序章 忘記曾經學過的電化學

第I部分 平衡論

第1章 能量和化學平衡
1.1 一切變化都伴隨有能量的轉換 /11
1.2 能量和單位 /12
1.2.1 SI單位 /12
1.2.2 能量和力 /13
1.3 物質所具有的能量 /14
1.3.1 內能和焓 /14
1.3.2 焓變(ΔH)與中學化學中的“反應熱” /15
1.3.3-焓和摩爾吉布斯自由能 /16
1.3.4 標準摩爾生成吉布斯自由能 /17
1.4 化學勢和平衡 /19
1.4.1 化學勢 /19
1.4.2 平衡條件質量作用定律 /22
1.5 荷電物質的能量 /23
1.5.1 電能 /23
1.5.2 電壓和電位 /23
1.5.3 能量單位--電子伏 /24
第2章 標準電極電位
2.1 所謂的標準電極 /27
2.1.1.電壓的分配 /27
2.1.2 參比電極 /29
2.1.3 使用參比電極的電位測定和控制 /29
2.1.4、參比申極的條件 /29
2.1.5 參比電極的類型 /30
2.1.6 三電極體系 /33
2.2 發(fā)生在電極表面的電子轉移 /34
2.2.1 金屬中的電子狀態(tài) /34
2.2.2 可作為工作電極的金屬 /35
2.2.3:電解液中的物質能量狀態(tài) /37
2.2.4 發(fā)生在電極界面的電子轉移 /38
2.3 標準電極電位E /39
2.3.1 E”的定義 /39
2.3.2 平衡式和E的表達方式 /40
2.3.3 E"的稱呼 /40
2.4 標準電極電位的數據 /41
2.4.1.氧化還原能力的極限 /41
2.4.2 金屬的還原能力 /41
2.4.3 化學反應的自發(fā)方向 /46
2.4.4:電池的*大電動勢 /47
2.4.5 電解所需的*小電壓 /48
2.4.6 固體的溶度積 /49
2.5 如何確定標準電極電位 /50
2.5.1.精密測量 /50
2.5.2 通過熱力學數據計算得到 /51
2.5.3 理論與現實之差 /54
第3章 能斯特方程
3.1 電化學勢 /57
3.1.1 化學平衡的條件 /57
3.1.2 含有荷電物質的平衡 /57
3.2 能斯特方程 /58
3.2.1 能斯特方程 /58
3.2.2 活度(濃度)影響電位的具體例子 /59
3.3 能斯特方程的應用 /60
3.3.1 pH值的測定 /60
3.3.2 離子選擇電極 /63
3.3.3 確定E /64
3.3.4 電池的電動勢，電解所需的電壓 /65
3.3.5 物質的電位-pH 值圖 /66
第4章 光和電化學
4.1 光是具有能量的粒子 /68
4.1.1 電磁波、光、光子 /68
4.1.2 用數字了解光 /69
4.2 光的吸收 /70
4.2.1 1個分子(原子)吸收1個光子 /70
4.2.2 基態(tài)和激發(fā)態(tài) /71
4.3 光激發(fā)和電子遷移 /72
4.3.1 激發(fā)狀態(tài) /72
4.3.2 光激發(fā)和氧化還原能力 /74
43.3 光電子遷移示例 /75
第5章 光合成--天然電化學過程
5.1 光合成概述 /80
5.1.1 生物史及光合成 /80
5.1.2 人類社會與光合成 /81
5.1.3 總碳循環(huán)及光合成 /82
5.1.4 地球總體光合作用的轉換效率 /82
5.2 光合作用的場所和反應 /82
5.2.1 葉綠體和細胞壁 /82
5.2.2 光反應 /83
5.2.3 暗反應 /84
5.3 光合作用的太陽能轉換效率 /84
5.3.1 光合作用初期的轉換效率 /85
5.3.2 總反應的轉換效率 /86
5.3.3 實際轉換效率 /87
5.3.4 轉換效率和有機物生產 /87
第Ⅱ部分 動力學
第6章 化學反應路徑
6.1 不考慮反應速率 /92
6.1.1 不可思議的金剛石 /92
6.1.2 化學反應及登山 /93
6.1.3 平衡論和動力學 /93
6.2 能量 /94
6.2.1 反應圖 /94
6.2.2 超越鞍點 /94
6.3 反應坐標及能量曲線 /97
6.3.1 反應路徑的平面表示 /97
6.3.2 能量曲線形式 /97
6.3.3 活化狀態(tài)及活化能 /97
6.4 平衡狀態(tài)是平靜的暴風雨 /98
6.4.1 平衡狀態(tài) /98
6.4.2 從能量圖看平衡 /98
6.5 能量壁壘與反應速率 /99
第7章 電極反應的路徑
7.1 發(fā)射到真空的電子 /101
7.1.1 熱電子發(fā)射 /101
7.1.2 電場作用下的電子發(fā)射 /101
7.2 金屬-溶質分子間的電子移動(平衡狀態(tài)) /102
7.2.1 電子在溶液與真空中的不同 /102
7.2.2 溶液體系和電極體系的不同 /103
7.2.3 平衡體系和交換電流 /103
7.3 界面電子移動 /104
7.3.1 用能量曲線分析電極反應 /104
7.3.2 如果改變電極電位 /105
7.3.3 電極反應速率和電流 /106
7.3.4 決定電流大小的因素 /106
7.3.5 電流和電位的關系，Bulter-Volmer 公式 /106
7.3.6 塔菲爾曲線 /108
7.3.7 過電位 /109
7.4 電子移動和物質傳輸的關系 /110
7.4.1 電流的*大值 /110
7.4.2 物質傳輸和電流 /110
7.4.3 擴散 /110
第8章 活化能
8.1 電子轉移的兩種形式 /113
8.1.1 “簡單”反應與“高級”反應 /113
8.1.2 弱相互作用的電子移動過程 /113
8.1.3 強相互作用的電子移動 /114
8.1.4 溶液中的電子移動 /115
8.2 分子中的電子能量 /116
8.2.1 運動的電子和靜止的原子核 /116
8.2.2 變寬的電子能級 /117
8.3 活化能 /119
8.3.1 分子相互靠近 /119
8.3.2 能量一致 /120
83.3 形成活化狀態(tài) /120
8.3.4:分子的有效碰撞概率 /121
8.3.5 電子的隧道效應 /122
8.3.6 分子間電子移動的模型 /123
8.3.7 電子反應模型 /123
8.4 重組能 /124
8.4.1 假設只是電子運動 /124
8.4.2 重組能 /125
8.4.3 重組能的估算 /125
8.5 電子移動速率的估算 /127
8.5.1 活化能與重組能的關系 /127
8.5.2 活化能和 ΔG的關系 /128
8.5.3 與Butler-Volmer 公式的關聯 /128
8.5.4:與實驗結果的比較 /128
8.5.5 交換電流密度的預測 /130
8.6 電極的電子轉移圖 /131
8.6.1 電極電子能量狀態(tài) /131
8.6.2，氧化還原分子的狀態(tài)密度 /131
8.6.3 電流 /132
8.6.4 平衡狀態(tài) /133
8.6.5 偏離平衡電位 /133
8.6.6 如果電子轉移持續(xù)進行 /133
8.7 單電子轉移反應 /135
第9章 分子及離子的傳輸
9.1 物質的傳輸 /138
9.1.1 電極反應進行時 /138
9.1.2 擴散 /138
9.1.3 擴散方程 /139
9.2 用肉眼觀察濃度分布 /141
9.2.1 光的干涉 /141
9.2.2 觀測例 /142
9.3 電流的大小電物質傳質速率決定 /143
9.3.1 電極表面濃度為零 /143
9.3.2 由擴散控制的電流 /143
9.3.3 電流和時間的關系 /144
9.3.4 施加電壓于電極后 /145
9.4 循環(huán)伏安法 /146
9.4.1 電位掃描 /146
9.4.2 電流-電位曲線--循環(huán)伏安圖 /147
9.4.3 循環(huán)伏安圖 /147
9.4.4 不可逆反應的循環(huán)伏安圖 /149
第 10章 表面反應的世界
10.1 固定在電極表面的分子的電極反應 /150
10.1.1 電解電流的大小 /150
10.1.2申極表面單分子層的循環(huán)伏安圖 /151
10.2 水的分解:氫氣和氫氣的生成 /152
10.2.1 氫氣的生成 /152
10.2.2 電極材料決定反應速率 /153
10.2.3 水和重水的差別 /154
10.2.4氧氣的生成 /154
10.3 金屬的欠電位沉積 /155
10.3.1 過早發(fā)生的反應 /155
10.3.2 欠電位還原發(fā)生的條件 /155
10.3.3 形成單原子層的電量 /156
10.4 有節(jié)奏的電極反應 /156
10.4.1 電位振蕩現象 /156
10.4.2 甲醛的氧化路徑 /157
10.4.3 電位振蕩的原因 /158
10.5 探測電極表面 /158
10.5.1 對表面原子構造敏感的反應 /158
10.5.2 用激光探測電極表面 /159
10.5.3 掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡技術 /159
10.5.4 展望 /159