目錄
第1章 有電磁場存在的體系的非平衡態(tài)熱力學(xué) 1
1.1 麥克斯韋方程 1
1.2 非極化體系的守恒定律與熵平衡 2
1.2.1 質(zhì)量守恒方程 2
1.2.2 動量守恒定律 3
1.2.3 能量方程 4
1.2.4 熵平衡方程 5
1.3 線性唯象方程 6
1.4 非線性唯象方程 8
第2章 熱傳導(dǎo)、擴散和化學(xué)反應(yīng) 15
2.1 熱傳導(dǎo) 15
2.1.1 只有熱傳導(dǎo)沒有擴散的體系 15
2.1.2 既有熱傳導(dǎo)又有擴散的體系 17
2.2 擴散 19
2.2.1 等溫擴散 19
2.2.2 非等溫擴散 25
2.3 化學(xué)反應(yīng)和擴散共存的體系 30
2.3.1 近平衡體系 30
2.3.2 遠離平衡體系 32
2.4 在恒溫恒壓條件下化學(xué)反應(yīng)和擴散共存的體系 36
2.4.1 近平衡體系 36
2.4.2 遠離平衡的體系 37
第3章 電解質(zhì)溶液中的傳質(zhì)與傳熱 39
3.1 擴散 39
3.1.1 穩(wěn)態(tài)擴散 40
3.1.2 非穩(wěn)態(tài)擴散 40
3.2 流體流動 41
3.3 包括擴散和流體流動的體系的傳質(zhì) 41
3.3.1 穩(wěn)態(tài)傳質(zhì) 41
3.3.2 非穩(wěn)態(tài)傳質(zhì) 41
3.4 傳熱傳質(zhì) 42
3.4.1 無電場存在的體系 42
3.4.2 有電場存在、溫度恒定的體系 44
3.4.3 有電場存在、溫度變化的體系 47
第4章 電池和電解池 55
4.1 伽伐尼電池 55
4.2 電化學(xué)勢 55
4.2.1 電化學(xué)勢的引入 55
4.2.2 電化學(xué)勢的性質(zhì) 56
4.2.3 單相中的反應(yīng) 57
4.2.4 無電荷轉(zhuǎn)移的兩相反應(yīng) 57
4.3 電池的電動勢和吉布斯自由能變化 58
4.3.1 一個例子 58
4.3.2 推廣到一般情況 61
4.4 電池反應(yīng)方向的規(guī)定 64
4.5 電解池的電動勢和吉布斯自由能變化 64
4.5.1 一個例子 64
4.5.2 推廣到一般情況 68
第5章 不可逆電極過程 72
5.1 不可逆的電化學(xué)裝置 72
5.1.1 電化學(xué)裝置的端電壓 72
5.1.2 電極的變化 72
5.2 穩(wěn)態(tài)極化曲線 73
5.3 化學(xué)反應(yīng) 74
5.3.1 體系中的一個化學(xué)反應(yīng) 74
5.3.2 體系中有多個化學(xué)反應(yīng)同時發(fā)生 75
5.4 電池反應(yīng) 75
5.4.1 陰極反應(yīng) 76
5.4.2 陽極反應(yīng) 80
5.4.3 電池反應(yīng) 84
5.5 電解池反應(yīng) 87
5.5.1 陰極反應(yīng) 87
5.5.2 陽極反應(yīng) 91
5.5.3 電解池反應(yīng) 95
5.6 電極過程 98
5.6.1 電極過程的特點 98
5.6.2 電極過程的步驟 99
5.7 有前置表面轉(zhuǎn)化步驟的電極過程 99
5.7.1 一個電子的反應(yīng) 99
5.7.2 多個電子的反應(yīng) 104
5.8 有后繼表面轉(zhuǎn)化步驟的電極過程 109
5.8.1 一個電子的反應(yīng) 109
5.8.2 多個電子的反應(yīng) 116
5.9 既有前置表面轉(zhuǎn)化步驟又有后繼表面轉(zhuǎn)化步驟的電極過程 124
5.9.1 一個電子 124
5.9.2 多個電子 131
5.10 電極過程的控制步驟 137
第6章 電極反應(yīng)中的傳質(zhì) 138
6.1 三種傳質(zhì)方式 138
6.1.1 擴散 138
6.1.2 對流 140
6.1.3 電遷移 141
6.2 穩(wěn)態(tài)擴散 141
6.3 對流傳質(zhì) 142
6.4 電遷移傳質(zhì) 144
第7章 濃差極化和電化學(xué)極化 146
7.1 陰極過程 146
7.1.1 濃差極化 146
7.1.2 電化學(xué)極化 148
7.1.3 既有濃差極化，又有電化學(xué)極化 150
7.2 陽極過程 152
7.2.1 濃差極化 152
7.2.2 電化學(xué)極化 154
7.2.3 既有濃差極化，又有電化學(xué)極化 156
7.3 電池極化 158
7.4 電解池極化 160
第8章 電化學(xué)步驟 162
8.1 單電子電極反應(yīng) 162
8.2 多電子電極反應(yīng) 163
8.3 總反應(yīng) 166
第9章 陰極過程 168
9.1 氫的陰極還原 168
9.1.1 酸性溶液 168
9.1.2 堿性溶液 176
9.2 氧的陰極還原 181
9.2.1 形成中間產(chǎn)物 181
9.2.2 不形成中間產(chǎn)物 196
9.3 汞電極 205
9.3.1 O2在汞電極上還原為H2O2 205
9.3.2 H2O2在汞電極上的還原反應(yīng) 207
9.3.3 總反應(yīng) 208
9.4 金屬的陰極過程 210
9.5 電催化 210
第10章 金屬離子的陰極還原 212
10.1 一價金屬離子的陰極還原 212
10.1.1 一價金屬離子陰極還原的步驟 212
10.1.2 一價金屬離子陰極還原反應(yīng) 212
10.2 多價金屬離子的陰極還原 214
10.2.1 多價金屬離子的陰極還原步驟 214
10.2.2 多價金屬離子陰極還原反應(yīng) 214
10.3 幾種金屬離子共同還原 222
10.3.1 理想非共軛體系 222
10.3.2 共同還原 222
10.3.3 異常共析和誘導(dǎo)共析 231
10.4 金屬絡(luò)離子的陰極還原 239
10.4.1 金屬絡(luò)離子先轉(zhuǎn)化為水化離子再還原 239
10.4.2 具有特征配位數(shù)的金屬絡(luò)離子在陰極還原 243
10.4.3 具有較低配位數(shù)的金屬絡(luò)離子在陰極還原 245
10.4.4 表面絡(luò)離子在陰極還原 246
10.5 高階金屬絡(luò)離子的陰極還原 248
10.5.1 金屬絡(luò)離子部分還原 248
10.5.2 部分還原的金屬絡(luò)離子 吸附在陰極表面，向晶格處擴散 250
10.5.3 部分還原的離子 在金屬晶格進一步還原為金屬原子 251
10.5.4 還原的金屬原子進入晶格 252
10.5.5 總反應(yīng) 253
10.6 汞齊陰極 254
10.6.1 堿金屬汞齊電解 255
10.6.2 堿土金屬汞齊電解 256
第11章 金屬的電結(jié)晶 258
11.1 理想晶面的生長 258
11.2 晶體生長的速率控制步驟 258
11.2.1 金屬離子還原成金屬原子然后進入晶格 258
11.2.2 金屬離子還原為金屬原子—吸附在陰極表面—擴散到金屬晶格—進入
金屬晶格 262
11.2.3 金屬絡(luò)合離子還原結(jié)晶 269
11.2.4 形成晶核 269
第12章 陽極過程 271
12.1 氫的氧化 271
12.1.1 在酸性溶液中 271
12.1.2 在堿性溶液中 280
12.2 氧在陽極上析出 284
12.2.1 在酸性溶液中 284
12.2.2 在堿性溶液中 287
12.3 金屬的陽極溶解 293
12.3.1 單電子金屬陽極溶解 294
12.3.2 多電子金屬陽極溶解 295
12.3.3 形成水化離子 303
12.4 金屬陽極的極化 304
12.4.1 AB段 305
12.4.2 BC段 305
12.4.3 CD段 309
12.4.4 DE段 315
12.5 不溶性陽極 318
12.6 半導(dǎo)體電極 320
12.6.1 半導(dǎo)體電極的電化學(xué)行為 320
12.6.2 氧化鋅的陽極溶解 321
12.6.3 硫化物的陽極行為 323
第13章 熔鹽電池和熔鹽電解 330
13.1 可逆熔鹽電池 330
13.1.1 生成型電池 330
13.1.2 汞齊型電池 339
13.2 熔鹽電解 348
13.2.1 陰極過程 348
13.2.2 陰極去極化 351
13.2.3 金屬在熔鹽中的溶解 356
13.2.4 鋁電解 358
13.3 熔鹽電脫氧制備金屬、合金和化合物 375
13.3.1 由固體金屬氧化物MeO制備金屬Me 375
13.3.2 由固體混合金屬氧化物MeO-MO制備合金Me-M 380
13.3.3 由固體氧化物MeO和C制備碳化物 388
13.3.4 由固體氧化物MeO和N2制備氮化物 393
13.4 熔鹽電脫硫法制備金屬、合金與化合物 398
13.4.1 由固體硫化物MeS制備金屬Me 398
13.4.2 由MeS-MS制備合金Me-M 403
第14章 金屬-熔渣電化學(xué) 412
14.1 金屬-熔渣間的反應(yīng) 412
14.1.1 反應(yīng)物組元直接接觸 412
14.1.2 以電極反應(yīng)形式進行 413
14.2 電解精煉金屬 418
14.2.1 以熔渣為電解質(zhì)，電解脫氧 418
14.2.2 以熔渣為電解質(zhì)，電解脫硫 423
第15章 離子液體 429
15.1 概述 429
15.2 AlCl3型離子液體 430
15.3 在酸性AlCl3離子液體中電沉積金屬 434
15.3.1 電沉積Mg-Al合金 434
15.3.2 電沉積鎳 439
15.4 在堿性離子液體中電沉積金屬 440
15.4.1 電沉積銦 440
15.4.2 電沉積鉻 443
15.5 非AlCl3型離子液體 446
15.5.1 電沉積銀 446
15.5.2 電沉積銻 447
15.5.3 電沉積鋁 450
第16章 固體電解質(zhì) 452
16.1 固體電解質(zhì)中的傳質(zhì) 452
16.2 固體電解質(zhì)電池 453
16.2.1 濃差型電池 453
16.2.2 生成型電池 463
16.2.3 固體電解質(zhì)電池的應(yīng)用—活度測量 468
16.3 固體電解質(zhì)電解池 469
16.3.1 濃差型固體電解質(zhì)電解池 469
16.3.2 分解型固體電解質(zhì)電解池 483
16.4 直接電解制備金屬與合金 501
16.4.1 制備金屬 501
16.4.2 制備合金 506
16.4.3 用硫化物直接電解制備金屬 515
第17章 一次電池 521
17.1 Zn/Ag2O電池 521
17.2 Zn/C電池 526
17.3 Zn/C堿性電池 531
17.4 Zn/空氣電池 536
17.5 Al空氣電池 541
17.5.1 電解質(zhì)溶液pH低 542
17.5.2 電解質(zhì)溶液pH高 546
17.6 燃料電池 551
17.6.1 概述 551
17.6.2 堿性燃料電池 553
17.6.3 磷酸燃料電池 559
17.6.4 質(zhì)子交換膜燃料電池 564
17.6.5 醇類燃料電池 569
17.6.6 碳酸鹽燃料電池 574
17.6.7 固體氧化物燃料電池 580
第18章 二次電池 585
18.1 鉛酸蓄電池 585
18.1.1 鉛酸蓄電池放電 585
18.1.2 鉛酸蓄電池充電 590
18.2 熔鹽鈉蓄電池 595
18.2.1 熔鹽鈉蓄電池放電 596
18.2.2 熔鹽鈉蓄電池充電 601
18.3 Ni/Cd電池 606
18.3.1 Ni/Cd電池放電 606
18.3.2 Ni/Cd電池充電 611
18.4 Ni/MeH電池 616
18.4.1 Ni/MeH電池放電 616
18.4.2 Ni/MeH電池充電 621
18.5 鋰離子電池 626
18.5.1 鈷酸鋰電池 627
18.5.2 三元材料鋰電池 637
18.5.3 磷酸鐵鋰電池 648
18.6 鈉離子電池 657
18.6.1 鈉離子電池放電 657
18.6.2 鈉離子電池充電 662
參考文獻 668