电化学基本原理及应用/云南省普通高等学校“十二五”规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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代海宁，唐明宇，杨永丽 编

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• 电化学
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• 高校教材
• 化学
• 物理化学
• 云南省
• 十二五规划
• 理工科
• 实验

出版社： 冶金工业出版社

ISBN：9787502465131

版次：1

商品编码：11430589

包装：平装

丛书名： 云南省普通高等学校“十二五”规划教材

开本：16开

出版时间：2014-03-01

用纸：胶版纸

页数：263

字数：415000

正文语种：中文

内容简介

　　《电化学基本原理及应用/云南省普通高等学校“十二五”规划教材》共分6章，主要内容包括：金属电沉积过程的基本原理与概念，金属电解精炼和湿法电冶金，金属电镀，金属制品表面处理，电化学方法在治理废水中的应用，电化学在化学电源中的应用。
　　《电化学基本原理及应用/云南省普通高等学校“十二五”规划教材》可作为本科、高职高专院校化学、化工专业的教学参考书，也可供相关专业领域的工程技术人员参考。

内页插图

目录

1 金属电沉积过程的基本原理与概念
1.1 电极电势和电动势
1.1.1 电极电势
1.1.2 原电池的电动势
1.1.3 参比电极
1.1.4 标准电极电势
1.2 标准状态下的电动势与电池反应的吉布斯自由能的关系
1.3 标准状态下的电动势与电池反应的平衡常数的关系
1.4 Nernst方程
1.4.1 原电池的Nernst方程
1.4.2 电极电势的Nemst方程
1.5 金属电沉积的定义与范畴
1.6 金属电沉积过程的主要特征及其研究方法
1.7 法拉第定律和电流效率
1.8 金属离子在阴极的电沉积
1.8.1 金属离子在阴极电沉积的可能性
1.8.2 简单金属离子的还原过程
1.8.3 金属络离子的阴极还原过程
1.9 金属在阴极共沉积
1.9.1 合金镀层的结构
1.9.2 合金电共沉积的条件和类型
1.10 金属电结晶过程理论与模型
1.11 金属电沉积过程中的阴极极化作用和超电势
1.11.1 受扩散控制的浓差极化特征
1.11.2 受电化学反应步骤控制的电化学极化特征
1.11.3 受浓差极化和电化学极化联合控制的极化特征
1.11.4 电结晶超电势
1.12 电流和金属电沉积物在阴极表面的分布
1.12.1 电解液的分散能力和覆盖能力
1.12.2 金属电沉积时阴极上的电流分布
1.12.3 测定阴极电流分布的装置
1.12.4 改善阴极电流分布的机械措施
1.12.5 微观分散能力
1.13 影响金属电沉积的因素
1.13.1 金属基体及其表面性质
1.13.2 电解液性质
1.13.3 工艺因素的影响
1.14 金属阳极的正常溶解与自溶解
1.14.1 金属阳极的正常溶解与自溶解机理
1.14.2 金属阳极的钝化
复习与思考题

2 金属电解精炼和湿法电冶金
2.1 铜的电解精炼
2.1.1 概述
2.1.2 铜电解精炼过程的理论基础
2.1.3 铜的电解精炼工艺
2.2 由铜合金电解铜
2.3 从矿石中电解提取铜——铜的湿法电冶金
2.4 银的电解精炼
2.4.1 精炼银的理论基础
2.4.2 精炼银的工艺
2.4.3 泥渣和电解液的处理
2.4.4 废饰银的电解
2.5 金的电解精炼
2.5.1 电解精炼金的理论基础
2.5.2 金的电解工艺
2.6 锌的湿法电冶金
2.6.1 湿法电解制锌的一般流程
2.6.2 电解锌的理论基础
2.6.3 影响电流效率的因素
2.6.4 锌的电解工艺
2.7 粗铅电解精炼
2.7.1 铅电解的电极反应过程
2.7.2 电解过程中杂质的行为
2.7.3 铅电解主要工艺
2.7.4 电解技术条件及其控制
2.7.5 电解设备
2.7.6 阳极泥的洗滤
2.7.7 铅电解液的净化
2.7.8 析出铅的熔化与铸锭
……
3 金属电镀
4 金属制品表面处理
5 电化学方法在治理废水中的应用
6 电化学在化学电源中的应用
参考文献

前言/序言

《现代材料科学导论》 第一章 导论：材料科学的核心与挑战 材料科学是研究物质的组成、结构、性能、制备工艺及其相互关系的交叉学科。本章首先概述了材料科学在现代工程与技术发展中的核心地位，从宏观的工程应用需求出发，深入探讨了微观尺度的原子排列和晶体结构如何决定材料的宏观性能。 我们详细阐述了工程材料的四大基本分类：金属材料、无机非金属材料（陶瓷）、高分子材料以及复合材料。每类材料的典型结构特征和主要的力学、热学、电学和光学性能得到了初步的介绍。例如，金属的延展性与自由电子模型之间的关系，陶瓷的脆性与离子键/共价键的特性，高分子链结构对粘弹行为的影响等。 本章的重点在于建立“结构-性能-加工-应用”的材料设计思维框架。我们分析了当前材料科学面临的关键挑战，如能源存储与转换材料的瓶颈、极端环境下服役材料的可靠性问题、以及可持续发展对新型环保材料的需求。通过对历史上的材料革命（如青铜时代、钢铁时代）的回顾，强调了新材料研发对社会进步的驱动作用。最后，展望了纳米技术、生物材料等前沿领域为材料科学带来的机遇。 第二章 晶体结构与缺陷工程 材料的宏观性能往往根植于其微观的晶体结构。本章系统地介绍了晶体学的基本概念，包括晶胞、晶格常数、密堆积、布拉维点阵等。重点分析了常见金属（如面心立方FCC、体心立方BCC、六方最密堆积HCP）和陶瓷材料的晶体结构，并利用指数法（如Miller指数）来描述晶面和晶向。 深入探讨了晶体衍射技术（X射线衍射XRD）在确定材料晶体结构和相组成中的应用原理和数据解析方法。 随后，本章转向晶体缺陷理论，这是理解材料力学行为的关键。我们将缺陷分为零维缺陷（点缺陷，如空位、间隙原子、取代原子）、一维缺陷（线缺陷，即位错）、二维缺陷（晶界、孪晶界）和三维缺陷（孔隙、夹杂物）。详细分析了位错的类型（刃型、螺型、混合型）及其在塑性变形（滑移和攀移）中的运动机制。晶体缺陷的浓度和分布对材料的导电性、扩散速率以及机械强度具有决定性的影响，这是后续材料加工和性能调控的基础。 第三章 材料的热力学与相图 材料的热力学基础决定了材料在特定温度和压力下的稳定性，以及相变的驱动力。本章首先回顾了热力学基本定律在材料科学中的应用，包括吉布斯自由能、焓变、熵变在反应方向判断中的作用。重点讨论了化学势与扩散过程的关系。 本章的核心内容是相图（Phase Diagrams）的解读与应用。我们从一元、二元相图入手，详细分析了共晶反应、共熔点、固溶体形成、以及相变临界点的意义。通过实例，如Fe-C合金（钢铁基础）、Cu-Ni二元系，演示了如何利用相图预测合金在冷却过程中的组织演变。 对于更复杂的系统，引入了热力学计算工具（如CALPHAD方法）的概念，以处理多组分多相体系的平衡预测。理解相图是进行材料热处理设计（如固溶处理、析出强化）的理论前提。 第四章 扩散与动力学 原子在材料内部的迁移（扩散）是许多材料制备过程（如烧结、渗碳、薄膜生长）和性能退化过程（如高温氧化、蠕变）的根本机制。本章详细阐述了扩散的基本定律：菲克第一定律和第二定律。 我们将区分宏观扩散（Fickian Diffusion）和微观扩散机制。重点分析了扩散在晶体中的主要途径：空位机制、间隙机制以及“短程”扩散路径（如晶界扩散和表面扩散）。 本章通过阿累尼乌斯方程定量描述了扩散系数对温度的依赖性，并探讨了影响扩散速率的因素，包括晶体结构（FCC vs BCC）、晶格缺陷浓度、以及扩散原子的尺寸和电荷。对扩散动力学在材料表面化学反应（如氧化还原反应）中的作用进行了深入分析。 第五章 机械性能与本构关系 本章专注于描述和解释材料在外部载荷作用下的响应，即机械性能。内容涵盖了弹性、粘弹性、塑性和断裂行为。 弹性变形部分，我们引入了胡克定律、杨氏模量、剪切模量和泊松比等弹性常数，并解释了它们与材料微观结合键强度的关系。重点讨论了各向异性材料（如晶体）的弹性行为描述。 塑性变形部分，深入研究了位错运动如何导致宏观的永久形变，并量化了加工硬化（Work Hardening）的机制。讨论了常见的强化机制，如固溶强化、沉淀强化（析出强化）、晶界强化（Hall-Petch关系）和第二相粒子阻碍位错运动的效应。 最后，本章探讨了材料的失效行为。引入了疲劳（Cyclic Loading）、蠕变（Creep）的概念及其预测模型。对断裂力学进行了基础介绍，包括应力强度因子、断裂韧性（KIC）的概念，以及如何评估材料抵抗裂纹扩展的能力。 第六章 电子结构与电学性能 本章将材料的电学性能与其电子结构联系起来。首先，从量子力学的角度介绍了能带理论，解释了导体、半导体和绝缘体（绝缘体）的本质区别在于电子的能带结构——导带、价带和禁带宽度。 针对金属材料，应用能带理论解释了高导电性的来源（部分填充的能带和自由电子的运动），并讨论了电导率的温度依赖性（如电子的晶格散射）。 在半导体领域，详细讨论了本征半导体和掺杂半导体的导电机制，包括空穴和电子的迁移率。重点分析了N型和P型掺杂对费米能级和载流子浓度的影响，这是所有现代电子器件（如晶体管、二极管）的基础。 对于电介质材料（绝缘体），讨论了极化现象（电子极化、离子极化、取向极化）及其在电容器和存储器件中的应用。此外，还简要介绍了半导体器件中关键的界面现象，如PN结的形成与特性。 第七章 磁学与光学性能基础 本章介绍材料在电磁场和光照下的响应特性。 磁学方面，从电子的轨道运动和自旋角动量出发，定义了磁矩。分类讨论了材料的五大磁学行为：抗磁性、顺磁性、铁磁性、亚铁磁性和反铁磁性。重点分析了铁磁性材料的磁畴结构、磁化曲线、矫顽力与剩磁，这些参数决定了永磁材料和软磁材料的应用。讨论了磁记录技术和磁存储器件的工作原理。 光学方面，核心是理解光与物质的相互作用。讨论了吸收、透射、反射和散射的物理机制。根据电子结构，解释了透明材料（如玻璃）和有色材料（如染料、半导体）吸收特定波段光的原因。介绍了光学薄膜的基本概念，以及光电器件（如LED、光伏电池）中光生载流子的产生与收集过程。 第八章 陶瓷与复合材料基础 本章聚焦于非金属和混合材料体系。 陶瓷材料：强调了陶瓷材料的高硬度、耐高温和耐化学腐蚀性，但同时也受困于其本质上的脆性。讨论了氧化物（如Al2O3, ZrO2）、非氧化物（如SiC, Si3N4）陶瓷的晶体结构特点。重点分析了陶瓷的烧结过程（固相扩散与致密化）以及如何通过第二相增强（如部分稳定化氧化锆PSZ）来改善其断裂韧性。 复合材料：复合材料是通过将两种或多种性质不同的材料结合，以获得单一材料无法实现的综合性能。本章系统分析了结构型复合材料和功能型复合材料。深入探讨了纤维增强复合材料（如碳纤维/环氧树脂）的性能预测，包括各向异性刚度计算。介绍了金属基复合材料（MMC）和陶瓷基复合材料（CMC）在航空航天领域的应用前景，以及颗粒增强复合材料的界面控制技术。 第九章 材料的腐蚀与防护 材料的服役环境是其性能退化的主要驱动力之一。本章集中研究金属和合金在化学或电化学环境下的腐蚀现象及其控制策略。 详细分析了电化学腐蚀的机理，包括阳极反应和阴极反应，并引入了腐蚀电位和自腐蚀电流的概念。讨论了影响腐蚀速率的因素，如电解质的pH值、氧气含量、温度和应力状态。 分类介绍了各种腐蚀类型，如均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀开裂（SCC）等，并用实验案例说明了这些失效模式的严重后果。 在防护方面，系统阐述了多种有效的防护技术： 1. 牺牲阳极保护：如镁合金保护钢铁。 2. 外加电流保护：通过外部电源控制电位。 3. 屏障保护：如涂层、油漆、衬里。 4. 缓蚀剂：在介质中加入化学抑制剂。 5. 材料选择：利用不锈钢、耐蚀合金等。 第十章 材料的加工与制造基础 材料的最终性能高度依赖于其加工历史。本章概述了将原材料转化为可用部件的关键制造工艺。 成型工艺：讨论了金属的铸造（凝固过程的控制，如定向凝固）、塑性加工（锻造、轧制、挤压，与位错运动的联系）以及粉末冶金技术（烧结过程的致密化）。 连接技术：简要介绍了焊接（熔焊、扩散连接）中热影响区（HAZ）的微观结构演变和残余应力问题。 表面工程：强调了通过表面改性来优化材料表面的耐磨性、耐腐蚀性。涵盖了热处理（淬火、回火、退火）、化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）等技术，以及它们如何调控材料的表层组织和应力状态。 第十一章 新兴功能材料概述 本章将视角投向当前和未来具有重要应用潜力的先进材料。 半导体与光电器件材料：深入探讨了III-V族化合物半导体（如GaAs, GaN）及其在光通信和高频电子学中的优势。介绍了量子点和二维材料（如石墨烯）在下一代电子和光电子学中的潜力。 能源材料：重点介绍了锂离子电池的关键材料，包括正极材料（如LiCoO2, LFP）、负极材料（如石墨、硅基材料）和电解质。讨论了燃料电池和太阳能电池（光伏效应）所依赖的催化剂和半导体材料。 生物材料：介绍了植入人体或与生物系统接触的材料要求（生物相容性、生物活性），如医用钛合金、羟基磷灰石涂层等。 智能材料：概述了具有环境响应特性的材料，包括形状记忆合金（SMA）、压电材料和磁致伸缩材料，它们在传感器、执行器和自适应结构中的应用。 通过对这些新兴领域的介绍，旨在激发读者对材料科学前沿研究的兴趣，并理解材料创新是推动技术进步的核心动力。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书在理论深度和广度上都做得相当出色。我之前读过一些关于电化学的书籍，但很多都停留在比较基础的层面，或者过于侧重某一方面。而这本教材，则从最基本的电化学原理讲起，循序渐进地深入到各种复杂的电化学反应和器件。作者对于核心概念的阐释非常透彻，无论是法拉第定律、能斯特方程，还是各种电极反应的机理，都讲解得条理清晰，逻辑严谨。同时，它也没有忽视前沿的电化学研究进展，比如在能源储存、生物电化学等领域的最新成果，都得到了恰当的提及和介绍。这种既扎实又前沿的学术风格，对于想要深入学习电化学的学生或者研究人员来说，无疑是极具价值的。我尤其欣赏书中对实验方法的介绍，这让我能够更好地理解理论与实践之间的联系，也为我今后的实验设计提供了不少启发。总而言之，这是一本非常值得反复研读的经典之作。

评分☆☆☆☆☆

这本书的编写质量确实令人称赞，充分体现了“十二五”规划教材应有的水准。作为一本面向普通高等学校的教材，它在内容的组织上非常合理，能够满足不同层次读者的需求。对于初学者来说，书中的基础概念讲解得清晰易懂，不会让人望而生畏。而对于有一定基础的学生，书中深入的理论探讨和丰富的应用案例，又能提供更广阔的视野和更深入的理解。我个人尤其喜欢书中对于案例分析的篇幅，这让我能够将抽象的理论知识与实际问题联系起来，更好地理解电化学在解决现实挑战中的作用。另外，这本书的语言表达也十分到位，专业术语的使用恰当，但又不失流畅性，使得阅读体验非常愉快。总的来说，这是一本集理论性、实践性、教育性于一体的优秀教材，能够很好地服务于高等教育的教学和人才培养。

评分☆☆☆☆☆

这本书真是太棒了，我之前对电化学的理解一直模模糊糊的，总觉得那些公式和理论离生活很远，学起来也枯燥乏味。但是，当我翻开这本书的封面，一股亲切感油然而生。它的排版清晰，文字流畅，就像一位经验丰富的老师在娓娓道来，将复杂的电化学概念一一拆解，用生动形象的比喻和贴近生活的例子来解释。尤其令我印象深刻的是，作者并没有局限于枯燥的理论推导，而是花了大量篇幅去探讨电化学在现实生活中的各种应用。从我们每天使用的电池，到工业生产中的电镀、电解，再到环境保护领域的电化学传感器，这本书都进行了详尽的介绍。它让我意识到，原来电化学并非高不可攀的学科，而是渗透在我们生活方方面面的重要技术。读完这本书，我对电化学的兴趣被彻底点燃了，迫不及待地想去探索更多关于它的奥秘。它不仅仅是一本教科书，更像是一扇通往新知识世界的大门，让我看到了一个充满活力和可能性的领域。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我之前一直觉得电化学是门硬核学科，对于非专业背景的我来说，学习起来可能比较吃力。但是，当我拿到这本书后，我的看法发生了翻天覆地的变化。这本书的叙述方式非常接地气，没有使用过多晦涩难懂的专业术语，而是用通俗易懂的语言，配合大量的图示和表格，将复杂的电化学知识娓娓道来。它就像一个循循善诱的老师，耐心地引导我一步步理解电化学的精髓。我特别喜欢书中关于“为什么”的解释，它不仅告诉我们“是什么”，更深入地剖析了“为什么会这样”，这对于建立扎实的知识体系至关重要。而且，书中融入了大量的实际应用，比如如何选择合适的电池材料、如何优化电解槽的设计等等，这些内容都让我觉得学习电化学不再是死记硬背，而是解决实际问题的有力工具。这本书让我对电化学充满了好奇心，也让我看到了它在未来发展中的无限可能。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的体验，与其说是在学习，不如说是在进行一场充满启发的探索。作者在内容的编排上，巧妙地将基础理论与前沿应用巧妙融合，形成了一个完整的知识体系。我发现，书中不仅涵盖了电化学的核心概念，如氧化还原反应、电解质溶液、电化学电池等，还重点突出了其在能源、材料、环境、生物医学等多个领域的广泛应用。特别是对于一些新兴的电化学技术，如超级电容器、燃料电池、电化学传感器等，书中都有详细的介绍和分析，这让我对电化学的未来发展趋势有了更清晰的认识。我非常欣赏书中对于每一个应用案例的深入剖析，它不仅仅列举了应用，更是从电化学原理的角度，解释了为何这种应用是可行的，以及其潜在的优势和挑战。这种严谨而富有洞察力的分析，极大地提升了这本书的价值。总而言之，这是一本能够激发读者深入思考，并提供广阔视野的优秀学术著作。