液相傳質(zhì)步驟動力學-第1頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日重點要求反應粒子在溶液中的傳質(zhì)方式與速度穩(wěn)態(tài)擴散過程的基本動力學規(guī)律非穩(wěn)態(tài)擴散過程的特點濃差極化的基本規(guī)律及其判別,在動力學中減小濃差極化的方法第2頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日第一節(jié)液相傳質(zhì)的三種方式

電遷移(migration)：電解質(zhì)溶液中的帶電粒子在電場作用下沿著一定的方向移動。對流(convection)：一部分溶液與另一部分溶液之間的相對流動。擴散(diffusion)：溶液中某一組分自發(fā)地從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域移動。

第3頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日速度的表示方法流量：單位時間內(nèi)，在單位截面積上流過的物質(zhì)的量。電遷流量Ji=±CiVi=±CiUiE

陽離子“+”

；陰離子“-”

對流流量Ji=CiVX擴散流量Ji=-Di(dCi/dX)“-”

表示擴散傳質(zhì)方向與濃度增大的方向相反。第4頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日電極表面?zhèn)髻|(zhì)區(qū)域的劃分第5頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日三種傳質(zhì)方式的比較

傳質(zhì)方式區(qū)別電遷移對流擴散動力電場力重力差外力化學位梯度傳輸?shù)奈镔|(zhì)帶電粒子任何微粒任何微粒傳質(zhì)區(qū)域速度第6頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日第二節(jié)穩(wěn)態(tài)擴散過程一.理想條件下的穩(wěn)態(tài)擴散大量局外電解質(zhì)

強烈攪拌

管徑極小第7頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日理想穩(wěn)態(tài)擴散的動力學規(guī)律對于反應：穩(wěn)態(tài)擴散的電流密度：極限擴散電流密度：第8頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日穩(wěn)態(tài)擴散的特點：

1.2.3.i與l成反比4.當時，出現(xiàn)極限擴散電流第9頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日真實條件下的穩(wěn)態(tài)擴散過程（對流擴散）

對流擴散理論的前提條件：對流是平行于電極表面的層流；忽略電遷移作用。

注：穩(wěn)態(tài)擴散的必要條件：一定強度的對流的存在。第10頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日電極表面附近的液流現(xiàn)象及傳質(zhì)作用

邊界層：按流體力學定義的液層。

動力粘滯系數(shù)第11頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日擴散層：根據(jù)擴散傳質(zhì)理論，緊靠電極表面附近，有一薄層，此層內(nèi)存在反應粒子的濃度梯度，這層叫做擴散層。第12頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日擴散層的有效厚度第13頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日對流擴散過程的動力學規(guī)律∵∴第14頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日對流擴散過程特征由于擴散層中有一定強度對流存在，擴散特性的影響相對減??；受對流的影響，體現(xiàn)在與u0、y、υ的關系上：改變攪拌速度、溶液粘度、距沖擊點距離均可影響；電極表面各處對流影響不同，和分布不均勻。設計一種電極及攪拌方式

第15頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日三.旋轉(zhuǎn)圓盤電極（RDE）第16頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日RDE的對流擴散規(guī)律第17頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日旋轉(zhuǎn)圓盤電極的主要應用

通過控制轉(zhuǎn)速來控制擴散步驟控制的電極過程的速度；通過控制轉(zhuǎn)速，獲得不同控制步驟的電極過程，便于研究無擴散影響的單純電化學步驟；通過控制轉(zhuǎn)速，模擬不同值的擴散控制的電極過程。第18頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日四.電遷移對穩(wěn)態(tài)擴散的影響以溶液為例第19頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日第三節(jié)濃差極化規(guī)律及其判別

對反應假設：存在大量局外電解質(zhì)電化學步驟為準平衡態(tài)則：第20頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日1.反應產(chǎn)物生成獨立相

由于：∴∴第21頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日反應產(chǎn)物生成獨立相時的極化曲線第22頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日2.反應產(chǎn)物可溶

第23頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日產(chǎn)物可溶時的極化曲線第24頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日濃差極化特征及判別在一定的電極電位范圍內(nèi)出現(xiàn)一個不受電極電位變化影響的極限擴散電流密度；提高攪拌強度可以使（極限擴散）電流密度增大；提高主體濃度可提高電流密度；與電極真實表面積無關，與有關；i受溫度影響不大動力學公式及極化曲線第25頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日第四節(jié)非穩(wěn)態(tài)擴散過程（暫態(tài)擴散）

穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的區(qū)別：擴散層中的反應粒子濃度是否與時間有關，即穩(wěn)態(tài)：暫態(tài)：第26頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日一.推導FickⅡ定律

假設不考慮對流和電遷移只考慮平面電極上垂直于電極表面的一維擴散與粒子濃度無關第27頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日∴FickⅡ定律第28頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日二.平面電極上的非穩(wěn)態(tài)擴散初始條件：邊界條件1：

第29頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日二.平面電極上的非穩(wěn)態(tài)擴散初始條件：邊界條件1：半無限擴散條件

第30頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日1.完全濃差極化

邊界條件2：FickⅡ方程的特解：第31頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日高斯誤差函數(shù)的性質(zhì)第32頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日非穩(wěn)態(tài)擴散規(guī)律

a.b.處c.d.第33頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日2.產(chǎn)物不溶時的陰極恒電位極化

邊界條件2：FickⅡ方程的特解：第34頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日非穩(wěn)態(tài)擴散規(guī)律a.b.c.第35頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日3.恒電流陰極極化

初始條件：邊界條件1：邊界條件2：第36頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日FickⅡ方程的特解：第37頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日非穩(wěn)態(tài)擴散規(guī)律a.b.過渡時間—電極表面粒子濃度從主體濃度降到零的時間。第38頁，共41頁，2023年，2月20日，星期日