北京化工大學材料專業(yè)電化學原理前言

1、電化學原理課程基本信息 課程中文名稱：電化學原理 課程英文名稱：Electrochemical Principle 課程類別：必選課 總 學 時：40 總 學 分：2.5 預修課程（編號）： 并修課程（編號）： 課程簡介： 建議教材：電化學教程 參 考 書：電化學原理課程教育目標掌握電化學基本理論，了解電化學在材料科學中的應(yīng)用，培養(yǎng)學生運用基礎(chǔ)理論分析和解決實際問題的能力，為學習其它相關(guān)專業(yè)知識打下良好的基礎(chǔ)。 課程的特點以及教學指導思想 本課程是金屬材料方向的專業(yè)基礎(chǔ)課程，它著重于基礎(chǔ)理論，注重理論聯(lián)系實際，在闡明電化學基本原理基礎(chǔ)上，探討電化學原理在各相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，反映出應(yīng)用電化學的綜合

2、性和實用性。通過學習本課程，學會應(yīng)用基礎(chǔ)理論解決實際問題的方法。同時也為學習其他相關(guān)專業(yè)知識，如材料的電化學腐蝕，材料的電化學保護，無機物與有機物電化學合成，化學電源等提供知識儲備。 課程的特點以及教學指導思想 電化學科學發(fā)展迅速，不僅與無機化學、有機化學、分析化學等學科緊密相關(guān)，還廣泛滲透到金屬加工、環(huán)境科學、能量科學、生物學、信息科學與材料科學等諸多領(lǐng)域。應(yīng)在教學過程中及時補充成熟的新內(nèi)容，并且有意識地結(jié)合有關(guān)章節(jié)，介紹電化學在材料領(lǐng)域應(yīng)用的最新成果和前沿信息。 課程的特點以及教學指導思想 本課程涉及電化學熱力學、電化學動力學以及應(yīng)用電化學的方面的知識，它具有概念多、知識面寬、應(yīng)用基礎(chǔ)理論

3、廣泛的特點，有一定的難度。教學過程中要區(qū)分層次，把基本概念和基本理論做基本要求，根據(jù)學生的不同情況，引導他們深入學習提高。 理論教學內(nèi)容與要求 第一章 緒論(共2學時) 第二章 電解質(zhì)溶液的理論 (6學時) 第三章 電化學熱力學（8學時） 第四章 雙電層（8學時） 第五章 液相傳質(zhì)過程動力學（8學時） 第六章 電化學極化（8學時） 第七章 金屬的陽極過程（6學時） 第八章 電化學應(yīng)用進展（2學時） 第一章 緒論教學內(nèi)容 1.1 電化學發(fā)展的歷史 1.2 法拉第定律 1.3 電化學研究的內(nèi)容基本要求 認知電化學發(fā)展過程，明了電化學原理所涉及的內(nèi)容，弄清法拉第定律與電化學之間的關(guān)系。第二章 電解質(zhì)

4、溶液的理論教學內(nèi)容 2.1 電解質(zhì)的活度和離子活度 2.2 粒子在化學梯度作用下的運動-擴散 2.3 離子在電場的作用下運動-電遷移基本要求掌握離子活度、擴散、電遷移等基本概念。 第三章 電化學熱力學教學內(nèi)容 3.1 電極電位 3.2 電化學體系 3.3 平衡電極電位 3.4 不可逆電極基本要求 掌握電極電位、平衡電極電位和過電位的基本概念，電極電位的測量，可逆電化學體系和非可逆電化學體系的熱力學規(guī)律。 第四章 雙電層教學內(nèi)容 4.1 概述 4.2 電毛細現(xiàn)象 4.3 雙電層的微分電容 4.4 雙電層的結(jié)構(gòu) 4.5 零電荷電位 4.6 有機化合物在電極上的吸附第四章 雙電層基本要求 掌握雙電層

5、結(jié)構(gòu)及相間電位的分布，研究雙電層結(jié)構(gòu)的電化學方法，零電荷電位的基本概念及意義，電極表面的吸附現(xiàn)象及規(guī)律。 第五章 液相傳質(zhì)過程動力學教學內(nèi)容 5.1 有關(guān)液相傳質(zhì)過程的若干基本概念 5.2 穩(wěn)態(tài)過程和非穩(wěn)態(tài)過程 5.3 理想穩(wěn)態(tài)擴散過程 5.4 濃度極化公式和極化曲線 5.5 實際情況下的穩(wěn)態(tài)過程 5.6 擴散層中電場對穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)速度和電流影響 第五章 液相傳質(zhì)過程動力學基本要求 掌握穩(wěn)態(tài)擴散和非穩(wěn)態(tài)擴散過程的區(qū)別，擴散電流密度、極限擴散電流密度的基本概念，理想穩(wěn)態(tài)擴散過程與實際穩(wěn)態(tài)過程，濃度極化曲線，電遷移對穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)速度的影響。 第六章 電化學極化教學內(nèi)容 6.1 電極電位對活化能的影響 6.

6、2 電極電位對反應(yīng)速度的影響 6.3電化學極化 6.4 雙電層結(jié)構(gòu)對反應(yīng)速度的影響第六章 電化學極化基本要求 掌握電極電位對活化能及反應(yīng)速度的影響，電化學平衡與電化學極化的區(qū)別，分散層電位效應(yīng)。 第七章 金屬的陽極過程教學內(nèi)容 7.1 金屬的陽極溶解 7.2 金屬的鈍化 7.3 金屬的自溶解過程基本要求 掌握金屬的陽極溶解、鈍化和自溶解過程，了解陽極極化、陰極極化對自溶解過程的影響。 第八章 電化學應(yīng)用進展教學內(nèi)容 電化學最新研究進展簡介基本要求 初步明了電化學最新進展研究的情況，以及由此帶來材料科學研究的相關(guān)信息作業(yè)與考核 適當?shù)恼n后學習作業(yè)。 平時作業(yè)成績作為參考。 期末考試成績占本課程總

7、成績的100%。 期末考試為閉卷考試，時間為120分鐘。 成績采用優(yōu)、良、中、及格、不及格等級記分制 。第一章 緒論 1 電化學發(fā)展的歷史 2 法拉第定律 3 電化學研究的內(nèi)容電化學發(fā)展的歷史 原電池，1799年，Volta 電解池，1800年，Nichson和Carlisle 歐姆定律，1826年，Ohm 法拉第定律，1883年，F(xiàn)araday 雙電層，19世紀70年代，Helmholtz 電離學說，1887年，Arrhenius 電極電位公式，1889年，Nernst 塔費爾公式，1905年，Tafel 電極過程動力學，20世紀40年代 理論研究與實驗技術(shù)的進展，20世紀50、60年代后，

8、 量子電化學， 20世紀70、80年代后法拉第定律 從物理方面的研究得到了歐姆定律，1826 從化學方面的研究得到了法拉第定律，1833 歐姆定律研究電流與電壓的關(guān)系 法拉第定律研究電流與化學反應(yīng)的關(guān)系 法拉第定律的表達式電化學研究的內(nèi)容 研究發(fā)生在固體導體電解質(zhì)界面處的有電子得失的化學反應(yīng)。第二章 電解質(zhì)溶液的理論 1 電解質(zhì)的活度和離子活度 2 粒子在化學梯度作用下的運動-擴散 3 離子在電場的作用下運動-電遷移粒子在化學梯度作用下的運動電解質(zhì)的活度和離子活度 活度的基本概念 電解質(zhì)活度和離子活度 離子強度定律 粒子間相互作用與活度系數(shù) a. 離子氛理理論的應(yīng)用 b. 離子水化的影響粒子在

9、化學梯度作用下的運動 物質(zhì)運動的三種形式 擴散的概念與本質(zhì) 影響擴散的主要因素 化學梯度與化學場離子在電場的作用下運動 電解質(zhì)溶液的電導 離子淌度 離子遷移數(shù) 電導與離子間相互作用 a.DebyeOnsager電導理論 b.離子締合的影響第三章 電化學熱力學1 電極電位2 電化學體系3 平衡電極電位4 不可逆電極電極電位 相間電位 金屬接觸電位 電極電位 絕對電位與相對電位 a.絕對電位與相對電位的概念 b.絕對電位符號的規(guī)定 c.氫表電位和相對電位符號的規(guī)定 液體接界電位電化學體系原電池電解池腐蝕電池濃差電池原電池 何為原電池 電池的可逆性 原電池電動勢 原電池電動勢的溫度系數(shù) 原電池電動勢

10、的測量原理 電動勢的熱力學計算電化學體系 電解池 腐蝕電池 濃差電池平衡電極電位 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 標準電化序不可逆電極 不可逆電極及其電位 不可逆電極類型 可逆電極與不可逆電極電位的判斷 影響電極電位的因素不可逆電極類型 第一類不可逆電極 第二類不可逆電極 第三類不可逆電極 第四類不可逆電極影響電極電位的因素 電極的本性 金屬的表面狀態(tài) 金屬的機械變形和內(nèi)應(yīng)力 溶液的pH值 溶液中氧化劑的存在 溶液中絡(luò)合劑的存在 溶劑第四章 雙電層 1 概述 2 電毛細現(xiàn)象 3 雙電層的微分電容 4 雙電層的結(jié)構(gòu) 5 零電荷電位 6 電極溶液界面的吸附

11、現(xiàn)象概述 研究雙電層的意義 a. 研究電極溶液界面性質(zhì) 的意義 b. 電解液性質(zhì)和電極材料及 其表面狀態(tài)的影響 理想極化電極電毛細現(xiàn)象 電毛細曲線及其測定 電毛細曲線的微分方程 離子表面剩余量雙電層的微分電容 雙電層電容 微分電容 微分電容曲線雙電層的結(jié)構(gòu) 電極溶液界面的基本結(jié)構(gòu) 斯特恩（Stern）模型 緊密層的結(jié)構(gòu) a.電極表面的“水化”和水的介電常數(shù)的變化 b.沒有離子特性吸附時的緊密層結(jié)構(gòu) c.沒有離子特性吸附時的緊密層結(jié)構(gòu)零電荷電位 零電荷電位的概念 零電荷電位的測量 零電荷電位的影響因素 零電荷電位的作用與用途電極溶液界面的吸附現(xiàn)象 無機離子的吸附 有機物的吸附 a.有機物吸附對界面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的影響 b.吸附過程體系自由能的變化 c.有機分子吸附的特點 氫和氧的吸附 a.研究吸附行為的方法及基本試驗結(jié)果 b.氫原子吸附和氧吸附的特點第五章 液相傳質(zhì)過程動力學 1 有關(guān)液相傳質(zhì)過程的若干基本概念 2 穩(wěn)態(tài)過程和非穩(wěn)態(tài)過程 3 穩(wěn)態(tài)擴散過程 4 濃度極化規(guī)律和判別方法 5 非穩(wěn)態(tài)擴散過程有關(guān)液相傳質(zhì)過程的若干基本概念 液相傳質(zhì)的三種形式 液相傳質(zhì)三種方式的相對比較 液相傳質(zhì)三種方式的相互影響穩(wěn)態(tài)過程和非穩(wěn)態(tài)過程 基本概念與表達式 穩(wěn)態(tài)擴散與非穩(wěn)態(tài)擴散內(nèi)在聯(lián)系 穩(wěn)態(tài)擴散與非穩(wěn)態(tài)擴散的區(qū)別穩(wěn)態(tài)擴散過程 理想條件下的穩(wěn)態(tài)擴散 真實條件下的穩(wěn)態(tài)擴散 旋轉(zhuǎn)圓盤電極 電遷移對穩(wěn)態(tài)