目錄 第1章 有電磁場存在的體系的非平衡態熱力學 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、擴散和化學反應 15 2.1 熱傳導 15 2.1.1 只有熱傳導沒有擴散的體系 15 2.1.2 既有熱傳導又有擴散的體系 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 化學反應和擴散共存的體系 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反應和擴散共存的體系 36 2.4.1 近平衡體系 36 2.4.2 遠離平衡的體系 37 第3章 電解質溶液中的傳質與傳熱 39 3.1 擴散 39 3.1.1 穩態擴散 40 3.1.2 非穩態擴散 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 41 3.3.1 穩態傳質 41 3.3.2 非穩態傳質 41 3.4 傳熱傳質 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 電化學勢 55 4.2.1 電化學勢的引入 55 4.2.2 電化學勢的性質 56 4.2.3 單相中的反應 57 4.2.4 無電荷轉移的兩相反應 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 電池反應方向的規定 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 不可逆的電化學裝置 72 5.1.1 電化學裝置的端電壓 72 5.1.2 電極的變化 72 5.2 穩態極化*線 73 5.3 化學反應 74 5.3.1 體系中的一個化學反應 74 5.3.2 體系中有多個化學反應同時發生 75 5.4 電池反應 75 5.4.1 陰極反應 76 5.4.2 陽極反應 80 5.4.3 電池反應 84 5.5 電解池反應 87 5.5.1 陰極反應 87 5.5.2 陽極反應 91 5.5.3 電解池反應 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 有前置表面轉化步驟的電極過程 99 5.7.1 一個電子的反應 99 5.7.2 多個電子的反應 104 5.8 有后繼表面轉化步驟的電極過程 109 5.8.1 一個電子的反應 109 5.8.2 多個電子的反應 116 5.9 既有前置表面轉化步驟又有后繼表面轉化步驟的電極過程 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 電極反應中的傳質 138 6.1 三種傳質方式 138 6.1.1 擴散 138 6.1.2 對流 140 6.1.3 電遷移 141 6.2 穩態擴散 141 6.3 對流傳質 142 6.4 電遷移傳質 144 第7章 濃差極化和電化學極化 146 7.1 陰極過程 146 7.1.1 濃差極化 146 7.1.2 電化學極化 148 7.1.3 既有濃差極化，又有電化學極化 150 7.2 陽極過程 152 7.2.1 濃差極化 152 7.2.2 電化學極化 154 7.2.3 既有濃差極化，又有電化學極化 156 7.3 電池極化 158 7.4 電解池極化 160 第8章 電化學步驟 162 8.1 單電子電極反應 162 8.2 多電子電極反應 163 8.3 總反應 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 形成中間產物 181 9.2.2 不形成中間產物 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 207 9.3.3 總反應 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 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 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 異常共析和誘導共析 231 10.4 金屬絡離子的陰極還原 239 10.4.1 金屬絡離子先轉化為水化離子再還原 239 10.4.2 具有特征配位數的金屬絡離子在陰極還原 243 10.4.3 具有較低配位數的金屬絡離子在陰極還原 245 10.4.4 表面絡離子在陰極還原 246 10.5 高階金屬絡離子的陰極還原 248 10.5.1 金屬絡離子部分還原 248 10.5.2 部分還原的金屬絡離子 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 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 金屬絡合離子還原結晶 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 半導體電極 320 12.6.1 半導體電極的電化學行為 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 412 14.1 金屬-熔渣間的反應 412 14.1.1 反應物組元直接接觸 412 14.1.2 以電極反應形式進行 413 14.2 電解精煉金屬 418 14.2.1 以熔渣為電解質，電解脫氧 418 14.2.2 以熔渣為電解質，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 452 16.1 固體電解質中的傳質 452 16.2 固體電解質電池 453 16.2.1 濃差型電池 453 16.2.2 生成型電池 463 16.2.3 固體電解質電池的應用—活度測量 468 16.3 固體電解質電解池 469 16.3.1 濃差型固體電解質電解池 469 16.3.2 分解型固體電解質電解池 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 電解質溶液pH低 542 17.5.2 電解質溶液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