,教師必須要有激情,
才能激發(fā)學(xué)生的聽課興趣,才能有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效果。教師要?jiǎng)?chuàng)設(shè)各種情境誘發(fā)學(xué)
生的求知欲;教師是提出矛盾,引起學(xué)生的疑惑;教師以生動(dòng)的實(shí)例,描述枯燥的概念,
使比較抽象的內(nèi)容變得通俗形象;教師利用思辨問題或?qū)嶒?yàn)結(jié)論作引導(dǎo),這樣既可激發(fā)
學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣又可啟發(fā)學(xué)生的思考。
1.3關(guān)注教學(xué)的策略
在課堂教學(xué)中,我將運(yùn)用各種有效策略,激發(fā)學(xué)生求知欲,使學(xué)生愛學(xué),使學(xué)生能
學(xué),提高課堂教學(xué)效益,為學(xué)生終身發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。系統(tǒng)的分析教材,準(zhǔn)確地把
握知識(shí)之間的縱橫聯(lián)系,把握每個(gè)知識(shí)點(diǎn)在教材系統(tǒng)中所處的位置,在充分理解后,做
出準(zhǔn)確定位。創(chuàng)造寬松的教學(xué)環(huán)境,實(shí)現(xiàn)良好的教學(xué)互動(dòng),注重學(xué)生學(xué)習(xí)情感休驗(yàn)的及
時(shí)反饋。
1.4關(guān)注教學(xué)價(jià)值觀
在強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)基本知識(shí)的過程中,潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生積極的人生態(tài)度,正確的價(jià)值
觀、人生觀和科學(xué)的世界觀,使學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)的過程中學(xué)會(huì)正確的價(jià)值選擇,逐步具
有社會(huì)責(zé)任感,努力為人民服務(wù),樹立遠(yuǎn)大理想。教師應(yīng)該在思想觀念上實(shí)現(xiàn)重大轉(zhuǎn)變,
充分利用教材和各種有用信息對(duì)學(xué)生進(jìn)行培養(yǎng)。以寬松的課堂教學(xué)氛圍,以幽默的話語、
尊重和贊賞,正確引導(dǎo)與啟發(fā)學(xué)生,使學(xué)生在會(huì)心的笑容中輕松掌握知識(shí)與方法,并敢
于表達(dá)自己的情感體驗(yàn)及對(duì)自己、同伴、或老師作出合理的評(píng)價(jià),使每個(gè)學(xué)生在這方面
都能得到更好的發(fā)展。
2.課程介紹(課程描述)
2.1課程的性質(zhì)
5.1知識(shí)與技能方面
通過本門課程的學(xué)習(xí),掌握電分析化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論、基本技能,具備運(yùn)
用所學(xué)知識(shí)正確選擇分析方法的能力,以及進(jìn)行簡單分析方法研發(fā)的能力。
1.通過本課程知識(shí)的系統(tǒng)學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力,具備運(yùn)用所學(xué)知識(shí)
正確選擇分析方法的能力,依據(jù)實(shí)際工作需要,研究開發(fā)簡單的新分析方法的能力;
2.通過學(xué)習(xí)?些不同模塊的基本分析方法,具備在不同場合選用不同分析方法處理
實(shí)際問題的能力;
3.通過對(duì)基本原理、基本實(shí)驗(yàn)的講授,培養(yǎng)學(xué)生從分析方法的基本原理出發(fā),觀察、
分析、綜合、歸納眾多影響因素,從中找出問題的主要方面,運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決分析問
題的科學(xué)思維能力和創(chuàng)新思維能力;
4.通過本課程學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和獨(dú)立工作能力,能根據(jù)所處理問題的需
要,尋找、閱讀有關(guān)手冊(cè)、參考書、文獻(xiàn)資料并理解其內(nèi)容。
5.2過程與方法方面
通過本課程的學(xué)習(xí),讓學(xué)生了解電分析化學(xué)在科學(xué)研究中的作用以及分析測(cè)試技術(shù)
的發(fā)展趨勢(shì)。課程的基本任務(wù)是使學(xué)生掌握基本的分析測(cè)試方法和原理,能根據(jù)實(shí)際任
務(wù)合理選擇分析方法和測(cè)試條件,解決生產(chǎn)和科研中的測(cè)試問題。通過本課程的學(xué)習(xí),
使學(xué)生了解一個(gè)問題從基礎(chǔ)理論到解決方案實(shí)現(xiàn)的過程,培養(yǎng)學(xué)生的思維能力,使學(xué)生
在運(yùn)用所學(xué)知識(shí)處理實(shí)際問題具有科學(xué)的方法和手段。
5.3情感、態(tài)度與價(jià)值觀方面
培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,探究科學(xué)問題的精神,積極進(jìn)取和實(shí)事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度C
6.課程內(nèi)容
第1章緒論
§1.1
§1.2電化學(xué)科學(xué)的發(fā)我茍史
§1.3電化學(xué)科學(xué)涉及的領(lǐng)城
§1.4電化學(xué)研究方法發(fā)展歷史與捷勢(shì)
參考書目
?《電極過程動(dòng)力學(xué)導(dǎo)論》,查全性等著,科學(xué)出版社,1976年?2004年(4版)
?《電化學(xué)測(cè)試技術(shù)》,劉永輝編,北航
?《電化學(xué)測(cè)定方法》,藤山鳥昭,相澤益男,井上徹澈等著,陳震,姚建年
譯,蔡生民校審,北京大學(xué)出版社,1995.5
?《電化學(xué)阻抗譜導(dǎo)論》,曹楚南,張鑒清著,科學(xué)出版社,2002.7第一版,
2004.5二刷
?《電化學(xué)研究方法》,田昭武,科學(xué)出版社,1984
?《電化學(xué)方法(原理及應(yīng)用)》,A.J.巴德,L.R.??思{著,谷林瑛等譯,化學(xué)工業(yè)
出版社,1986.10
?《電化學(xué)原理》,李荻主編,北航出版社,1999.8
?《腐蝕電化學(xué)》,曹楚南,化學(xué)工業(yè)出版社,1994
?《金屬腐蝕研究方法》,吳蔭順等編,冶金工業(yè)出版社,1993年5月
?《電化學(xué)》,吳輝煌主編,化學(xué)工業(yè)出版社,2006年
?《應(yīng)用電化學(xué)》,楊輝等編著,科學(xué)出版社,2002年
《電化學(xué)》內(nèi)求,吳軒拽主編,
化學(xué)工業(yè)出版社,2006年1月
共有8章
?固體/電解液界面區(qū)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)
?電子傳遞理論
?電化學(xué)催化
?有機(jī)電化學(xué)和生物電化學(xué)
?光電化學(xué)
?電化學(xué)沉積與微建造技術(shù)
?固態(tài)電化學(xué)
?電化學(xué)原位實(shí)驗(yàn)技術(shù)
《應(yīng)用電化學(xué)》內(nèi)容
共有八章
?電化學(xué)理論基礎(chǔ)
?電催化過程
?化學(xué)電源
?金屬的表面精飾
?無機(jī)物的電解工業(yè)
?有機(jī)物的電解合成
?電化學(xué)傳感器
?電化學(xué)腐蝕與防護(hù)
學(xué)習(xí)方法和目的
拓寬知袂面
?把短課程的內(nèi)息和重點(diǎn)
?拿援基本機(jī)念和規(guī)律性的結(jié)論
?獲得專業(yè)課程學(xué)習(xí)的方法
?了解科學(xué)研窕的思路和手段
?培養(yǎng)分析問題和斛決問題的能力
課程學(xué)習(xí)要求
師僖引進(jìn)口
修行在個(gè)人
§1.2電化學(xué)科學(xué)的發(fā)展簡史
一、電化學(xué)熱力學(xué)發(fā)祗(17997905)
1799因你》代尼,伏打發(fā)明第一個(gè)化學(xué)電嫉
舍勒'拉瓦錫'戢雄'本生/基余?夫(牛頓'夫成和費(fèi)\基金霍夫'普郎克'爰因斯坦'
德布羅奇)\門捷列夫'瑞利'拉券界'倫琴'貝可勒東'瑪麗居里/度埃東居里(盧瑟福俄余'律
定謎)
1800尼克松發(fā)明電解水
1833法拉第定律發(fā)現(xiàn)
(就維/法拉貂\\*普金斯/麥克斯韋)
1870友緣精靈提出風(fēng)電層就念
1889能斯精提出電極電住公式
1905塔菲爾提出緣菲東公尤
二、電化學(xué)發(fā)展緩慢(20世紀(jì)上率葉J
*電化學(xué)家企用用熱力學(xué)方法斛決一切電化學(xué)問題,遭到失敗。
*熱力學(xué)一、二、三定律,化學(xué)平街理論
*非平衡熱力爭瘁定得/普利需津
"混沌理論(ChaosTheory)"之父羅倫茲(EdwardLorenz)8月十六目在其信子
美國麻省的家中曲世,終年九十歲。“混電理論〃是左數(shù)學(xué)和物理學(xué)中,研究非線性親
統(tǒng)在一定條件下表現(xiàn)出的羽象的理論?!耙痪帕荒甓镜囊惶?,羅倫茲在計(jì)算機(jī)上
進(jìn)行關(guān)于天先預(yù)報(bào)的計(jì)算C為了考察一個(gè)很長的序列,他走了一條陡位,沒有令計(jì)算
機(jī)從頭運(yùn)行,而是從中途開始.他杷上次的輸出宜接打人作為計(jì)算的初值,然行他穿
過大廳下樓,去喝咖啡。一小時(shí)后他回來時(shí),發(fā)生了出乎意料的事,他發(fā)現(xiàn)天牝變化
同上一次的模式迅速偏需,在短時(shí)間內(nèi),相似性完全靖失了。進(jìn)一步的計(jì)算表明,輸
人的細(xì)微差并可能很快成為輸出的巨大差別〃。提出“蝴蝶效應(yīng)CButterflyEffect)。羅
倫及認(rèn)為,人類本身都是非線性的:與傳統(tǒng)的想法相反,健康人的腦也倒和心臟跳動(dòng)
并不是規(guī)則的,而是混沌的,混沌正是生命力的表現(xiàn),混沌余統(tǒng)對(duì)外界的剌激反應(yīng),
比非混沌條線快得多。
?電化學(xué)動(dòng)力學(xué)
三、電化學(xué)動(dòng)力學(xué)發(fā)展(20世紀(jì)40年代)
范普嫁金昔析氮過程動(dòng)力學(xué)和雙電屋借構(gòu)研窕取得進(jìn)展
格來手用浦汞包機(jī)研究兩類導(dǎo)體界面
電化學(xué)動(dòng)力學(xué):研究電極反應(yīng)速度及其影嘀因素
0、理論和實(shí)瞼技術(shù)突破性進(jìn)展(20世紀(jì)60年代J
理論方面:非穩(wěn)志傳質(zhì)過程動(dòng)力學(xué)
表面轉(zhuǎn)化步藤
復(fù)雜電極過程
電子傳是理論R.A.Marcus1992諾貝余化學(xué)獎(jiǎng)
實(shí)瞼技術(shù)方面:界面交流防抗法
暫忐測(cè)成方法
戰(zhàn)性電伉扣措法
施樣圓盤電極余統(tǒng)
電化學(xué)in-situ測(cè)成技術(shù)
五.電化學(xué)理論新發(fā)粳(20世紀(jì)80年代以后)
將量子力學(xué)引進(jìn)電化學(xué)領(lǐng)城形尚量子電化學(xué)。
與環(huán)境科學(xué)結(jié)合形成環(huán)境電化學(xué)。
與材料結(jié)合形成材抖電化學(xué)。
與光每合形成光包化學(xué)
與率導(dǎo)體每合形成半導(dǎo)體電化學(xué)
與生物化學(xué)給合形成生物電化學(xué)
等等
§1.3電化學(xué)科學(xué)涉及的領(lǐng)域
電化學(xué)概念內(nèi)涵的改變
電化學(xué)(歷史近代約1800X940年)電化學(xué)是研究電能和化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)化及
轉(zhuǎn)化過程中有關(guān)現(xiàn)象的科學(xué)。
電化學(xué)(現(xiàn)代約1940?1980年)是研究帶電界面上所發(fā)生現(xiàn)象的科學(xué)。
電化學(xué)(1980年以后)是控制離子、電子、量子、導(dǎo)體、半導(dǎo)體、介電體間的界
面及本體溶液中荷電粒子的存在和移動(dòng)的科學(xué)技術(shù)。
電化學(xué)是邊緣學(xué)科interdisciplinary/多領(lǐng)域跨學(xué)科multidisciplinar/超領(lǐng)域
transdisciplinary
量子電化學(xué)quantumelectrochemistry
1999年提出了“電化學(xué)材料科學(xué)(ElectrochemicalMaterialsScience,
EMS)”的概念。
目前國際上認(rèn)為,電化學(xué)材料科學(xué)可劃分為材料的電化學(xué)制備學(xué)、材料的電化
學(xué)、電化學(xué)的材料學(xué)三個(gè)大的方面,具體研究內(nèi)容包括能源材料、材料電化學(xué)制
備、電極材料、電解材料、電池材料、表面工程、電化學(xué)加工、電化學(xué)傳感信息
材料、材料腐蝕與防護(hù)技術(shù)、材料的電化學(xué)表征等。
特征:電化學(xué)領(lǐng)域橫跨純自然科學(xué)(理學(xué))和應(yīng)用自然科學(xué)(工程、技術(shù))兩大
方面,而且各個(gè)領(lǐng)域都建立在共同的基礎(chǔ)(電化學(xué))之上。1980年以后在跨學(xué)科
和邊緣領(lǐng)域取得了極大的進(jìn)展。應(yīng)用領(lǐng)域非常廣,這也表現(xiàn)在學(xué)術(shù)組織上。
現(xiàn)代包化學(xué)是內(nèi)走非韋廣泛的學(xué)科領(lǐng)域,為了便于姐敘學(xué)術(shù)支流,目看
國際電化學(xué)學(xué)會(huì)finternationalsocietyofelectrochemistry,縮寫ISE)將其會(huì)員的活動(dòng)
分為8個(gè)大姐進(jìn)行,各自通JL的學(xué)術(shù)領(lǐng)域占下。
一、界面電化學(xué)
?國/液導(dǎo)電就面和界面的結(jié)構(gòu)狀況
?
雙電層轉(zhuǎn)構(gòu)
?電子和喜子樣秒過程的理論
?也催化理論
?光電化學(xué)
?電化學(xué)體系的貨計(jì)力學(xué)和量子力學(xué)方法
二、電子導(dǎo)電相和離子導(dǎo)電相
金屬、率導(dǎo)體、國忠禽子導(dǎo)體、壕如、電解質(zhì)/液、宙子/電子導(dǎo)電聚合%,以
及法人化合物等的極力學(xué)和存輸性質(zhì)。
三、分析電化學(xué)
?用于化學(xué)分析、捺測(cè)和過程掛制的電化學(xué)方法與裝置r4直凌電/、交疏電法
和電依鵬等技術(shù)j
?電化學(xué)傳感器(包括喜子選擇性電極和固態(tài)恭件)O
四、分子電化學(xué)
?無機(jī)物、有機(jī)構(gòu)和金屬有機(jī)化合物電板過程的機(jī)理和結(jié)構(gòu)狀況,以及在合成
中的應(yīng)用。
五、電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換
?能量的電化學(xué)產(chǎn)生、傳輸和被存
?者電池
?燃料也池
?光電化學(xué)過程與裝置
六、腐蝕、電沉積和表面處理
?材料庸他與保護(hù)的電化學(xué)
?鈍化
?電化學(xué)國相沉積與常斛過程的理論
?應(yīng)用(包括電極、電拋光、微點(diǎn)速和電化?學(xué)成型)
七、工業(yè)電化學(xué)和電化學(xué)工程
?工業(yè)電化學(xué)過程的基本概念及工藝學(xué)
?環(huán)境及能量狀況
?電解精設(shè)計(jì)、放大與優(yōu)化
電化學(xué)反應(yīng)盤理論
質(zhì)量、動(dòng)量和電量傳遁的基本問題
?工蝶啟用的電化學(xué)裝正
八、生物電化學(xué)
?生物體系組分的氧化還原過程
?生物膜及其模型物的電化學(xué)
?電化學(xué)生物傳豳聶
?電化學(xué)技術(shù)在生場醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用
電化學(xué)科學(xué)的應(yīng)用
電化學(xué)工業(yè)
?氧喊工業(yè):
電解食it水制取
?電解法制備金屬
電解銅、電解綏
?電被
化學(xué)電源
?彝-錢干電池
?蓄電池
?燃料電池
金屬的腐蝕與防護(hù)
漆水庸核
?大專腐怏
?士康庸他
電化學(xué)在生物材料中的應(yīng)用
人工合成材料植入人體,植入材料與血波的電枚差影響血液藏結(jié),形成血栓。選
擇含適的材料避免血檢形成。
電洪析法除去水中的帶電育子,制備免凈水。
由此可見,羽代電化學(xué)是一門交叉學(xué)科,也是應(yīng)用前景非左明顯的學(xué)科。在過去
的率個(gè)世紀(jì)中,電化學(xué)已為斛決能源、材料、環(huán)境等的相關(guān)問題發(fā)揮了不可低估
的作用,亳無畿問,在21世紀(jì)中該學(xué)科必將繼姨為解決人類面臨的這些重大問題
發(fā)揮更加顯著的作用。
§1.4電化學(xué)研究方法發(fā)展歷史與趨勢(shì)
?研究對(duì)象:
電子導(dǎo)電相
青子導(dǎo)包相
界面效應(yīng)(我流子轉(zhuǎn)通.、化學(xué)反應(yīng)J
8、實(shí)驗(yàn)技術(shù)突破性近展(20世紀(jì)60年代)
實(shí)瞼技術(shù)方茹:稔志測(cè)成方法
界面交流阻抗法
濟(jì)忠測(cè)試方法
式性電住如括法
加觸圓盍電極余燒
微電極技術(shù)
電化學(xué)in-situ測(cè)試技術(shù)
第3章電化學(xué)測(cè)定體系及裝置
電化學(xué)三電極測(cè)定體系
電化學(xué)測(cè)定體東的姐成
三也極測(cè)定體東
次事電池時(shí)三6機(jī)體樂
恒電佳儀.的也核設(shè)定
三電板體未測(cè)定裝JL示意圖
電化學(xué)測(cè)定體余的姐成
一、三電板測(cè)定體余的構(gòu)成要親、注意事項(xiàng)
二、電化學(xué)測(cè)定體系的組成
?電極:研龕(工作)電板WE
輔助電板CE
參比電極RE
典型電極及其時(shí)處理
電解電
電斛波
署條毛細(xì)管
挽摔
除名
三、研窕電極
?在電化學(xué)測(cè)定中,最使人們感興趣的是研究電極表面上所發(fā)生的反應(yīng),根據(jù)研究電極的
功能可以按以下進(jìn)行分類:
(1)以研討研究電極本身的化學(xué)特性為目的的研究電極,如電池用的鋅負(fù)極,或者是光照后具有
活性的半導(dǎo)體電極等。
(2)以研究溶解于溶液中的化學(xué)物質(zhì),或者是從外部導(dǎo)入的某氣體的電化學(xué)特性為目的的研究電
極,即提供電化學(xué)反應(yīng)場所的電極。
(1)中,因?yàn)檠芯康膶?duì)象是電極,所以,只要把它作為電極,在適合的溶劑中進(jìn)行測(cè)定
即可。下面僅對(duì)屬于(2)類型的研究電極加以介紹。
在(2)類的電極中,電極本身不發(fā)生溶解反應(yīng),叫做惰性電極。但惰性電極并不是電絕
緣體。它指的是以柏和金為代表的,在測(cè)定電位區(qū)域里能穩(wěn)定地工作的電極。
■惰性電極的材料需具有以下性質(zhì)(因?yàn)槎栊噪姌O以金屬電極為主,所以在此僅列舉適用
于作惰性電極的金屬特性):
(1)所研究的電化學(xué)反應(yīng)不會(huì)因電極自身所發(fā)生的反應(yīng)而受影響,并且能夠在較大的電位區(qū)域中
進(jìn)行測(cè)定。
(2)所使用的金屬電極不會(huì)與溶劑或者支持電解質(zhì)反應(yīng)而使其分解。
(3)電極表面均一,根據(jù)需要,有時(shí)還要求具有較大的表面積。
(4)電極本身不易溶解或者生成氧化膜。
(5)能夠通過簡單的方法進(jìn)行表面凈化。
(6)電解合成時(shí),金屬電極表面對(duì)電化學(xué)反應(yīng)具有催化作用,即富有表面活性的金屬。
研究電極的電位窗口
惰性電極在特定溶劑的電解液中自身不發(fā)生反應(yīng),并不使溶劑、支持電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的
電位區(qū)域范圍。水溶液時(shí)可用電位一pH圖
水的穩(wěn)定區(qū)域:
?實(shí)際上氫還原電位還與金屬材料相關(guān)
名過電往金屬
中過電伍金屬
低過也伉金屬
析氫過電位及其影響因素
在很寬的電流中度危圈內(nèi)才:
決定電位窗口的因素
(1)+(2),(3),(4)是最容易發(fā)生的,(5)中的溶解氧會(huì)由于其自身容易被還原
而產(chǎn)生還原電流,可通入氮?dú)饣虻獨(dú)鈿獬酢?/p>
水溶液中Pt,Hg,C電極的電位窗口
幾種有代表性的非水溶劑一支持電解質(zhì)體系中,Pt電極電位窗口
典型研究電極及其特性
典型電極有:的、金、碳、汞、汞齊電極
柏電極的電位窗口如4.8所示是相當(dāng)寬的,這看起來似乎與圖4.10的結(jié)論發(fā)生矛
盾。實(shí)際上因?yàn)槲椒磻?yīng)只需要少量的電量,可以認(rèn)為,在有吸附反應(yīng)的電流流出的電位區(qū)域里,
不會(huì)影響其它電極反應(yīng)。
金電極:在pH為4?10的范圍內(nèi)氫過電壓為0.4?0.5V,在陰極區(qū)域電位窗口比較寬是其
特征之一.
但是,在HCI水溶液中,由于生成氯化物的絡(luò)合物,
從而發(fā)生陽極溶解。這種由于形成絡(luò)合物而發(fā)生的陽極溶解在含有其它鹵素離子
或者CN-離子的水溶液中也會(huì)發(fā)生。金電極除了上述因形成絡(luò)合物而溶解之外,另一個(gè)特點(diǎn)就是形
成薄層氧化膜。
金電極與鉗電極進(jìn)行比較,其做為固體電極的最大缺點(diǎn)就是難以把金封入玻璃管中,即
電極制作麻煩。
,但金比的更容易與汞形成汞齊。旋轉(zhuǎn)圓盤電極分析法中經(jīng)常使用金圓盤電極。也就是
說,可以用金電極測(cè)定正電位一測(cè)的電化學(xué)反應(yīng),而相同形狀的汞齊化的金電極則可以
用于觀測(cè)負(fù)電位一側(cè)的還原反應(yīng),而相同形狀的汞齊化的金電極則可以用于觀測(cè)負(fù)電位
一側(cè)的還原現(xiàn)象。
汞齊化電極的制作方法
?大多數(shù)的金屬可以做成汞齊,就電極材料而言有Au、Cu、Ag、Pt等等。
?首先,應(yīng)該用最好的辦法將作為電極的這些金屬表面洗干凈.接著按圖A所示把濾紙放入
皿中,加上一滴干凈的水銀,把金屬表面放在水銀上面慢慢研磨。這樣一部分水銀會(huì)沾
在金屬表面上,一部分水銀留在濾紙上。不停地研磨后就可以形成均一的汞齊。
不容易沾到金屬表面時(shí),可以將金屬表面事先進(jìn)行鍍汞處理。其處理方法也很簡單。在
一小燒杯中放入水,溶入少量,選用適當(dāng)?shù)碾姌O組成圖B所示的干電池回路。用這個(gè)回路
可進(jìn)行鍍汞處理。金屬表面鍍上薄層汞后,按圖A的方法在滴汞濾紙上不停地研究,便
可做成漂亮的汞齊。
研究電極的大小和形狀
電極的前■處理
?研究電極是否具有清潔的表面是電化學(xué)測(cè)定中最重要的問題。一旦電極表面沾附了雜
質(zhì),將出現(xiàn)非目的性的電流。作循環(huán)掃描時(shí)電位峰將偏離理論值,常常得不到理想的實(shí)
驗(yàn)數(shù)據(jù)。
?以粕電極為例,電極表面前處理的一般方法可按以下順充進(jìn)行。
(1)用小號(hào)砂紙將表面磨平滑。
(2)用氧化鋁研磨液磨成鏡面。
(3)用重輅酸混合液、熱硝酸、王水等洗凈
(4)用水沖洗干凈。
(5)先在與測(cè)定用的電解液相同組成的溶液中做幾遍電位掃描。
?實(shí)際上,鉆電極前處理時(shí)1?5的操作沒有必要全部進(jìn)行,只要做3?5的操作就已足夠。
另外,因?yàn)橛袡C(jī)物等一旦吸附在表面,將嚴(yán)重影響電極反應(yīng),所以除了要注意電極的前處理
外,電解池的洗凈以及電解液的純度也要十分注意。例如,的電極表面一旦吸附上有機(jī)物,
氫吸附峰電流就減少,代之而產(chǎn)生新的電流峰。
此外使用的線電極時(shí)也經(jīng)常有人把粕線放在燈火焰上白熱,得到再現(xiàn)性好、清潔的表面。
電極的表面取
除了汞之外,電極表面積的正確求算實(shí)際上并不那么容易。因?yàn)楸砻娲植诙雀鳟惖碾姌O
表面定量化是很困難的。粕電極可以通過氫離子吸附峰的解析來求算表面積。而一般的
電極則只能用表觀電極尺寸來求算。
伯電極表面積的求法
1)將研磨得相當(dāng)平滑的粕電極保持靜止?fàn)顟B(tài),在擴(kuò)散為控制步驟的電位區(qū)域內(nèi),恒電位電解1
秒鐘以上時(shí),擴(kuò)散層的厚度d[d=(Dt)i%D是擴(kuò)散系數(shù)]將大于Pt電極表面的凹凸程度。這樣得
到的具有平滑表面的的電極表面積可以直接用千分尺量取求算。
2)但是,當(dāng)我們研究某化學(xué)物質(zhì)在電極表面的吸附時(shí),必須更為精確地知道Pt電極的表面積。
另外像伯黑那樣具有多孔性且凹凸不平的電極也經(jīng)常需要準(zhǔn)確計(jì)算它們的表面積。具體計(jì)算方法
有:
(1)由氫原子吸附峰的電量求算
在H2s04水溶液中進(jìn)行循環(huán)掃描時(shí),在+0.4?0.05V(vs.NHE)電位區(qū)域內(nèi)將出現(xiàn)氫原
子吸附峰,通過吸附峰的電量可以算出電極的表面積,但應(yīng)扣去雙電層的充電電量。該
電量一般按120uCcm,2計(jì)算。
(2)用安倍計(jì)時(shí)法求算
‘對(duì)濃度、擴(kuò)散系數(shù)、反應(yīng)電子數(shù)為已知的電活性物質(zhì),在呈靜止?fàn)顟B(tài)下的平板電極上進(jìn)
行恒電位階躍電解。此時(shí)Cottrell方式成立:
式中F:法拉第常數(shù)(964900;n:電子數(shù);c:濃度[mol-cm-3],D:擴(kuò)散系數(shù)
[cm2s1];均為已知值。通過電流i[A]隨時(shí)間t[s]的變化即可求出面積Alcm2]。一般在電解30秒
后,取大約1秒鐘左右的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。
?循環(huán)伏安法計(jì)算:在循環(huán)伏安法中,從電位掃描速度v變化時(shí)峰電流值的變化,求算出
電極表面積。這個(gè)方法將在后面章節(jié)中詳細(xì)介紹。
輔助電極
一般要求輔助電極本身電阻小,并且不容易發(fā)生極化。不用恒電位儀的一般電解反應(yīng)實(shí)
驗(yàn)中,希望輔助電極的面積要比研究電極的面積大100倍以上,使得外部所加的極化主
要作用于研究電極上。
輔助電極本身不影響研究電極的反應(yīng)
需考慮電解池里電極的放置問題
一般情況下使用箱或者碳電極做輔助電極
參比電極
理想的參比電極必須具備如下性質(zhì):
(1)電極表面的電極反應(yīng)必須是可逆的,電解液中的某化學(xué)物質(zhì)必須服從能斯特平衡電位工程式(也
稱Nernst效應(yīng))。
(2)電極電位隨時(shí)間的漂移小。
(3)流過微小的電流時(shí),電極電位能迅速恢復(fù)原狀(不產(chǎn)生滯后現(xiàn)象)。
(4)像Ag/AgCI那樣的電極,要求固相不溶于電解液
(5)當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí),一定的溫度能相應(yīng)有一定的電位(沒有溫度的滯后)。
常用的參比電極:
?NHE、RHE
?伯黑電極Pt
?甘汞電極SCE
鐺黑電極的制作方法
?用1?3%氯鋁酸作電解液,在干凈的鉗平滑電極上鍍鉗處理后即得粕黑電極。具體方法
如下:
?把大約1g的H2PCI6溶解于30ml水中做成電解液。往電解液中添加大約10mg的醋酸鉛
(在鉛共存下可更好地形成鉗黑),放入待處理的平滑的鈍電極和鉗輔助電極,在大約
30mA/cm2的電流密度下進(jìn)行陰極化即電鍍反應(yīng)(Pt的電析反應(yīng))。電鍍時(shí)間大約5?10
分鐘。電鍍期間,要充分進(jìn)行攪拌,防止氫氣產(chǎn)生。陰極極化后進(jìn)行陽極極化,再進(jìn)行
陰極極化。如此重復(fù)數(shù)次。
*隨著Pt電鍍反應(yīng)的進(jìn)行可以看到Pt表面慢慢成黑色。電鍍反應(yīng)后,將粕黑電極水洗后放
入0.1MH2s。4水溶液中進(jìn)行與電鍍反應(yīng)同樣的陰極極化和陽極極化處理,充分水洗后使
用。粕黑電極不用時(shí)一定要放入蒸儲(chǔ)水中保存。
銀/氯化銀電極Ag/AgCI
甘汞包板
甘汞電極的反應(yīng):
其電位與氯離子的濃度有關(guān)。當(dāng)KCI達(dá)飽和濃度時(shí),叫做飽和甘汞電極(SCE)。大家知道,
甘汞電極具有各種各樣的形狀:
用容量大約200mL試劑的試劑瓶可以簡單地自行制作甘汞電極。
不同KCI濃度下的甘汞電極電位
新做成飽和甘汞電極的也伍較正
?剛剛做成或者放久沒有使用的參比電極,再使用時(shí)往往擔(dān)心該參比電極的電位是否準(zhǔn)確
可靠。這種場合最好用另一個(gè)可靠的參比電極確認(rèn)它的電極電位。用輸入阻抗大的電位
計(jì)按圖A所示那樣進(jìn)行測(cè)定。同樣的參比電極,電位差一般不超過±1mV。
鹽橋的制作方法
?把3?4g的瓊脂和30?40g的KCI放入大約100mL的水中,加熱溶解,沸騰后放好。
?用直徑為5?6mm左右的玻璃管彎成如圖所示的U型管。
?把做好的瓊脂溶液放置于小火上或者熱水浴中微熱后,如圖所示那樣把玻璃管的一端套
上橡皮管,另一端放入微熱后的瓊脂溶液中,用口輕輕地吸入玻璃管中,到裝滿為止。
?溫度降低后,隨著瓊脂的凝固,溶于瓊脂中的KCI將部分析出,玻璃管中出現(xiàn)白色的斑
點(diǎn)。這種裝有凝固了的瓊脂溶液的玻璃管就叫做鹽橋。
?當(dāng)參比電極室和研究電極室相通,兩室內(nèi)電解液發(fā)生交換時(shí),參與電極一側(cè)的電解質(zhì)將
參與研究電極上的反應(yīng)而使得參比電極室內(nèi)發(fā)生濃度的變化(如飽和甘汞電極中KCI變成
非飽和狀態(tài))。
?因此在保證電流流通的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)電解池時(shí)應(yīng)盡量避免這種溶液交換的產(chǎn)生。
電斛液
*電解液可以大致分成三類,即水、有機(jī)溶劑、熔融鹽。
作為有機(jī)溶劑應(yīng)具有如下條件:
?(1)可溶解足夠量的支持電解質(zhì)。
?(2)具有足夠使支持電解質(zhì)離解的介電常數(shù)(一般希望在10以上)。
?(3)常溫下為液體,并且其蒸氣壓不大。
?(4)粘性不能太大。
?(5)毒性小。
?(6)可以測(cè)定的電位范圍(電位窗口)大。
?(7)溶劑精制容易,特別是已有確定的除水方法。
?(8)價(jià)格便宜,容易買到。
支持電郵質(zhì)
作為支持電解質(zhì)的條件
(1)在溶劑中要有相當(dāng)大的溶解度,能使電解液具備足夠的導(dǎo)電性。
(2)電位測(cè)定范圍大(支持電解質(zhì)本身不易參與電化學(xué)反應(yīng))。
(3)不與體系中的溶劑或者與電極反應(yīng)有關(guān)的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),且對(duì)電極無特性吸附,即不發(fā)生雙
電層的變化。
魯金毛細(xì)管
魯金毛細(xì)管就是鹽橋靠近研究電極的尖嘴部分。
歐姆電位降(歐姆電阻、溶液電阻)
?減小或消除溶液電阻影響的方法
1)采用魯金毛細(xì)管
2)測(cè)量歐姆電阻
3)測(cè)量儀器(恒電位儀等)采用補(bǔ)償電路
歐姆電壓降的測(cè)量
*方波電流法等
注意:
每個(gè)電流h均需
測(cè)對(duì)應(yīng)的iiR
也斛電
根據(jù)研究目的的不同,電解池的大小、形狀以及所用材料也不同。一般實(shí)驗(yàn)室中使用的
電解池的大小范圍為10瓜?1L左右。
電解、電鍍或者有機(jī)電解合成等工業(yè)電解中則使用大容量的電解槽。
這里僅對(duì)一般實(shí)驗(yàn)室使用的電解池進(jìn)行介紹,而對(duì)工業(yè)電解中使用的大型電解槽則不作
介紹。
1由解池的種類
制作和選用電解池時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
?電解池的大小(容量)。
?研究電極和輔助電極是同室,還是用離子交換膜或者玻璃濾板等隔膜隔開。
?研究電極是固定的還是旋轉(zhuǎn)式的。
參比電極的大小如何。
有沒有必要除去溶解氧。
溶液是否進(jìn)行攪拌。
溫度是否必須保持恒定。
研究電極的材料應(yīng)以什么為好。
是否導(dǎo)入光或者磁場等外部能量。
圖4.29和圖4.30分別為兩電解室分開的H型電解池和使用同一電解液的單室電解池的實(shí)
例。
極譜用電解池、旋轉(zhuǎn)圓盤電極用電解池、光電極反應(yīng)用電解池都各具特點(diǎn)。
電斛電中電極等的酩量
?電極的配置很重要。由于所要測(cè)定的是研究電極表面的電流一電壓曲線等,所以其位置
最重要,對(duì)電解液一邊進(jìn)行攪拌,一邊用氮?dú)夤呐輹r(shí),應(yīng)盡量避免給研究電極表面帶來
不必要的影響。例如,如果氮?dú)夤牡窖芯侩姌O表面時(shí),電極和溶液的接觸面積將發(fā)生變
化,從而帶來不好的影響。
?進(jìn)行光半導(dǎo)體電極光照實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)盡量使光正好照在半導(dǎo)體表面上。
*參比電極的導(dǎo)入也不可忽視。一般與鹽橋相通的毛細(xì)管的尖端要固定在盡量靠近研究電
極的地方。如果參比電極的毛細(xì)管位置遠(yuǎn)離研究電極的表面的話,溶液電阻將變大。當(dāng)
流過較大的電流時(shí),將給電極電位測(cè)定帶來誤差。由于電解液帶有一定的電阻,當(dāng)有電
流流通時(shí),帶進(jìn)的誤差為研究電極和參比電極間的溶液電阻和電流的乘積歐姆降iR。如
果電流很小時(shí)歐姆可以忽略不計(jì)。電流較大時(shí)就不能忽略。所以當(dāng)實(shí)驗(yàn)在較大電流下進(jìn)
行時(shí),毛細(xì)管尖端要放到幾乎接上研究電極表面的地方。
隔膜
需要將研究電極室和輔助電極室分時(shí),可以采用以下方法:
鹽橋:為了接通研究電極室和參比電極室,主要是使用鹽橋。但是,當(dāng)體系不希望因鹽橋
而混入其它離子時(shí),應(yīng)改用其他方法。另外,鹽橋不適于長時(shí)間使用。
玻璃濾板隔膜:玻璃濾板隔膜按其孔的大小可分為No.1?No.5.孔太大時(shí),兩電解液不
能很好隔開??滋r(shí)則溶液不能流動(dòng),電阻變大,需要把玻璃隔膜固定在電解液池上
時(shí),若隔膜的孔徑太小時(shí),玻璃工容易用火把膜孔燒結(jié),應(yīng)加以注意。
離子交換膜:離子交換膜分陰離子交換膜和陽離子交換膜,都有市售??砂葱枰笮〖粝?,如
圖所示那樣固定后使用。
攪拌
電解液需要攪拌時(shí)通常用磁力攪拌器。當(dāng)一邊進(jìn)行攪拌一邊測(cè)定電流一電壓曲線時(shí),曲線的
形狀經(jīng)常因攪拌的不同而變化。這種情況說明溶液中的對(duì)流是電極反應(yīng)中的控制步驟。
為了保證恒定的攪拌狀態(tài),應(yīng)選用適當(dāng)?shù)臄嚢枳?一般為小鐵棒外面包上特氟綸做成)并調(diào)
好旋轉(zhuǎn)速度。常用氮?dú)饣蛘哐鯕夤呐輥碲s走電解液中溶解的氧,有時(shí)這種鼓泡也可以兼做攪
拌用。
溶解氧的去除
通常進(jìn)行電化學(xué)研窕時(shí),由于溶解軸將使得電位窗口變小,所以一定要設(shè)法把溶解氧
從電解液中除去。除去溶解氧有兩種方法。
(1)用氮?dú)饣蛘甙睔獾入娀瘜W(xué)惰性氣體往電解液中鼓泡。
(2)電解液在低溫下減壓排與。把電解池接在真空系統(tǒng)中反復(fù)排氣數(shù)次。
(1)是一般常用的方法。(2)主要用于非水溶劑中的有機(jī)電化學(xué)反應(yīng)體系。
一般使用高純度的干燥氮?dú)庾鳛楣呐莸臍怏w。但是,盡管是高純度的干燥氮?dú)庖搽y免含有微
量的氧氣。因此,使用前先通過活化銅柱除去氧氣,活化銅柱應(yīng)事先預(yù)熱到1000Co
銅與氮?dú)庵械奈⒘垦鯕夥磻?yīng)生成氧化銅而改變顏色。因此一旦發(fā)現(xiàn)銅柱變色時(shí),就必須進(jìn)行
從氧化銅到銅的再生處理。處理方法是,讓氫氣在高溫下通過該銅柱。即CuOfCu,生成
水。
除氧往電解液鼓泡的時(shí)同與電解液的量、氮?dú)獾耐饬?、?dǎo)入氣體的口徑的形狀有關(guān)。一般
為10?15分鐘左右。
氮?dú)馄肯螂娊庖和ǖ獨(dú)獾氖疽鈭D
測(cè)定靜止?fàn)顟B(tài)下的電流一電位曲線時(shí)(例如循環(huán)伏安法),一旦把溶解氧除去后,就必須停
止向電解液中進(jìn)行氮?dú)夤呐荨?/p>
在停止鼓泡期間,要盡量避免空氣(氧氣)再進(jìn)入電解液中C應(yīng)在電解液上面用氮?dú)夥庾
有時(shí)也采用把電解池與附體整體放入裝滿氮?dú)獾南渲羞M(jìn)行實(shí)驗(yàn)的方法。
通常將這樣的箱子叫做干燥箱,價(jià)錢很貴。在日本有市售邊長1m左右的干燥箱。而美國,在
幾乎所有與電化學(xué)有關(guān)的研究室中都可以看到。
溫度的控制
電化學(xué)反應(yīng)中的電位和電流值都與體系的溫度有關(guān)。溫度對(duì)電位的影響服從能斯特方程式。
參比電極的電位對(duì)溫度也非常敏感。且對(duì)測(cè)定的電位和電流的精度也有影響。所以,電化學(xué)
實(shí)驗(yàn)中一般使用恒溫槽,以保持電解池或參比電極的溫度恒定。
耳菽決
電化學(xué)測(cè)定和其他電學(xué)測(cè)定一樣,多用高靈敏度測(cè)定電流和電壓的微小變化。而在測(cè)定快速
的變化時(shí),往往有電噪音的影響。有時(shí)這種噪音會(huì)完全掩蓋了我們扭需的目的信號(hào)。此時(shí)可
用屏蔽導(dǎo)線,把電解池放入周圍接地的屏蔽箱中,或放在鐵板上進(jìn)行測(cè)定,應(yīng)將測(cè)定儀器接
地。
當(dāng)用各種方法均無法除去噪音時(shí)請(qǐng)參考有關(guān)專著或請(qǐng)專業(yè)人員處理。
笫4章稔志電化學(xué)研究方法
§4.1電極過我與極化
§4.2也以過蝶的基本歷枉和速度控制步鐮
§4.3穩(wěn)思極化曲戰(zhàn)與動(dòng)力學(xué)方程式
§4.4穩(wěn)態(tài)極化曲婉測(cè)定的注意事項(xiàng)
§4.1電極過程與極化
?也奴過程:也發(fā)生在電極;注流界面上的電極反應(yīng)、化學(xué)轉(zhuǎn)化和電極附近液層中的傳質(zhì)作用等一
東列文化的總和統(tǒng)棟為電板過招I。
?電以過程動(dòng)力學(xué):有關(guān)電機(jī)過程的歷程、速度、影響圖景的研究稱處也極過貍勒力學(xué)。
一、電極的極化
1、電極的極化:有包溫通過電極時(shí),電極電往偏離平陽包枚(■貳穩(wěn)定.電位)的現(xiàn)象。
2,陰極板化:6極也依偏喜平陽電住向負(fù)移。
3、陽板板化:電板包住偏富平陽電住向正秒。
4,極化也枚:有電流通過時(shí)的電極包信。
5、靜止電位:無電貳通過時(shí)的電機(jī)電伉,包括平街電位和穩(wěn)定電住。
一、電板的極化
6.過電伉:在一定電信下,也板電依與平街電伉的差依。
過也住取正值:
7,奴化值:才電凌通過時(shí)的包板電伉(板化也伉,和無電邊通過時(shí)的電極也依《得止電柱)的差值。
二
L、包板板化的原因
&圾化作用:外電沈慨過電奴時(shí),電子的建動(dòng)使電極表面電荷發(fā)生積累,電板也住偏者平街狀
20
.
去板化作用:電板表面的包板反應(yīng),吸收包子送動(dòng)傳遞過來的電苻,使電極電住恢復(fù)率街的狀
忠
30
.
電極極化的原因:
極化作用>去極化作用電苻笈界面很累
電極也伉發(fā)生偏青
、電極板化的原因
4.理想極化也極:6板上不發(fā)生電極反應(yīng),溉人電極的電若全部都在電板森面依累,使2板電住
發(fā)生改.支。如:盾汞包板。
5、理想不極化也極;電板反應(yīng)速度極大,凌人電極的電苻全部卻能通過電極反應(yīng)詁杞,不在也極
表面余累,電板包住不發(fā)生文化。人:施加甘汞電極。
三、板化曲戰(zhàn)
1、也極反應(yīng):有電子多與的屬化還原反應(yīng)。
2.電極反應(yīng)速度:
?電極反應(yīng)速度按異相化學(xué)反應(yīng)表示:
包板上有1摩爾物質(zhì)還原灰氧化,就需要通過nF電量。
電極反應(yīng)速度用也凌畬火裊示:
務(wù)電極反應(yīng)達(dá)到穩(wěn)走狀忐時(shí),外也就全都訪耗于電機(jī)反應(yīng),即代瓢了電極反應(yīng)速度。
電極電位(或過電位)與電流密度之間的關(guān)系畫成曲線叫做極化曲線
回、極化曲線的測(cè)量
1、慢電流法:給走電凌畬度,測(cè)量電極包住,得到電極電位與包流布度的美樂曲賦。
2、恒電伍法:價(jià)走電極也伉,測(cè)量電凌懣度,將?利電流由度與電板電住的關(guān)東曲城。
8、極化曲端的測(cè)量
3,穩(wěn)忠法:測(cè)走也板過程達(dá)到穩(wěn)定收忐后的電盜電度與也板電伉的關(guān)東。
4、曾出法:測(cè)定電極過徑未達(dá)到穩(wěn)建我忠的電流⑥度與6權(quán)電位的關(guān)東,包含時(shí)間因素的影喻。
8、極化曲戰(zhàn)的瀏景
恒電流法基本測(cè)量線路圖。
8、極化曲然的測(cè)量
恒也核法象本測(cè)量線珞圖。
電極過程研究的基本技術(shù)一“三電極”體系
?電化學(xué)研究主要通過研究或控制單個(gè)電極的過程來進(jìn)行,電極過程的主要膨響參數(shù):電極電
位。
測(cè)試或控制電極電位的方法:三電極體系。專用設(shè)備:恒電位儀,計(jì)算機(jī)控制的電化學(xué)測(cè)試
系統(tǒng)M273、M388等。
極化曲線也常以電位與電流密度的對(duì)數(shù)/g課表示:半對(duì)數(shù)極化曲線
§4.2電板過程的基本歷叔和速度拄制步朦
一、電極過獨(dú)的基本歷程
二、電極過程的速度改制步辣
三、液短極化和電化學(xué)極化
8、準(zhǔn)平街態(tài)
一、電極過程的基本歷程
1、液相傳質(zhì)
2、皙量轉(zhuǎn)化:吸時(shí)、絡(luò)和畜子配伍救改支等
3,電化學(xué)反應(yīng):得大電子、氫化還原
4,隨后林化:脫附、復(fù)合、分斛等
5、液和精質(zhì)
一、電極過徑的基本石修(例1)
一、電板過程的
基本歷科(例2)
二、電極過招L的速度控制步驟
?速度控制步驟:備幾個(gè)步朦串聯(lián)時(shí),賣除反應(yīng)速度等于景慢的邢小步驟,把控制整個(gè)電極過
般速度的單元步驟r班最愎的那個(gè)步驟)稱之。
?各也極反應(yīng)進(jìn)行的條件發(fā)生變化時(shí),電極過程的速度控制步麻會(huì)發(fā)生文化。
?電極過程的速度抵制步竦可能不止一個(gè)。
三、浪差極化和電化學(xué)極化
2、濃星以化:由于波相傳質(zhì)步棘的遲緩,使得電極表面反應(yīng)喜子的濃炭祇,于泳波本體液發(fā),遺成
電機(jī)也枚偏離平衢?電伉(穩(wěn)定電伉)的現(xiàn)象。
3.電化學(xué)極化:由于電極表面將、火電孑的電化學(xué)反應(yīng)的遲緩,而引起的包機(jī)電位偏喜平街也住
(穩(wěn)定也伉)的現(xiàn)象。
8、準(zhǔn)平街總
?如果電極過程的非拴制步賺的反應(yīng)速度比控制步驟的速度大得多,
各電極過程以技制步藤的速度進(jìn)行時(shí),
可以比他地認(rèn)為電機(jī)過任的非檢制步般處于平街狀去,即處于很平尚志。
?率平街忐的引入是為了簡化問題的研究。
(例:用能斯特公式計(jì)算電極6有U
§4.3穩(wěn)太極化曲線與動(dòng)力學(xué)方程式
?電極電位(或過電位)與電流密度之間的關(guān)系畫成曲線叫做極化曲線
極化曲線也常以電位與電流密度的對(duì)數(shù)應(yīng)課表示:半對(duì)數(shù)極化曲線
電化學(xué)極化的基本賣瞼率矣
1、珞苒余關(guān)東:
2、然性是東:
德忐電化學(xué)極化基本方粒式:
由有
巴特勒-伏爾摩方程(Butler—Volmer)
?習(xí)慣規(guī)定:
電極發(fā)生凈還原反應(yīng)f陰極反應(yīng))時(shí),乃正值,
電極發(fā)生凈氧化反應(yīng)(陽極反應(yīng)J時(shí),為負(fù)位。
?若電板反應(yīng)凈速度用正被表示時(shí):
多電子楞秒步螺的動(dòng)力學(xué)方在去
?穩(wěn)杰極化時(shí),各個(gè)單電于將移步原的速度相等,且等于控制步歌的速度。
?電極反應(yīng)的凈電就密度學(xué)于各個(gè)早電于科安步歌電武之和。
?即:
?多包子包板反應(yīng)動(dòng)力學(xué)公尤:
巴特勒-伙余事方桎曲錢
?平陽也住時(shí)無凈反應(yīng)發(fā)蟲。
?比也伉存在是凈反應(yīng)發(fā)生的必要條件。
實(shí)際稔忐極化曲線與其特征區(qū)域劃分
?半對(duì)數(shù)極化曲線
片做體條奴化曲戰(zhàn)
多很小時(shí),
可按級(jí)數(shù)展開:
限去高次項(xiàng),得低過電位下的近仞公式:
對(duì)比經(jīng)瞼公式:
?低過電枚的條件:
時(shí),
時(shí),
一般:
大約相當(dāng)于VV
當(dāng)時(shí),電極反應(yīng)近似可逆,近平街我忠。
弱極化區(qū)(AB)測(cè)次技術(shù)
?極化曲線的線性極化區(qū)與塔費(fèi)爾極化區(qū)之間稱為弱極化區(qū),過電位大約在20?70mV范圍內(nèi)。
*在此區(qū)域內(nèi),電極上的氧化反應(yīng)速度與還原反應(yīng)速度既不接近相等,也不相差十分懸殊。
?在弱極化區(qū)進(jìn)行電化學(xué)測(cè)量優(yōu)于線性區(qū)和塔菲爾區(qū)。
*電極過程的電化學(xué)極化規(guī)律用完整的巴氏方程描述:
由實(shí)驗(yàn)可測(cè)得不同下的和,求出相應(yīng)的。將作
圖,得一直線,直線的斜率就是,即
可見,由作圖法求得后,可得
進(jìn)一步可獲得。和£。
且
強(qiáng)極化區(qū)CBC)電化學(xué)奴化方程式
?當(dāng)時(shí),彼大;此時(shí):
則:
同理,對(duì)于
才:
對(duì)比:
,過電信區(qū)的條件:
車對(duì)教極化曲成與電化學(xué)奴化方在尤
液短板化方程為CDEJ
?當(dāng)電極過程為反應(yīng)物或反應(yīng)產(chǎn)物的擴(kuò)散速度控制時(shí)也會(huì)引起電極極化。譬如,電流通過陰極
時(shí),由于電極反應(yīng)的進(jìn)行,電極表面液層中放電粒子的濃度下降,造成濃度梯度。在這種濃
度梯度作用下放電粒子將從溶液內(nèi)部向電極表面擴(kuò)散。達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí),從溶液內(nèi)部擴(kuò)散過來的
反應(yīng)粒子完全補(bǔ)償了電極反應(yīng)所消耗的反應(yīng)粒子。這時(shí)表面液層中的濃度梯度仍然存在,只
是不再發(fā)展了。顯然這時(shí)電極表面放電粒子的濃度比溶液內(nèi)部要低,猶如把電極放在較稀的
溶液中一樣。由于傳質(zhì)過程為電極過程的控制步驟,說明電極反應(yīng)本身的速度很快,仍處于
可逆狀態(tài),能斯特公式依然適用。只是由于電極附近濃度變低,使電位變負(fù),偏離了平衡電
位,所以這種極化稱為濃差極化。
?研究濃差極化的目的,一方面是掌握濃差極化本身的規(guī)律,從而利用之。例如,利用差極化
與反應(yīng)物濃度的關(guān)系而獲得各種極譜分析,還可用以判斷反應(yīng)物是來自溶液還是來自界面吸
附等。另一方面,掌據(jù)濃差極化的規(guī)律是為了設(shè)法消除降低它,以便把電化學(xué)反應(yīng)步驟突出
出來加以研究。
理想穩(wěn)思/散的動(dòng)力學(xué)規(guī)律
由菲克第一定律:
設(shè)電極反應(yīng)為:
在穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散條件下,為常數(shù),
即:
得穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散電流密度:
當(dāng)擴(kuò)散步驟為控制步驟時(shí),擴(kuò)散速度既為電極反應(yīng)速度,由于擴(kuò)散速度“緩慢”而引起的極
化就是濃差極化。
當(dāng)6=0時(shí),擴(kuò)散電流達(dá)到極大值,稱為極限擴(kuò)散電流
此時(shí)的濃差極化為完全濃差極化:
可得:
或:
?因假定擴(kuò)散過程為整個(gè)電極過程的控制步驟,也就意味著電極反應(yīng)本身仍處于可逆狀態(tài),能
斯特公式仍適用。因此,在電極上有電流通過時(shí),反應(yīng)產(chǎn)物生成獨(dú)立相(不可溶)時(shí)的電極
電位為:
代入0s得:
未發(fā)生濃差極化時(shí)的平衡電位:
可得:
或:
濃差極化,所以:
?作業(yè):
反應(yīng)產(chǎn)物可涿時(shí)液差奴化方程為與極化曲端
由
件圖。
混合控制區(qū)CCD;極化方程式
當(dāng),雄法中對(duì)流作用很強(qiáng)時(shí),
電子轉(zhuǎn)移步驟拉制,產(chǎn)生電化學(xué)極化。
各,泳度中無對(duì)凌作用時(shí),
步散步藤控制,產(chǎn)生常差極化。
一般條件下,上面兩種情況共存(CD段),
電子轉(zhuǎn)移步望和"散步膜混合控制。
在電化學(xué)極化動(dòng)力學(xué)公丸中考慮液差極化的影響
考慮了液差板化的電極反應(yīng)絕對(duì)速度:
也極反應(yīng)的凈速度:
比較無液愛奴化的凈逮度;
多也化學(xué)極化和液差極化共存時(shí),
可忽唯逆向反應(yīng),則有:
各電化學(xué)極化和液差板化共存時(shí)的動(dòng)力學(xué)公尤
由
得
根據(jù)相對(duì)大小,軻新電機(jī)過程的檢制步驟。
C1J各時(shí),
也機(jī)不發(fā)生極化,接近于平南電核。r參比電極)
(2)多時(shí),
(3)備時(shí),
<4;各時(shí),
尤右方兩項(xiàng)均不能忽睢,也叔過您出也化學(xué)過您和廣散城修共同愛制,可利用此人鹿苒過也住
中校正濃差極化的影響,得到他群由電化學(xué)板化引起的過電/,質(zhì)杼交換電流卷皮和傳遍米數(shù)等動(dòng)
力學(xué)參數(shù)。時(shí),需用旋轉(zhuǎn)電板或a的志柒。
區(qū)域1:
區(qū)域2:
電化學(xué)步螺控制
區(qū)域3:
電化學(xué)步驟和步
散步辣混合控制
區(qū)域4:
步散步腺技制
也化學(xué)極化和濃
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 二零二五年餐廳窗口承包經(jīng)營投資合作協(xié)議3篇
- 2025年旅游推廣宣傳品采購合同模板3篇
- 二零二五版高端商務(wù)車買賣合作協(xié)議3篇
- 2025年物流運(yùn)輸與供應(yīng)鏈金融合作協(xié)議書3篇
- 2025年新型土石方資源綜合利用合同范本3篇
- 2025年增資協(xié)議保障責(zé)任
- 二零二五年房地產(chǎn)項(xiàng)目物業(yè)管理勞務(wù)派遣協(xié)議3篇
- 2025年企業(yè)獨(dú)資股東增資協(xié)議
- 2025年培訓(xùn)費(fèi)用結(jié)算協(xié)議樣本
- 2025年培訓(xùn)服務(wù)質(zhì)量檢查協(xié)議
- 2025年工程合作協(xié)議書
- 2025年山東省東營市東營區(qū)融媒體中心招聘全媒體采編播專業(yè)技術(shù)人員10人歷年高頻重點(diǎn)提升(共500題)附帶答案詳解
- 2025年宜賓人才限公司招聘高頻重點(diǎn)提升(共500題)附帶答案詳解
- KAT1-2023井下探放水技術(shù)規(guī)范
- 駕駛證學(xué)法減分(學(xué)法免分)題庫及答案200題完整版
- 竣工驗(yàn)收程序流程圖
- 清華經(jīng)管工商管理碩士研究生培養(yǎng)計(jì)劃
- 口腔科診斷證明書模板
- 管溝挖槽土方計(jì)算公式
- 國網(wǎng)浙江省電力公司住宅工程配電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定
- 煙花爆竹零售應(yīng)急預(yù)案
評(píng)論
0/150
提交評(píng)論