《理論電化學》課程教學大綱

《理論電化學》教學大綱課程編號：11220044英文名稱：TheoreticalElectrochemistry學分：3學時：總學時48學時，其中理論48學時先修課程：無機化學1、物理化學2、材料科學基礎、電工與電子技術及實驗課程類別：專業(yè)主干課程授課對象：新能源材料與器件專業(yè)學生教學單位：化學化工學院修讀學期：第5學期一、課程描述和目標電化學是一門研究電子導體相和離子導體相之間的界面上所發(fā)生的各種界面效應，即伴有電現(xiàn)象發(fā)生的化學反應的科學。電化學在電解、電鍍、化學電源等工藝生產以及電分析和金屬腐蝕與防護等應用技術中的很多領域都得到廣泛的應用。理論電化學是任何一個電化學工作者必須掌握的基本知識，因而這門課程為本專業(yè)的專業(yè)主干課程。本課程在物理化學的基礎上，結合近年來電化學科學的發(fā)展，重點介紹電化學的基本概念、基本規(guī)律和基本理論，內容主要分為三大部分：電化學熱力學、電極和溶液界面的結構和性質、電極過程動力學。通過本課程的學習，學生能夠系統(tǒng)的掌握電化學科學的基本理論知識和基本原理，了解現(xiàn)代電化學科學技術的新進展，為學生將來從事新能源、化學電源、電解電鍍、防腐加工、綠色化工合成等領域奠定堅實的理論基礎。通過教學的各個環(huán)節(jié)，學生能夠培養(yǎng)理論思維方法、模型化方法、理想化方法、數(shù)學處理方法，提高科研能力和科研素質。本課程具體目標如下：課程目標1：掌握電化學的基本理論和規(guī)律，包括電化學科學的研究對象、電解質溶液理論、電化學熱力學、電極/溶液界面的結構與性質、電極的極化現(xiàn)象、電極過程、液相傳質步驟動力學、電子轉移步驟動力學等內容，能夠對實際電化學體系及現(xiàn)象進行識別和分析。課程目標2：能夠聯(lián)系實際電化學現(xiàn)象，提出工程問題，并對工程問題進行分析和提煉，能夠應用電化學相關理論、物理模型、數(shù)學處理方法解決新能源材料與器件工程中的問題。課程目標3：培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和嚴密的科學方法；學會應用文獻工具，了解電化學在日常生活中和工農業(yè)生產上的應用，同時了解電化學的前沿及發(fā)展方向等。培養(yǎng)自主學習、綜合分析、創(chuàng)造思維和對研究方法的選擇判斷等能力。二、課程目標對畢業(yè)要求的支撐關系畢業(yè)要求指標點課程目標權重2-1.能夠應用數(shù)學、物理、化學和工程科學的基本原理，識別、表達和判斷新能源材料與器件工程問題；課程目標1H3-1.能夠掌握新能源、新材料及器件相關領域的基本原理和方法，設計新能源材料與器件復雜工程問題的解決方案；課程目標2H4-1.能夠基于科學原理，借助文獻檢索等，調研復雜工程問題的解決方案，與進行合理地分析；課程目標3M三、教學內容、基本要求與學時分配序號教學內容基本要求及重、難點（含德育要求）學時教學方式對應課程目標1緒論：（1）電化學科學的研究對象（2）電化學科學在實際生活中的應用（3）電化學科學的發(fā)展簡史和發(fā)展趨勢（4）電解質溶液的電導（5）電解質溶液的活度與活度系數(shù)基本要求：了解電化學在實際生活中的應用和發(fā)展趨勢；重點：理解電化學的研究對象和電解質基礎理論。德育要求：培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題能力5集中講授1,32電化學熱力學：（1）相間電位和電極電位：金屬接觸電阻、電極電阻、液體接界電位（2）電化學體系：原電池、電解池、腐蝕電池、濃差電池（3）平衡電極電位：電極的可逆性、可逆電極的電位、電極電位的測量、可逆電極類型、標準電極電位（4）不可逆電極：不可逆電極及其電位、不可逆電極類型、可逆電位與不可逆電極電位的判別、影響電極電位的因素基本要求：掌握內電位、外電位、絕對電極電位、相對電極電位、液體接界電位等相間電位概念；明確電化學體系及其特點和區(qū)別；掌握平衡電化學體系的熱力學關系及計算；重點：相間電位和電極電位等概念。難點：可逆電極與不可逆電極的特點和判別。德育要求：培養(yǎng)探索精神8集中講授1,2,33電極/溶液界面的結構與性質：（1）理想極化電極和電毛細現(xiàn)象（2）雙電層的微分電容（3）雙電層的結構（4）零電荷電位（5）電極/溶液界面的吸附現(xiàn)象基本要求：掌握雙電層結構的模型；理解電毛細現(xiàn)象，雙電層的微分電容，零電荷電位等概念；了解雙電層結構；重點：電毛細曲線和微分電容曲線的分析及應用；零電荷電位的概念；難點：理解理想極化電極和不極化電極的特點。雙電層結構的模型；電極/溶液界面的吸附現(xiàn)象。德育要求：培養(yǎng)知識遷移與創(chuàng)新能力。8集中講授1,2,34電極過程概述：（1）電極的極化現(xiàn)象（2）原電池和電解池的極化圖（3）電極過程的基本歷程和速度控制步驟（4）電極過程的特征基本要求：電極的極化現(xiàn)象；原電池和電解池的極化圖；電極過程的基本歷程和速度控制步驟；電極過程的特征。重點：辨析電極過程的基本歷程和速度控制步驟。難點：原電池和電解池的極化圖和過電位的含義。德育要求：培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題，解決問題能力。8集中講授1,2,35液相傳質步驟動力學：（1）液相傳質的三種方式：擴散、對流、電遷移，三種方式的相互比較和相互影響（2）穩(wěn)態(tài)擴散過程：；理想條件和真實條件下的穩(wěn)態(tài)擴散過程、旋轉圓盤電極、電遷移對穩(wěn)態(tài)擴散過程的判別方法（3）濃差極化的規(guī)律和濃差極化的判別方法（4）非穩(wěn)態(tài)擴散過程：菲克第二定律、平面電極上的非穩(wěn)態(tài)擴散基本要求：液相傳質的三種方式；理想條件下的穩(wěn)態(tài)擴散；了解旋轉圓盤電極；濃差極化規(guī)律和濃差極化的判別方法；重點：電極附近液相中的傳質方式、特點；難點：辨析濃差極化的規(guī)律和濃差極化的判別方法德育要求：培養(yǎng)綠色能源觀，家國情懷9集中講授1,2,36電子轉移步驟動力學：（1）電極電位對電子轉移步驟反應速度的影響：對活化能和反應速度的影響（2）電子轉移步驟的基本動力學參數(shù)：交換電流密度、電極反應速度常數(shù)（3）穩(wěn)態(tài)電化學極化規(guī)律：巴特勒-伏爾摩方程、高電位和抵過電位下的電化學極化規(guī)律、穩(wěn)態(tài)極化曲線測量基本動力學參數(shù)（4）多電子的電極反應：多電子轉移步驟的動力學規(guī)律（5）雙電層結構對電化學反應速度的影響（ψ1效應）（6）電化學極化與濃差極化共存時的動力學規(guī)律：混合控制的動力學規(guī)律基本要求：電極電位對電子轉移步驟反應速度的影響；電子轉移步驟的基本動力學參數(shù)；穩(wěn)態(tài)電化學極化規(guī)律；多電子的電子轉移步驟動力學規(guī)律；重點：電子轉移步驟的基本動力學參數(shù)的物理意義；穩(wěn)態(tài)電化學極化規(guī)律；難點：辨析電子轉移步驟的基本動力學參數(shù)和電化學極化與濃差極化共存時的動力學規(guī)律。德育要求：培養(yǎng)職業(yè)倫理道德10集中講授1,2,3合計48課程目標1,2,3四、課程教學方法本課程的教學通過多媒體課件展示與板書結合的方式講授，在課堂上通過討論、提問、角色轉換等方式引導學生獨立思考，加深對疑難問題的理解，提高教學效果和質量。五、學業(yè)評價和課程考核（一）考核方式及具體要求1.課程成績構成與要求課程考核采用形成性和終結性評價相結合的方式，考核內容主要由平時表現(xiàn)、章節(jié)作業(yè)、期末考試組成，均按百分制計分，其中期末考試成績占60%、章節(jié)作業(yè)成績占20%、平時表現(xiàn)成績占20%?？傇u成績=平時表現(xiàn)成績（20%）+章節(jié)作業(yè)成績（20%）+期末成績（60%）2.課程目標達成考核與評價序號教學環(huán)節(jié)課程目標1（分值）課程目標2（分值）課程目標3（分值）合計1平時表現(xiàn)1055202章節(jié)作業(yè)1055203期末考試18301260課程目標對應分值384022100（二）考核與評價標準1.平時表現(xiàn)成績考核與評價標準分值觀測點90-100分70-89分60-69分0-59分平時表現(xiàn)課堂聽講認真，參與各項教學活動積極性高，團隊合作能力強，能有條理地表達自己的意見，解決問題的過程清楚，做事有計劃，具有創(chuàng)造性思維，能夠用不同方法解決問題，獨立思考，問題回答準確。課堂聽講比較認真，能夠比較積極地參與各項教學活動，能比較有條理地表達自己的意見，解決問題的能力較強，能用老師提供的方法解決問題，團隊合作能力較強，問題回答比較準確。課堂聽講專心程度一般，能夠參與各項教學活動，能表達自己的意見，解決問題的能力一般，能用老師提供的方法解決問題，團隊合作能力一般，問題回答基本準確。課堂不能專心聽講，不參與各項教學活動，不能表達自己的意見，解決問題的能力較差，團隊合作能力較差，問題回答不準確。2.章節(jié)作業(yè)成績考核與評價標準分值觀測點90-100分70-89分60-69分0-59分章節(jié)作業(yè)按時完成，90%以上的作業(yè)內容齊全，基本知識點理解、掌握到位。能夠利用理論知識識別、分析電化學領域相關專業(yè)問題。按時完成，70%以上的作業(yè)內容齊全，基本知識點理解、掌握較到位。能夠較好利用理論知識識別、分析電化學領域相關專業(yè)問題。延時完成，60%以上的作業(yè)內容齊全，基本知識點理解、掌握基本到位。利用理論知識對電化學領域相關專業(yè)問題有一定的識別、分析。不交和補交，50%以下的作業(yè)內容齊全，基本知識點理解、掌握有偏差。不能利用理論知識對電化學領域相關專業(yè)問題進行識別、分析。3.期末試卷考核與評價標準采取閉卷形式，題型主要采用判斷、選擇、填空、簡答、計算等，綜合檢驗學生對課程相關知識的掌握、綜合應用及解決復雜問題的能力。卷面成績采用百分制評分，比例換算。六、教材與參考：（一）推薦教材1．《電化學原理》(第4版），李荻主編；北京航空航天大學出版社，出版日期：2021-08-01，ISBN：9787512435834；2.《電化學基礎教程》（第二版），高鵬，朱永明，余元春編，化學工業(yè)出版社，出版時間：2019-03-01，ISBN