電化學的典型應用：
1、濕法精煉：包括金屬的電解提取和電解提純
2、表面處理：金屬電鍍、陽極氧化
3、材料抗腐蝕：稱為電化學防蝕技術
4、化學電源：一次電池、二次電池、燃料電池
電化學作為古老的研究領域，隨著微觀材料科學的發展，一些新觀點、新技術正不斷湧現，推動電化學進一步發展。
如： 燃料電池
高效能、小型化一次電池、二次電池
光化學電池
電磁材料
化學現象轉換成電訊號的應用研究等。
3.1 電極電位和極化
一、介面電位計
導體——能導電的物質稱為導電體，也稱為～。
導體分兩類：
第一類導體是電子導體，依靠自由電子的運動導電。
如金屬、石墨和某些金屬的化合物等。
第二類導體是離子導體，依靠離子定向運動導電。
如電解質溶液和熔融電解質等。
電極——俠義上是指與電解質溶液相接觸的第一類導體，
廣義上是指第一類導體與電解質溶液所構成的整體。
幾個電化學上的概念：
電解池——利用電能以發生化學反應的裝置稱為～。
在電解池中，電能轉變為化學能。
原電池——利用兩極的電極反應以產生電流的裝置稱為～。
在原電池中，化學能轉變為電能。
電極反應——在電極上進行的有電子得失的化學反應稱為～。
電池反應——兩個電極反應的總結果表示成電池反應。
陽極——發生氧化反應的電極為～。
陰極——發生還原反應的電極為～。
依電勢（電位）的高低，將電極分為正極和負極：
電勢（電位）高的為正極；
電勢（電位）低的為負極；
電極電位——當金屬與電解質溶液接觸時，在金屬、溶液介面將產生
電化學雙電層，雙電層的金屬相與溶液相之間的電位差
稱為介面電位差，又稱為～。
用能斯特(nernst)方程表示介面電位差，即：
或—電位差
—標準電位差
z—電荷數
f—法拉第常數
e—電動勢
—離子的活度，mol/kg
由能斯特方程確定的是平衡電位，即水溶液相和金屬相之間呈電化學平衡。
從能斯特方程可知：
電解質溶液和金屬間的電位差絕對值無法測量，它隨金屬離子濃度的變化而變化。
二、電池結構與單極電位
對單極電池： 相間電位差 → 無法測量；
單極電池 ＋ 單極電池 → 電池： 電位差即電動勢 → 可以測量
1、丹尼爾電池
銅－鋅電池
由兩個不同的半電池組合而成，即下列圖式表示：
zn(s)︱znso4(aq,α1 )‖cuso4(aq,α2 ) ︱cu(s)
在原電池圖式中，採取如下規定：
▲將發生氧化反應的負極（陽極）寫在左邊；
▲將發生還原反應的正極（陰極）寫在右邊；
▲按實際順序用化學式從左到右依次排列出各個相的組成及相態（氣、液、固）；aq表示水溶液；
▲用實垂線「︱」表示相與相之間的介面；
▲用雙垂線「‖」表示加入鹽橋而液體接界電勢已經消除後液體之間的接界。
如果把zn和cu直接浸在znso4和cuso4的混合溶液中
防腐採取的措施：
把兩種溶液分開，用含有kcl的瓊脂鹽橋連線兩個液相
∴kcl是鹽橋的充填鹽
2、氫電極和標準電極電位
氫電極的結構：ｐ66圖3-1
特點：溶入氫氣的水溶液＋氫氣（充填氣）氣相＋pt三相組成
表示為： h+(aq)︱h2(g)︱pt
標準氫電極——氫氣的壓力（即溶液
中氫離子的活度）的氫電極稱為～，以符號
she表示。
當標準氫電極she和其它半電池構成電池時：
電池的電動勢為： 標準態時
規定：標準氫電極she的電位為零，即：，則測出的
平衡電位e0稱為標準電極電位。
ｐ67表3-1：主要的標準電極電位。
三、參比電極
氫電極的優點是： 電極電位隨溫度改變很小；
缺點是： 使用時的條件要求十分嚴格。
既不能用在含有氧化劑的溶液中，也不能用在
含有汞或砷的溶液中。
∴在實際應用中，採用其它電極作為參比電極。
常用的參比電極：
①甘汞電極
②銀－氯化銀電極： 結構：ｐ67圖3-2
它們的電極電位都已精確測定。
半電池可表示為：
cl-(aq)︱hg2cl2︱hg
cl-(aq)︱agcl︱ag
ｐ68表3-2：參比電極及其標準氫電極的基準電位。
[飽和甘汞電極（sce）與標準氫電極（she）的換算關係：
]四、金屬/氧化物電極
金屬和其氧化物共存的電極：
①與鈍化有關 → 防腐
②做參比電極
金屬的鈍化——金屬被薄而均勻的氧化膜覆蓋時，
電位趨於正值，這種狀態稱為～。
對多數金屬：
溶液中即使不加其金屬鹽，只要水溶液的ph
為鹼性，則金屬表面也能形成氧化膜 → 鈍化。
五、電位－ph圖
把由能斯特方程確定的平衡電位和金屬/氧化物的電極電
位疊加在一起，再把電極電位和ph的關係繪成圖，這個圖就
稱為電位－ph圖，即e－ph圖或eh－ph圖，又稱為布拜
（m.pourbaix）圖。
研究相平衡
研究電化學平衡
ｐ71圖3-3： e-ph圖中最簡單的例子為：
zn-h2o系的e-ph圖
橫軸為ph，縱軸是電位e
在圖中：
（1）金屬/離子電極zn/zn2+的平衡關係依據能斯特方程確定，即：
平衡電位ｅ與ph無關，在活度一定時為一水平直線
（2）zn/zno的金屬/金屬氧化物平衡關係為：
，為圖中斜線②
（3）把平衡關係曲線①和②對應的化學反應式聯解，消去zn，
可得zn2+的沉澱平衡式：
活度一定時：平衡與電位無關 → 圖中垂線③
故在e-ph圖中，有三種形式的平衡曲線
當水溶液中的（zn2+）離子濃度一定時：
三條線交於一點
ｐ72圖3-4： fe的e-ph圖： 比zn系的e-ph圖複雜
金屬的e-ph圖分為三個區域：
①穩定區
②腐蝕區
③鈍化區
穩定區：是金屬處於熱力學穩定狀態的區域；
腐蝕區：是水溶液中的離子穩定存在，但金屬處於不穩定狀態的區域；
鈍化區：是氧化物等固體化合物相處於穩定狀態的區域。
分成三個區域的e-ph圖稱為腐蝕圖。
從ｐ72圖3-5可知：
提高fe的電位
或把fe的電位降至-0.62v以下
作業：1、金屬的e-ph圖分為幾個區域？各是什麼區域？各區有什麼特點？
2、在e-ph圖中有幾種形式的平衡曲線？在什麼條件下三條線交於一點？
六、平衡電位、混合電位和腐蝕電位
由能斯特方程確定的是： 平衡電位，其測定裝置如ｐ72圖3-6所示，
參比電極為：agcl。
ｐ73圖3-7： 海水中各種金屬電位。
金屬浸漬在海水中後不只是一種反應，在同一表面上同時進行幾種氧化還原反應。由復合氧化還原反應確定的電位稱為混合電位。
許多金屬在自然環境中處於氧化（腐蝕）狀態，其電位稱為腐蝕電位。
七、電化學極化測定
當電極上無電流通過時，電極處於平衡狀態，與之相對應的電位是平衡電極電位。
電流通過電極時，電極電位偏離平衡電極電位，這一現象稱為電極的極化。
某一電流密度下的電極電位與其平衡電極電位之差的絕對值稱為超電位，又稱為過電位，以表示：
的數值表示極化程度的大小
當：產生陽極電流流動，稱為陽極極化；
當：產生陰極電流流動，稱為陰極極化。
電流ｉ和過電位的關係：
——稱為極化阻抗
極化的測定：
採用ｐ73圖3-8所示的測定裝置
八、極化曲線
極化曲線——描述電流密度i與電極電位e之間關係的曲線稱為～。
極化曲線的測定：
利用ｐ73圖3-8極化測定裝置測得
在極化曲線中，當時，即時的曲線稱為理想非極化狀態；
當時，即時的曲線稱為理想極化；
如ｐ74圖3-9所示。
出現理想極化曲線的區域稱為理想極化區。
當極化超過30mv後，e-i之間不再是直線關係，而滿足塔菲爾關係式。
2023年，塔菲爾(tafel)提出乙個經驗式，表明氫過電位與電流密度i的關係：
a、b為經驗常數
此式稱為塔菲爾關係式
ｐ75圖3-10：為酸溶液中鐵的極化曲線。
圖中：橫軸表示電流的對數
縱軸為電位e
從圖中看出：
陽極極化曲線與陰極極化曲線交點對應
的電位，就是腐蝕電位，交點對應的電
流，為腐蝕電流。
這就是常見的測量腐蝕速度的極化曲線外延法。
陰極極化時：
極化曲線由直線極化向塔菲爾型過渡，當極化進一步增大，陽極電流達到一最大值時，在處出現電流急劇衰減現象，這個極大電流稱為致鈍電流。
致鈍電流對應的電位稱為致鈍電位。
當超過和，電流開始急劇減小而進入鈍化狀態，通常，把鈍化區的電流稱為維鈍電流。
電位進一步增加，電流密度也隨之增加，稱為過鈍化。
ｐ76圖3-12：
鈍化現象示意圖
ｐ76圖3-13：
表示幾種金屬在硫酸中的陽極極化曲線。
致鈍電位越負且致鈍電流越小，鈍化越容易↑；
維鈍電流越小↓，鈍化越穩定↑。
∴、、作為衡量鈍化傾向的標準。
在耐腐蝕材料的基礎研究和開發應用研究中，廣泛採用陽極極化測試法來測定並評價材料的耐蝕性。
下面再介紹一下自鈍化現象
自鈍化—— 在中性或鹼性溶液中，不鏽鋼由自然浸漬狀
態進入鈍化，這種現象稱為～。
自鈍化的極化曲線如ｐ76圖3-14所示。
自鈍化極化曲線的特點：
沒有陽極極化曲線的極大值現象。
3.2 化學電源
化學電源—— 是借助自發的氧化－還原反應，將化學能
直接轉換成電能的裝置。
化學電源的特點：
穩定可靠，便於安裝，無工業汙染
化學電源的分類：
一次電池
二次電池
燃料電池
一、一次電池
一次電池：使用後不能再充電而廢棄的電池。
產量最大的一次電池：
是鋅錳電池，佔電池總產量的90％
典型的一次電池：
錳電池氧化銀及氧化汞電池
鋰電池1、錳電池
正極（陰極）材料： mno2
負極（陽極）材料： 鋅（金屬）
電解質zncl2或nh4cl糊狀混合物
錳電池的分類： 根據電解質的種類分為
①氯化銨型（勒克朗謝型）乾電池
②氯化鋅型乾電池
③鹼性錳電池： 電解質為濃koh溶液
以上每種電池的公稱電壓均為：
錳電池的結構：
ｐ78圖3-16：錳電池和鹼性錳電池的結構示意圖
外觀相似，內部結構差異大
作業：1、在鹼性錳電池中使用鋅粒的↑作用是什麼？
2、為防止錳電池中鋅的自腐蝕，需對鋅進行什麼處理？為什麼？為什麼應停止向電池中新增水銀？
電池正極材料mno2：
過去為天然mno2
近年效能可控的電解mno2
優點：電池容量增加幾倍↑
錳電池的放電特性：
ｐ79圖3-17
放電特性曲線形狀為「ｓ」形
工程材料第三章
2 60鋼彈簧，工件的淬火溫度為850 左右，回火溫度為350 500 左右，其回火後獲得的組織為回火屈氏體 大致的硬度40 48hrc。3 t12鋼銼刀，工件的淬火溫度為780 左右，回火溫度為150 250 其回火後獲得的組織為回火馬氏體 大致 35.選擇下列零件的熱處理方法，並編寫簡明的工藝路...
第三章工程材料
2.混凝土的和易性 1 和易性概念 和易性是一項綜合性指標，包括 流動性 粘聚性 保水性三個方面。流動性 指混凝土拌合物在自重或機械振搗作用下，產生流動並均勻密實的充滿模板的能力。粘聚性 指混凝土拌合物具有一定的粘聚力 在施工 運輸及澆築過程中不致出現分層離析，使混凝土保持整體均勻性的能力。保水性 ...
第三章 汽車材料
第一節車身鋼板 隨著 的快速發展和環保的要求，車身的質量越來越輕，安全效能越來越高，普通的鋼材已不能適應汽車發展的需要。在車身上開始大量應用不同種類的新材料，如高強度鋼 高強度 低合金鋼 hsla 超高強度鋼 鋁合金 碳纖維 奈米 塑料件等。新材料的大量應用使車身材料板件的效能發生了非常大的改變，傳...