電化學基本原理及應用/雲南省普通高等學校“十二五”規劃教材 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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代海寜，唐明宇，楊永麗 編

圖書標籤:

• 電化學
• 基礎
• 應用
• 高校教材
• 化學
• 物理化學
• 雲南省
• 十二五規劃
• 理工科
• 實驗

齣版社： 冶金工業齣版社

ISBN：9787502465131

版次：1

商品編碼：11430589

包裝：平裝

叢書名： 雲南省普通高等學校“十二五”規劃教材

開本：16開

齣版時間：2014-03-01

用紙：膠版紙

頁數：263

字數：415000

正文語種：中文

內容簡介

　　《電化學基本原理及應用/雲南省普通高等學校“十二五”規劃教材》共分6章，主要內容包括：金屬電沉積過程的基本原理與概念，金屬電解精煉和濕法電冶金，金屬電鍍，金屬製品錶麵處理，電化學方法在治理廢水中的應用，電化學在化學電源中的應用。
　　《電化學基本原理及應用/雲南省普通高等學校“十二五”規劃教材》可作為本科、高職高專院校化學、化工專業的教學參考書，也可供相關專業領域的工程技術人員參考。

內頁插圖

目錄

1 金屬電沉積過程的基本原理與概念
1.1 電極電勢和電動勢
1.1.1 電極電勢
1.1.2 原電池的電動勢
1.1.3 參比電極
1.1.4 標準電極電勢
1.2 標準狀態下的電動勢與電池反應的吉布斯自由能的關係
1.3 標準狀態下的電動勢與電池反應的平衡常數的關係
1.4 Nernst方程
1.4.1 原電池的Nernst方程
1.4.2 電極電勢的Nemst方程
1.5 金屬電沉積的定義與範疇
1.6 金屬電沉積過程的主要特徵及其研究方法
1.7 法拉第定律和電流效率
1.8 金屬離子在陰極的電沉積
1.8.1 金屬離子在陰極電沉積的可能性
1.8.2 簡單金屬離子的還原過程
1.8.3 金屬絡離子的陰極還原過程
1.9 金屬在陰極共沉積
1.9.1 閤金鍍層的結構
1.9.2 閤金電共沉積的條件和類型
1.10 金屬電結晶過程理論與模型
1.11 金屬電沉積過程中的陰極極化作用和超電勢
1.11.1 受擴散控製的濃差極化特徵
1.11.2 受電化學反應步驟控製的電化學極化特徵
1.11.3 受濃差極化和電化學極化聯閤控製的極化特徵
1.11.4 電結晶超電勢
1.12 電流和金屬電沉積物在陰極錶麵的分布
1.12.1 電解液的分散能力和覆蓋能力
1.12.2 金屬電沉積時陰極上的電流分布
1.12.3 測定陰極電流分布的裝置
1.12.4 改善陰極電流分布的機械措施
1.12.5 微觀分散能力
1.13 影響金屬電沉積的因素
1.13.1 金屬基體及其錶麵性質
1.13.2 電解液性質
1.13.3 工藝因素的影響
1.14 金屬陽極的正常溶解與自溶解
1.14.1 金屬陽極的正常溶解與自溶解機理
1.14.2 金屬陽極的鈍化
復習與思考題

2 金屬電解精煉和濕法電冶金
2.1 銅的電解精煉
2.1.1 概述
2.1.2 銅電解精煉過程的理論基礎
2.1.3 銅的電解精煉工藝
2.2 由銅閤金電解銅
2.3 從礦石中電解提取銅——銅的濕法電冶金
2.4 銀的電解精煉
2.4.1 精煉銀的理論基礎
2.4.2 精煉銀的工藝
2.4.3 泥渣和電解液的處理
2.4.4 廢飾銀的電解
2.5 金的電解精煉
2.5.1 電解精煉金的理論基礎
2.5.2 金的電解工藝
2.6 鋅的濕法電冶金
2.6.1 濕法電解製鋅的一般流程
2.6.2 電解鋅的理論基礎
2.6.3 影響電流效率的因素
2.6.4 鋅的電解工藝
2.7 粗鉛電解精煉
2.7.1 鉛電解的電極反應過程
2.7.2 電解過程中雜質的行為
2.7.3 鉛電解主要工藝
2.7.4 電解技術條件及其控製
2.7.5 電解設備
2.7.6 陽極泥的洗濾
2.7.7 鉛電解液的淨化
2.7.8 析齣鉛的熔化與鑄錠
……
3 金屬電鍍
4 金屬製品錶麵處理
5 電化學方法在治理廢水中的應用
6 電化學在化學電源中的應用
參考文獻

前言/序言

《現代材料科學導論》 第一章 導論：材料科學的核心與挑戰 材料科學是研究物質的組成、結構、性能、製備工藝及其相互關係的交叉學科。本章首先概述瞭材料科學在現代工程與技術發展中的核心地位，從宏觀的工程應用需求齣發，深入探討瞭微觀尺度的原子排列和晶體結構如何決定材料的宏觀性能。 我們詳細闡述瞭工程材料的四大基本分類：金屬材料、無機非金屬材料（陶瓷）、高分子材料以及復閤材料。每類材料的典型結構特徵和主要的力學、熱學、電學和光學性能得到瞭初步的介紹。例如，金屬的延展性與自由電子模型之間的關係，陶瓷的脆性與離子鍵/共價鍵的特性，高分子鏈結構對粘彈行為的影響等。 本章的重點在於建立“結構-性能-加工-應用”的材料設計思維框架。我們分析瞭當前材料科學麵臨的關鍵挑戰，如能源存儲與轉換材料的瓶頸、極端環境下服役材料的可靠性問題、以及可持續發展對新型環保材料的需求。通過對曆史上的材料革命（如青銅時代、鋼鐵時代）的迴顧，強調瞭新材料研發對社會進步的驅動作用。最後，展望瞭納米技術、生物材料等前沿領域為材料科學帶來的機遇。 第二章 晶體結構與缺陷工程 材料的宏觀性能往往根植於其微觀的晶體結構。本章係統地介紹瞭晶體學的基本概念，包括晶胞、晶格常數、密堆積、布拉維點陣等。重點分析瞭常見金屬（如麵心立方FCC、體心立方BCC、六方最密堆積HCP）和陶瓷材料的晶體結構，並利用指數法（如Miller指數）來描述晶麵和晶嚮。 深入探討瞭晶體衍射技術（X射綫衍射XRD）在確定材料晶體結構和相組成中的應用原理和數據解析方法。 隨後，本章轉嚮晶體缺陷理論，這是理解材料力學行為的關鍵。我們將缺陷分為零維缺陷（點缺陷，如空位、間隙原子、取代原子）、一維缺陷（綫缺陷，即位錯）、二維缺陷（晶界、孿晶界）和三維缺陷（孔隙、夾雜物）。詳細分析瞭位錯的類型（刃型、螺型、混閤型）及其在塑性變形（滑移和攀移）中的運動機製。晶體缺陷的濃度和分布對材料的導電性、擴散速率以及機械強度具有決定性的影響，這是後續材料加工和性能調控的基礎。 第三章 材料的熱力學與相圖 材料的熱力學基礎決定瞭材料在特定溫度和壓力下的穩定性，以及相變的驅動力。本章首先迴顧瞭熱力學基本定律在材料科學中的應用，包括吉布斯自由能、焓變、熵變在反應方嚮判斷中的作用。重點討論瞭化學勢與擴散過程的關係。 本章的核心內容是相圖（Phase Diagrams）的解讀與應用。我們從一元、二元相圖入手，詳細分析瞭共晶反應、共熔點、固溶體形成、以及相變臨界點的意義。通過實例，如Fe-C閤金（鋼鐵基礎）、Cu-Ni二元係，演示瞭如何利用相圖預測閤金在冷卻過程中的組織演變。 對於更復雜的係統，引入瞭熱力學計算工具（如CALPHAD方法）的概念，以處理多組分多相體係的平衡預測。理解相圖是進行材料熱處理設計（如固溶處理、析齣強化）的理論前提。 第四章 擴散與動力學 原子在材料內部的遷移（擴散）是許多材料製備過程（如燒結、滲碳、薄膜生長）和性能退化過程（如高溫氧化、蠕變）的根本機製。本章詳細闡述瞭擴散的基本定律：菲剋第一定律和第二定律。 我們將區分宏觀擴散（Fickian Diffusion）和微觀擴散機製。重點分析瞭擴散在晶體中的主要途徑：空位機製、間隙機製以及“短程”擴散路徑（如晶界擴散和錶麵擴散）。 本章通過阿纍尼烏斯方程定量描述瞭擴散係數對溫度的依賴性，並探討瞭影響擴散速率的因素，包括晶體結構（FCC vs BCC）、晶格缺陷濃度、以及擴散原子的尺寸和電荷。對擴散動力學在材料錶麵化學反應（如氧化還原反應）中的作用進行瞭深入分析。 第五章 機械性能與本構關係 本章專注於描述和解釋材料在外部載荷作用下的響應，即機械性能。內容涵蓋瞭彈性、粘彈性、塑性和斷裂行為。 彈性變形部分，我們引入瞭鬍剋定律、楊氏模量、剪切模量和泊鬆比等彈性常數，並解釋瞭它們與材料微觀結閤鍵強度的關係。重點討論瞭各嚮異性材料（如晶體）的彈性行為描述。 塑性變形部分，深入研究瞭位錯運動如何導緻宏觀的永久形變，並量化瞭加工硬化（Work Hardening）的機製。討論瞭常見的強化機製，如固溶強化、沉澱強化（析齣強化）、晶界強化（Hall-Petch關係）和第二相粒子阻礙位錯運動的效應。 最後，本章探討瞭材料的失效行為。引入瞭疲勞（Cyclic Loading）、蠕變（Creep）的概念及其預測模型。對斷裂力學進行瞭基礎介紹，包括應力強度因子、斷裂韌性（KIC）的概念，以及如何評估材料抵抗裂紋擴展的能力。 第六章 電子結構與電學性能 本章將材料的電學性能與其電子結構聯係起來。首先，從量子力學的角度介紹瞭能帶理論，解釋瞭導體、半導體和絕緣體（絕緣體）的本質區彆在於電子的能帶結構——導帶、價帶和禁帶寬度。 針對金屬材料，應用能帶理論解釋瞭高導電性的來源（部分填充的能帶和自由電子的運動），並討論瞭電導率的溫度依賴性（如電子的晶格散射）。 在半導體領域，詳細討論瞭本徵半導體和摻雜半導體的導電機製，包括空穴和電子的遷移率。重點分析瞭N型和P型摻雜對費米能級和載流子濃度的影響，這是所有現代電子器件（如晶體管、二極管）的基礎。 對於電介質材料（絕緣體），討論瞭極化現象（電子極化、離子極化、取嚮極化）及其在電容器和存儲器件中的應用。此外，還簡要介紹瞭半導體器件中關鍵的界麵現象，如PN結的形成與特性。 第七章 磁學與光學性能基礎 本章介紹材料在電磁場和光照下的響應特性。 磁學方麵，從電子的軌道運動和自鏇角動量齣發，定義瞭磁矩。分類討論瞭材料的五大磁學行為：抗磁性、順磁性、鐵磁性、亞鐵磁性和反鐵磁性。重點分析瞭鐵磁性材料的磁疇結構、磁化麯綫、矯頑力與剩磁，這些參數決定瞭永磁材料和軟磁材料的應用。討論瞭磁記錄技術和磁存儲器件的工作原理。 光學方麵，核心是理解光與物質的相互作用。討論瞭吸收、透射、反射和散射的物理機製。根據電子結構，解釋瞭透明材料（如玻璃）和有色材料（如染料、半導體）吸收特定波段光的原因。介紹瞭光學薄膜的基本概念，以及光電器件（如LED、光伏電池）中光生載流子的産生與收集過程。 第八章 陶瓷與復閤材料基礎 本章聚焦於非金屬和混閤材料體係。 陶瓷材料：強調瞭陶瓷材料的高硬度、耐高溫和耐化學腐蝕性，但同時也受睏於其本質上的脆性。討論瞭氧化物（如Al2O3, ZrO2）、非氧化物（如SiC, Si3N4）陶瓷的晶體結構特點。重點分析瞭陶瓷的燒結過程（固相擴散與緻密化）以及如何通過第二相增強（如部分穩定化氧化鋯PSZ）來改善其斷裂韌性。 復閤材料：復閤材料是通過將兩種或多種性質不同的材料結閤，以獲得單一材料無法實現的綜閤性能。本章係統分析瞭結構型復閤材料和功能型復閤材料。深入探討瞭縴維增強復閤材料（如碳縴維/環氧樹脂）的性能預測，包括各嚮異性剛度計算。介紹瞭金屬基復閤材料（MMC）和陶瓷基復閤材料（CMC）在航空航天領域的應用前景，以及顆粒增強復閤材料的界麵控製技術。 第九章 材料的腐蝕與防護 材料的服役環境是其性能退化的主要驅動力之一。本章集中研究金屬和閤金在化學或電化學環境下的腐蝕現象及其控製策略。 詳細分析瞭電化學腐蝕的機理，包括陽極反應和陰極反應，並引入瞭腐蝕電位和自腐蝕電流的概念。討論瞭影響腐蝕速率的因素，如電解質的pH值、氧氣含量、溫度和應力狀態。 分類介紹瞭各種腐蝕類型，如均勻腐蝕、點蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕開裂（SCC）等，並用實驗案例說明瞭這些失效模式的嚴重後果。 在防護方麵，係統闡述瞭多種有效的防護技術： 1. 犧牲陽極保護：如鎂閤金保護鋼鐵。 2. 外加電流保護：通過外部電源控製電位。 3. 屏障保護：如塗層、油漆、襯裏。 4. 緩蝕劑：在介質中加入化學抑製劑。 5. 材料選擇：利用不銹鋼、耐蝕閤金等。 第十章 材料的加工與製造基礎 材料的最終性能高度依賴於其加工曆史。本章概述瞭將原材料轉化為可用部件的關鍵製造工藝。 成型工藝：討論瞭金屬的鑄造（凝固過程的控製，如定嚮凝固）、塑性加工（鍛造、軋製、擠壓，與位錯運動的聯係）以及粉末冶金技術（燒結過程的緻密化）。 連接技術：簡要介紹瞭焊接（熔焊、擴散連接）中熱影響區（HAZ）的微觀結構演變和殘餘應力問題。 錶麵工程：強調瞭通過錶麵改性來優化材料錶麵的耐磨性、耐腐蝕性。涵蓋瞭熱處理（淬火、迴火、退火）、化學氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）等技術，以及它們如何調控材料的錶層組織和應力狀態。 第十一章 新興功能材料概述 本章將視角投嚮當前和未來具有重要應用潛力的先進材料。 半導體與光電器件材料：深入探討瞭III-V族化閤物半導體（如GaAs, GaN）及其在光通信和高頻電子學中的優勢。介紹瞭量子點和二維材料（如石墨烯）在下一代電子和光電子學中的潛力。 能源材料：重點介紹瞭鋰離子電池的關鍵材料，包括正極材料（如LiCoO2, LFP）、負極材料（如石墨、矽基材料）和電解質。討論瞭燃料電池和太陽能電池（光伏效應）所依賴的催化劑和半導體材料。 生物材料：介紹瞭植入人體或與生物係統接觸的材料要求（生物相容性、生物活性），如醫用鈦閤金、羥基磷灰石塗層等。 智能材料：概述瞭具有環境響應特性的材料，包括形狀記憶閤金（SMA）、壓電材料和磁緻伸縮材料，它們在傳感器、執行器和自適應結構中的應用。 通過對這些新興領域的介紹，旨在激發讀者對材料科學前沿研究的興趣，並理解材料創新是推動技術進步的核心動力。

評分☆☆☆☆☆

這本書真是太棒瞭，我之前對電化學的理解一直模模糊糊的，總覺得那些公式和理論離生活很遠，學起來也枯燥乏味。但是，當我翻開這本書的封麵，一股親切感油然而生。它的排版清晰，文字流暢，就像一位經驗豐富的老師在娓娓道來，將復雜的電化學概念一一拆解，用生動形象的比喻和貼近生活的例子來解釋。尤其令我印象深刻的是，作者並沒有局限於枯燥的理論推導，而是花瞭大量篇幅去探討電化學在現實生活中的各種應用。從我們每天使用的電池，到工業生産中的電鍍、電解，再到環境保護領域的電化學傳感器，這本書都進行瞭詳盡的介紹。它讓我意識到，原來電化學並非高不可攀的學科，而是滲透在我們生活方方麵麵的重要技術。讀完這本書，我對電化學的興趣被徹底點燃瞭，迫不及待地想去探索更多關於它的奧秘。它不僅僅是一本教科書，更像是一扇通往新知識世界的大門，讓我看到瞭一個充滿活力和可能性的領域。

評分☆☆☆☆☆

這本書的編寫質量確實令人稱贊，充分體現瞭“十二五”規劃教材應有的水準。作為一本麵嚮普通高等學校的教材，它在內容的組織上非常閤理，能夠滿足不同層次讀者的需求。對於初學者來說，書中的基礎概念講解得清晰易懂，不會讓人望而生畏。而對於有一定基礎的學生，書中深入的理論探討和豐富的應用案例，又能提供更廣闊的視野和更深入的理解。我個人尤其喜歡書中對於案例分析的篇幅，這讓我能夠將抽象的理論知識與實際問題聯係起來，更好地理解電化學在解決現實挑戰中的作用。另外，這本書的語言錶達也十分到位，專業術語的使用恰當，但又不失流暢性，使得閱讀體驗非常愉快。總的來說，這是一本集理論性、實踐性、教育性於一體的優秀教材，能夠很好地服務於高等教育的教學和人纔培養。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我之前一直覺得電化學是門硬核學科，對於非專業背景的我來說，學習起來可能比較吃力。但是，當我拿到這本書後，我的看法發生瞭翻天覆地的變化。這本書的敘述方式非常接地氣，沒有使用過多晦澀難懂的專業術語，而是用通俗易懂的語言，配閤大量的圖示和錶格，將復雜的電化學知識娓娓道來。它就像一個循循善誘的老師，耐心地引導我一步步理解電化學的精髓。我特彆喜歡書中關於“為什麼”的解釋，它不僅告訴我們“是什麼”，更深入地剖析瞭“為什麼會這樣”，這對於建立紮實的知識體係至關重要。而且，書中融入瞭大量的實際應用，比如如何選擇閤適的電池材料、如何優化電解槽的設計等等，這些內容都讓我覺得學習電化學不再是死記硬背，而是解決實際問題的有力工具。這本書讓我對電化學充滿瞭好奇心，也讓我看到瞭它在未來發展中的無限可能。

評分☆☆☆☆☆

不得不說，這本書在理論深度和廣度上都做得相當齣色。我之前讀過一些關於電化學的書籍，但很多都停留在比較基礎的層麵，或者過於側重某一方麵。而這本教材，則從最基本的電化學原理講起，循序漸進地深入到各種復雜的電化學反應和器件。作者對於核心概念的闡釋非常透徹，無論是法拉第定律、能斯特方程，還是各種電極反應的機理，都講解得條理清晰，邏輯嚴謹。同時，它也沒有忽視前沿的電化學研究進展，比如在能源儲存、生物電化學等領域的最新成果，都得到瞭恰當的提及和介紹。這種既紮實又前沿的學術風格，對於想要深入學習電化學的學生或者研究人員來說，無疑是極具價值的。我尤其欣賞書中對實驗方法的介紹，這讓我能夠更好地理解理論與實踐之間的聯係，也為我今後的實驗設計提供瞭不少啓發。總而言之，這是一本非常值得反復研讀的經典之作。

評分☆☆☆☆☆

閱讀這本書的體驗，與其說是在學習，不如說是在進行一場充滿啓發的探索。作者在內容的編排上，巧妙地將基礎理論與前沿應用巧妙融閤，形成瞭一個完整的知識體係。我發現，書中不僅涵蓋瞭電化學的核心概念，如氧化還原反應、電解質溶液、電化學電池等，還重點突齣瞭其在能源、材料、環境、生物醫學等多個領域的廣泛應用。特彆是對於一些新興的電化學技術，如超級電容器、燃料電池、電化學傳感器等，書中都有詳細的介紹和分析，這讓我對電化學的未來發展趨勢有瞭更清晰的認識。我非常欣賞書中對於每一個應用案例的深入剖析，它不僅僅列舉瞭應用，更是從電化學原理的角度，解釋瞭為何這種應用是可行的，以及其潛在的優勢和挑戰。這種嚴謹而富有洞察力的分析，極大地提升瞭這本書的價值。總而言之，這是一本能夠激發讀者深入思考，並提供廣闊視野的優秀學術著作。