第二章 金电化学基础.pdf

二、冶金电化学基础 2.1 电化学的基本概念和理论 电化学 Electrochemistry 电化学：研究离子、电子、导体、半导体、介电体及本体 溶液中荷电粒子的存在和移动的科学技术。 或 研究电与化学变化之间的关系，以及化学能与电 能相互转化的一门科学。 2.1 电化学的基本概念和理论 2.1.1 电化学的基础知识 2.1.1.1 导体 第一类导体：依靠电子传送电流的导体。如金属、石墨、某 些金属氧化物（PbO 、Fe O ）、金属碳化物（WC）等。 2 3 4 第二类导体：依靠离子的移动来实现导电任务的导体。如以 水或其它有机物为溶剂的电解质溶液、熔融电解质和固体电 解质等。 6 8 . -1 金属导体电导率：10 ~10 （S m ） -20 -8 . -1 绝缘体的电导率：10 ~10 （S m ） -7 5 . -1 半 导 体：10 ~10 （S m ） 2.1 电化学的基本概念和理论 2.1.1.2 电化学的研究对象 图2-1 简单的电解池 2.1 电化学的基本概念和理论 图2-1的电路接通后，与直流电源负极连接的金属铜接受了由外电路提 供的电子。溶液中是离子导电，电子不能直接进入溶液传导电流。因此， 由直流电源负极流入左端铜电极的电子，将在两类导体的界面上消失， 即在左端铜电极与溶液界面必然发生消耗电子的过程，即发生还原反应。 同时，依靠着CuSO 溶液中离子的移动，得以将负电荷输送到溶液与右 4 端铜电极的界面间。因为右端铜电极中又将是电子导电，故在溶液与右 端铜电极的界面间必然存在一个产生电子的过程，即发生金属铜失去电 子的氧化反应： 2.1 电化学的基本概念和理论 左端：Cu2+ ＋2e = Cu 阴极还原反应 右端：Cu –2e = Cu2+ 阳极氧化反应 所以说，为了使电流持续不断地通过离子导体，在两类导体界面上必 然会有得电子或失电子的化学反应发生。将这种在两类导体界面间进行 的有电子参加的化学反应，称为电极反应或电化学反应。 2.1 电化学的基本概念和理论 电化学的研究对象： 电子导体、离子导体、两类导体的界面及其上所发生的一切变化。 电化学内容主要分成三个部分： 离子学主要研究溶液或熔体中离子的行为，离子平衡、离子的动态 性质（电导、迁移数、扩散、粘度等）及其相互关系； 界面电化学 包括双电层理论、电动现象、吸附、胶体和离子交换等； 电极学分为可逆电极过程和不可逆电极过程，前者属于热力学范畴， 后者则从动力学观点研究电极过程速度和机理、电子传递反应、电化 学催化和电极结晶过程等。 2.1 电化学的基本概念和理论 2.1.1.3 电化学的发展沿革 1799年 Volta 电池 1800年 Nichoson 和Carlisle进行电解水的第一次尝试 1826年 Ohm LAW 问世 1833年 Faraday’s LAW 问世 1870年 发电机问世 1870’s Helmholtz提出双电层的概念 1887年 电离学说（Arrhenius ） 1889年 Nernst 方程问世