《應用電化學》課程教學大綱

1、 應用電化學教學大綱課程編號 100096102課程名稱 應用電化學高等教育層次：本科課程在培養(yǎng)方案中的地位：課程性質(zhì)：必修對應于新能源材料與器件專業(yè)；屬于：BZ專業(yè)課程基本模塊開課學年及學期 三年級第二學期開設(shè)為好先修課程 a必須先修且考試通過的課程：無機化學， 物理化學 b必須先修過的課程：分析化學 c建議先修的課程: 儀器分析課程總學分：4.0，總學時:64； 課堂講授40課時， 實驗課程課時：24課時課程教學形式：0普通課程課程教學目標與教學效果評價課程教學目標（給出知識能力素養(yǎng)各方面的的具體教學結(jié)果）(必填)教學效果評價不及格及格，中良優(yōu)1.掌握和理解電化學的基本概念和基本公式以及含

2、義的程度無法理解和表達基本概念和公式對電化學基本概念能基本掌握，對重要公式無法準確表達。對電化學概念能準確掌握，能完整準確表達重要公式，但不能靈活運用。能準確掌握、理解和準確表達電化學概念、重要公式，并能靈活運用。2. 掌握和理解基本電化學裝置的組成以及各部分的作用的程度無法理解基本裝置與各個部分的作用基本能理解基本裝置與各個部分的作用能比較全面理解基本裝置與各個部分的作用，并用于測量基本電化學參數(shù)。能比較全面理解基本裝置與各個部分的作用，并能熟練使用電化學裝置進行相關(guān)實驗。3.掌握基本電化學技術(shù)的程度；基本不能理解和掌握基本電化學技術(shù)基本能掌握和理解電化學技術(shù)能比較準確理解電化學技術(shù)的含義并

3、基本能使用技術(shù)進行實驗操作。能準確理解電化學技術(shù)的含義熟練使用技術(shù)進行操作，解釋基本現(xiàn)象。4.掌握電極過程的概貌以及基本動力學步驟、行為特征的程度基本不能理解和掌握電極過程概貌、動力學步驟及特征大致理解和掌握電極過程概貌、動力學步驟及特征比較準確理解和描述電極過程概貌、動力學步驟及特征準確理解和描述電極過程概貌、動力學步驟及特征課程教學目標與所支撐的畢業(yè)要求對應關(guān)系畢業(yè)要求（指標點）編號畢業(yè)要求（指標點）內(nèi)容課程教學目標（給出知識能力素養(yǎng)各方面的的具體教學結(jié)果）基礎(chǔ)知識掌握儲能材料與器件的電化學原理1.掌握和理解電化學的基本概念和基本公式以及含義的程度基礎(chǔ)知識與技能掌握儲能材料電化學行為的表征

4、；掌握儲能器件的電化學行為表征；2. 掌握和理解基本電化學裝置的組成以及各部分的作用的程度3.掌握基本電化學技術(shù)的程度；基本技能掌握電化學行為的解析并得出基本結(jié)論3.掌握基本電化學技術(shù)的程度；4.掌握電極過程的概貌以及基本動力學步驟、行為特征的程度 教學內(nèi)容、學時分配、與進度安排教學內(nèi)容學時分配所支撐的課程教學目標教學方法與策略（可結(jié)合教學形式描述）（選填）第一章 緒 論電化學概述、電化學基本概念；參比電極，電化學技術(shù)的分類;電極電勢測量；實例， 31,2講授、課堂討論，課后練習與閱讀。第二章電極/電解質(zhì)界面電極電勢測量； 實例，電解質(zhì)基本性質(zhì)、分類，電極溶液界面：結(jié)構(gòu)，測量，基本結(jié)論；基本模

5、型，特性吸附；電勢測量技術(shù)的應用41講授，提問，課堂討論，課后練習與閱讀。隨堂測試。第三章 電荷轉(zhuǎn)移步驟動力學電極反應微觀動力學：一般現(xiàn)象，極化概念、分類、規(guī)律、實例；極化的利用；極化的測量方法；氫超電勢；理論模型；動力學方程及應用條件；51，3，4講授，提問，課堂討論，課后練習與閱讀。隨堂測試第四章 液相傳質(zhì)及恒電流/電勢技術(shù)液相傳質(zhì)：分類與含義，傳質(zhì)的影響效果，傳質(zhì)模型；極化曲線方程，電勢階躍及響應，電勢階躍應用；電流階躍及響應，電極形狀與響應行為61，3，4講授，提問，課堂討論，課后練習與閱讀。隨堂測試第五章 電化學裝置與電化學測量電化學測量一般原則、裝置、電極、電極處理，測量誤差及解決

6、方法；32講授，提問，課堂討論，課后練習與閱讀。隨堂測試第六章 極譜技術(shù)原理與應用滴汞電極與極譜，線性掃描，裝置，特殊性，極譜圖，特征參數(shù)與信息，理論分析；精確解析與近似解析， 影響因素；可逆/不可逆極譜，極譜中的重要干擾電流；極譜技術(shù)應用41，3，4講授，提問，課堂討論，課后練習與閱讀。隨堂測試第七章 循環(huán)伏安技術(shù)原理與應用循環(huán)伏安：原理、特征參數(shù)，電極過程機理分析與過程判斷，干擾因素，循環(huán)伏安的應用41，3，4講授，提問，課堂討論，課后練習與閱讀。隨堂測試第八章 電化學工業(yè)無機電化學工業(yè)，有機電化學工業(yè)，工業(yè)電化學過程中的電化學原理41，3，4講授，提問，課堂討論，課后練習與閱讀。隨堂測試

7、第九章 現(xiàn)代電化學技術(shù)：現(xiàn)場紫外可見、石英晶體微天平，(超)微電極技術(shù)；修飾電極33,4講授，提問，課堂討論，課后練習與閱讀。第十章 金屬電化學沉積、腐蝕與防護金屬腐蝕類型；金屬防腐蝕方法與鈍化；金屬沉積；儲能過程中的電化學沉積/腐蝕以及相關(guān)電化學原理41，4講授，提問，課堂討論，課后練習與閱讀實驗一、Pt， Ag，Ni，GC電極上析氫行為與極化曲線(線性掃描)62，3實驗報告實驗二、K3Fe(CN)6 / K4Fe(CN)6在Pt、GC電極上的循環(huán)伏安行為。62，3實驗報告實驗三、Pt，GC電極在0.5mol/L H2SO4 + 1mol/L CH3OH 溶液中的循環(huán)伏安行為62，3實驗報告

8、實驗四、Ni電極在稀硫酸溶液中的鈍化與活化(鹵素離子影響)62，3實驗報告考核與成績評定： 實驗課成績(實驗報告)占總成績中的比例為25%、期末考試在總成績中的比例為75%，考核方式：閉卷考試成績構(gòu)成：平時考查：課堂隨堂考察，作為出勤率、課堂聽講效果的判斷依據(jù)，根據(jù)效果及時彌補出現(xiàn)的問題。平均三課時抽查一次。實驗課部分的核心要求：1、掌握三電極體系的原理、三電極體系裝置的組成要素及結(jié)構(gòu)；掌握計劃曲線測量方式；掌握電極處理方式；2、通過實驗課掌握基本電化學概念，增強對課堂講授內(nèi)容(特別是重點概念)的理解3、初步培養(yǎng)學生嚴謹?shù)膶W術(shù)行為和學術(shù)意識；基本掌握規(guī)范的學術(shù)論文寫作方法； 設(shè)置如下四個實驗來

9、達到上述目的：實驗一：Pt， Ag，Ni，GC電極上析氫行為與極化曲線(線性掃描) 該實驗的目的： 掌握三電極體系裝置； 掌握極化曲線測量； 掌握線性掃描技術(shù)；掌握超電勢概念； 掌握基本動力學參數(shù)的解析過程 學生操作：三電極裝置組裝；工作電極處理；配制電解液；與電化學工作站的連接方式；測量參數(shù)選擇以及設(shè)置原因； 實驗結(jié)果與處理：對極化曲線進行分析；超電勢的解析； 電極材料電化學活性的對照以及動力學參數(shù)的分析 基本數(shù)學處理軟件的學習和掌握實驗二： K3Fe(CN)6 / K4Fe(CN)6在Pt、GC電極上的循環(huán)伏安行為。 該實驗的目的： 掌握三電極體系裝置，掌握極化曲線測量；掌握循環(huán)伏安技術(shù)、

10、 掌握可逆、準可逆電極過程的特征、以及分析方法 掌握電極材料對電極過程的影響 掌握基本傳質(zhì)參數(shù)的解析學生操作：三電極裝置組裝；工作電極處理；配制電解液；與電化學工作站的連接方式；測量參數(shù)選擇以及設(shè)置原因； 實驗結(jié)果與處理：對極化曲線進行分析；可逆、準可逆過程特征的解析； 電極材料電化學活性的對照以及傳質(zhì)動力學參數(shù)的解析 基本數(shù)學處理軟件的學習和掌握Pt，GC電極在0.5mol/L H2SO4 + 1mol/L CH3OH 溶液中的循環(huán)伏安行為該實驗的目的： 掌握三電極體系裝置，掌握極化曲線測量；掌握循環(huán)伏安技術(shù)、 掌握不可逆電極過程的特征 掌握電極材料對電極過程的影響 掌握重要復雜電化學過程的

11、影響因素、包括的基本物理化學過程學生操作：三電極裝置組裝；工作電極處理；配制電解液；與電化學工作站的連接方式；測量參數(shù)選擇以及設(shè)置原因； 實驗結(jié)果與處理：對極化曲線進行分析；復雜電化學過程的分析； 電極材料電化學活性的對照以及基本電化學過程、物理化學過程的分析 基本數(shù)學處理軟件的學習和掌握Ni電極在稀硫酸溶液中的鈍化與活化(鹵素離子影響)該實驗的目的： 掌握三電極體系裝置，掌握極化曲線測量；掌握線性掃描技術(shù)、 掌握電化學鈍化特征、以及鹵素離子活化效果和原因 掌握電化學鈍化活化的基本步驟、相關(guān)的特征參數(shù)分析方法學生操作：三電極裝置組裝；工作電極處理；配制電解液；與電化學工作站的連接方式；測量參數(shù)

12、選擇以及設(shè)置原因； 實驗結(jié)果與處理：對極化曲線進行分析；致鈍電勢、維鈍電流的解析； 鹵素離子活化效果以及電化學原理 基本數(shù)學處理軟件的學習和掌握實驗報告評分標準： 按照北京理工大學本科學位論文的基本標準執(zhí)行。 目的是初步培養(yǎng)學生嚴謹?shù)膶W識行為和學術(shù)意識；基本掌握規(guī)范的學術(shù)論文寫作方法實驗報告基本部分： 實驗目的；實驗原理；實驗結(jié)果與討論/分析(含圖表)；實驗結(jié)論教材，參考書:教科書： 高潁、鄔冰等編著電化學基礎(chǔ) M北京：化學工業(yè)出版社，2004.01 參考書：藤島昭 編著陳震，姚健年譯 電化學測定方法M北京大學出版社，1995年楊輝 盧文慶 編著，應用電化學 M科學出版社，2001年 物理化學

13、， 高等后教育出版社， 第五版大綱說明： 本課程是新能源材料與器件專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程。該課程包括電化學基本概念、電化學基本原理、電化學基本實驗技術(shù)三方面內(nèi)容。具體包括電化學熱力學基礎(chǔ)、電極過程動力學基礎(chǔ)、電化學裝置設(shè)計與原理、經(jīng)典電化學技術(shù)、現(xiàn)代電化學技術(shù)、工業(yè)電化學初步、腐蝕電化學初步、化學電源初步等八個部分的內(nèi)容?？傮w上分為理論知識課和實驗課兩大部分。通過本課程理論知識部分的學習，學生需要掌握電化學的基本概念、電極過程動力學的基本理論和知識；具備使用準確規(guī)范的電化學術(shù)語描述實驗現(xiàn)象、撰寫相關(guān)科研論文的基本能力。通過本課程實驗部分的學習，掌握正確、規(guī)范的電化學測量技術(shù)和操作技能。通過本課

14、程的學習，具備將電化學理論用于解釋化學儲放能過程的基本原因，并用于優(yōu)化化學儲能器件的設(shè)計。 編寫教師簽名： 責任教授簽名： 開課學院教學副院長簽名： Applied ElectrochemistryCourse code: 100096102Course name: Applied ElectrochemistryLecture Hours: 40 hours Laboratory Hours: 24 hoursCredits: 4 Term(If necessary): junior, the fifth/ the sixth termPrerequisite(s): inorganic c

15、hemistry, analysis chemistry, Physical chemistryCourse Description: This course is a specialized course for the senior level of undergraduate of special basis course of New Energy Materials and Devices. This course should be taught and studied on the foundation of elementary but necessary courses, s

16、uch as, inorganic-chemical, physical-chemical knowledge. In total, the course includes following aspects: electrochemical thermodynamics and fundamental concept, interface of “electrode/electrolyte”, fundamental steps of electrochemical process, charge-transfer kinetics, mass transfer kinetics, elec

17、trochemical device and measurement, polarography and linear voltammetry, cyclic voltammetry and application, electrochemical industry, modern electrochemical technique, corrosion/electrodeposition of metal. Some basic electrochemical experiments were carried out in this course because of the followe

18、d reasons: a). the elementary but standard experiment skill could be mastered, b). the relationship between electrochemical knowledge and electrochemical experimental skill could be built and enhanced.Course Outcomes:After completing this course, a student should be able to:Master and understand fun

19、damental electrochemical concepts, techniquesReading and comprehension of professional literatureDesign electrochemical deviceMaster preliminary analysis ability on electrochemical reactionCourse Content:Lectures and Lecture Hours: 40 hours 1. Introduction3 hoursFundamental concepts: electrode, anod

20、e, cathode, positive electrode, negative electrode, electrode reaction, electromotive force, potential; voltage, cell and half cell, electrolyteFundamental equation: Nernst equation, Faraday law, columbic efficiency2. Interface of “electrode/electrolyte” 4 hours ideal polarized electrode, electro-ca

21、pillary curve, differential capacitance curve, specific adsorption; double layer model, neutral molecule adsorption 3. Fundamental steps of electrochemical process and performance of electron-transfer kinetics 5 hours Fundamental facts and dynamic model, electrochemical polarization Bulter-Volmer eq

22、uation, linear polarization equation, Tafel equation, exchange current density, transfer coefficient, reversible/irreversible electrochemical reaction,4. Mass transfer in electrolyte and chronopotentiometry / chronoamperometry 6 hours Fundamental type and classification of mass transfer, diffusion,

23、migration and convection steady state, non-steady-state, concentration polarization, diffusion current/ limit diffusion current, diffusion layer, chronopotentiometry, planer electrode, spherical electrode5. Electrochemical device and electrochemical measurement 3 hours Working electrode, reference e

24、lectrode, counter electrode, three-electrode cell, Electrode material and pretreatment, electrochemical windows, 6. Principle of polarograph and linear volatmmetry 4 hours characteristic of working electrode and cell of polarograph, polarization curves and characteric parameters, reversible/irrevers

25、ible polarization curves, disturbance current and elimination, mercury film electrode, linear sweep single. 7. cyclic voltammetry and application 4 hours Cyclic potential sweep single, reversible reaction, irrevsible reaction, quasi-reversible reaction. Important parameters on CV curves, Single/nois

26、e ratio, steady-state, non-steady-state, example and analysis, reaction mechanism analysis8. Electrochemical industry 4 hours Inorganic electrochemical industry, organic electrochemical industry9. Modern electrochemical technique 3 hours UV-vis, electrochemical quartz crystal microbalance (EQCM), ul

27、tra-microelectrode, micro-cavity electrode, modified electrode10. corrosion and electrochemical deposition: 2 hoursCorrosion and passivation of metal, electro-deposition of metal Laboratories and Laboratory Hours: 24 hours 1. technique of linear sweep and hydrogen evolution reaction on Pt, Ag, Ni, GC electrodes2. technique of cyclic voltammetry and electrochemical redox performance of Fe(CN)63-/4- redox couple on Pt and GC electrodes3. Electro-oxida