1、应用电化学课程教学大纲 一、课程编码及课程名称 课程编码： 3331204112 课程名称：应用电化学 (Applied Electrochemistry) 二、学时 及 学分 总学时数： 36 学分： 2 三、适用专业及开设学期 适用专业：化学、应用化学（本科） 开设学期： 四 、课程教学 性质、目标和任务 应用电化学是 应用化学抓也或化学专业的 一门 专业任选课 ，是一门 利用电化学基本原理，解决科学研究和生产实际中涉及电化学应用领域内有关金属腐蚀、金属电沉积及化学电源等方面的实际问题的课程。 该 课程与 科学研究和生产实践有着密切联系，在化工、冶金、化学电源、金属腐蚀与保护、电化学加工以
2、及电化学分析等工业部门中占有很重要的地位。同时在高新技术领域，如新能源、新材料、微电子技术、生物化学等方面有广泛应用。系统地电化学化学的基础知识和实验技术、技能，培养科学的素养和创新能力，是培养和造就高级化学、化工科技人才和化学教学工作者的要求。 通过本课程的学习，使学生了解电化学基础知识及基本原理，初步学会分析和解决电化学应用领域中各种实际问题的能力。 同时也是培养学生用应用电化学原理处理实际问题的兴趣和能力，为学生进一步深 造补充必要的知识，打下良好基础。 五、课程教学的基本要求 学完本课程后，应达到以下基本要求： 1、了解应用电化学在生产实际及科研工作中的重要意义 2、掌握电化学的基本原
3、理及其应用领域 、 电化学热力学 掌握电动势形成的机理；电极电位及电池的构成与种类。 2、 双电层 掌握界面电荷层定义；电毛细管曲线和双电层电容和双电层结构模型；了解半导体 /电解质溶液界面双电层以及电极 /溶液界面上的吸附现象。 3、 电极过程中的液相传质 了解电极过程，不可逆电极过程中电极的极化，液相中的传质方式；掌握稳态扩散过程，浓差极化及极化曲 线，非稳态扩散过程动力学。 4、 电化学步骤动力学 掌握电化学极化的经验公式，电极电位对电极反应活化能的影响，电化学步骤的基本动力学参数，稳态极化的动力学参数；初步了解双电层结构对电化学步骤反应速度的影响，多电子的电极反应，浓差极化与活化极化共
4、存时的动力学规律。 5、 气体电极过程 了解氢电极过程，氧电极过程，电催化过程 6、 无机电解和有机电化学合成 了解电解过程中的基本参数，典型无机化合物的电解合成，间接电化学有机合成， SPE法有机电化学合成，牺牲阳极有机电化学合成，电化学聚合和声电化学合成 7、电化学能源与 能源开发 掌握一次电池，二次电池，燃料电池；了解光电化学电池，电化学与氢能开发 8、电渗析 掌握电渗析技术的基本原理及过程，离子交换膜，电渗析脱盐的原理和结构；了解电渗析工艺参数，电渗析技术的应用。 9、电化学传感器和电化学变色显示 了解电化学传感器，电化学变色显示。 10、金属电化学 了解金属的表面精饰，金属的电化学加
5、工和金属的电化学冶炼。 六、课程教学内容 第一章 绪论 （共 2学时） （一）本章 教学基本要求 要求学生熟悉电动势形成的机理，掌握电极电位的概念，了解电池的构成与种类。 （二）教学内容 1.1 电化学基本概念 （ 1 学时） 教学内容： 电动势形成 ，电池、化学电源等 1.2 电化学研究领域 （ 0.5 学时 ） 教学内容： 电化学 涉及的 研究领域 1.3 电化学学习要求 （ 0.5 学时） （ 三 ）重点与难点 重点： 电化学基本概念 。 难点： 电化学基本概念 。 第二章 电化学理论基础 （共 6学时） （一）本章 教学基本要求 1、理解 可逆和不可逆电化学过程的热力学函数关系 ， 电
6、极反应速度的影响因素和电极极化概念 ， 物质稳态传递的特征 2、熟悉 电极、隔膜、电解质溶液等基本单元 , 电极反应类型； 电极的可逆性、不可逆电极及其电位、 电化学反应和电 极反应平衡条件 , 物质传递的三大基本形式； 3、了解 电化学在生产实际、科研工作中的意义 , Bulter-Volmer 方程，交换电流密度 i0及 i-方程的几种处理方法 ， 五种双电层理论模型 , 常用的电化学研究方法； （二）教学内容 2.1 电化学体系的基本单元 （ 1 学时） 教学内容： 电极、隔膜、电解质溶液 ， 工作电极、辅助电极、参比电极概念； 2.2 电化学过程热力学 （ 1 学时） 教学内容： 电化
7、学状态函数相互转换关系 2.3 非法拉第过程及电极 /溶液界面性能 （ 1 学时） 教学内容 ： 零电荷电势；电子迁移反应机理分析 ； 电极极化 ； 双电层模型 2.4 非法拉第过程和影响电极反应速度因素 （ 1 学时） 教学内容： 电极反应机理 ， Lippman 公式的应用 ； 动力学方程的推导及处理方法 2.5 物质传递控制反应 （ 1 学时） 教学内容： 物质传递的三大基本形式 , 物质稳态传递的特征；极限电流 i0 2.6 电化学研究方法介绍 （ 1 学时） 教学内容： 极限电流、半波电位概念 ； 循环伏安法 和 恒电流电解技术 （ 三 ）重点与难点 重点： 1、 工作电极、辅助电极
8、、参比电极概念；电化学状态函数相互转换关系 2、 零电荷电势”概念；电子迁移反应机理分析 ； 电极极化 ； 双电层模型 3、 极限电流 i0 的推导； 难点： 电毛细管曲线抛物线形状的分析 , 电化学状态函数相互转换关系 ， 极限电流、半波电位概念 ； 第三章 电催化过程 （共 4学时） （一）本章 教学基本要求 1、熟 悉 氧气的电催化还原；掌握有机小分子在金属催化剂、金属氧化物催化剂上的氧化特性；氧析出反应的电催化； 2、理解 H2 氧化反应的电催化步骤； 3、掌握 影响电催化性能的因素；掌握电催化的两大类型及一般原理； H2 在阴极析出的基本步骤； 4、了解 评价电催化性能的几种方法；利
9、用 Tafel 公式区分电极材料对 H2 的催化活性；有机小分子 氧化的反应机理。 （二）教学内容 3.1 电催化原理 （ 0.5 学时） 教学内容： 氧化 还原电催化的一般原理；电催化剂的性能及影响其活性的主要因素； 3.2 氢电极反应的电催化 （ 1.5 学时） 教学内容 ： H2 还原析出过程； H2 在金属氧化物电极上析出机理 3.3 氧电极反应的电催化 （ 1 学时） 教学内容： 氧气的电催化还原 ； 氧析出反应的电催化； 3.4 有机小分子的电催化 （ 1 学时） 教学内容： 有机小分子在金属催化剂、金属氧化物催化剂上的氧化特性 ， 反应机理。 （ 三 ）重点与难点 重点： 1、
10、电催化剂的性能及影响其活性的主要因素； H2 还原析出过程 2、 氧气还原的机理；氧析出反应的电催化；有机小分子在单金属、二元或多元金属电催化剂上的氧化。 难点： 电催化性能评价所用方法； 有机小分子电催化氧化的表征及机理分析。 第四章 化学电源 （共 4学时 ） （一）本章 教学基本要求 1、熟悉 电池的性能指标、 了解 选择电池的标准 ; 可溶正极锂电池、 Li/MnO2 电池、 Li-聚氟化碳电池的电池反应和作用原理、性质和特点 2、掌握 电动势、开路电压、工作电压、内阻、电池容量、比能量、比功率、电池寿命、自放电等概念；盐类电解液的锌锰电池、碱性 MnO2 电池、 锌 -氧化汞电池、锌
11、空气电池、锌 -氧化银电池的作用原理及成流反应、性质、特点 3、了解 化学电源的有关概念；一次电池的通性及其分类 4、熟悉 碱性 Ni/Cd 电池、锂电池和锂离子电池 的 性质及作用机理 ， 质子交换膜燃料电池 5、掌握 二次电池的一般性质；铅酸蓄电池的性质及作用机理 ； 燃料电池特点、构成、原理 6、了解 氢镍电池、 Na/NiCl2 电池、锌二次电池的性质及作用机理 ； 磷酸型燃料电池，熔融碳酸盐型燃料电池、 固体氧化物燃料电池、碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池的作用原理 （二）教学内容 4.1 概述 （ 0.5学时） 教学 内容： 电动势、开路电压、工作电压、内阻、电池容量、比能量、比功
12、率、电池寿命、自放电等概念； 4.2 一次电池 （ 1.5 学时） 教学内容： 盐类电解液的锌锰电池、碱性 MnO2 电池、锌 -氧化汞电池、锌空气电池、锌 -氧化银电池的作用原理 4.3 二次电池 （ 1 学时） 教学内容： 二次电池的一般性质；酸蓄电池、碱性 Ni/Cd电池、氢镍电池、锂电池和锂离子电池、 Na/NiCl2电池、锌二次电池的性质及作用机理 4.4 燃料电池 （ 1学时） 教学内容： 燃料电池的特征、基本构成、作用原理。磷酸型燃料电池，熔融碳酸盐型燃料电池 、固体氧化物燃料电池、碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池的作用原理 。 （二）重点与难点 重点： 1、 化学电源的主要性能
13、 ； 碱性锌锰电池、锂电池的性质、特征、反应原理 2、 次电池性能评价指标；铅酸蓄电池的性质及作用机理 ； 燃料电池的特征、基本构成、作用原理。 难点： 1、 化学电源的性能参数 ； 电池的正极反应、负极反应、电池反应 2、 铅酸蓄电池的性质及作用机理 ； 燃料电池的成流原理 。 第五章 无机物的电解工业 （共 4 学时） （一）本章 教学基本要求 1、理解 水的电解原理、以及能量计算；氯碱工业的三种电 解方法； 2、掌握 电解的基本概念；用电解法制备氯酸盐和高氯酸盐的原理； 电解法生产 H2O2的原理和方法；水的电解原理、以及能量计算。 3、了解 MnO2 和 KMnO4 的电解合成方法 ；
14、 水的电解原理、以及能量计算 。 （二）教学内容 5.1 概述 （ 0.5 学时） 教学内容： 电解过程、阴极和阳极反应，电解池反应； 5.2 氯碱工业 （ 0.5 学时） 教学内容： 氯碱工业的三种电解方法；电 5.3 无机电合成 （ 1 学时） 教学内容： 电解法制备氯酸盐和高氯酸盐的原理； MnO2 和 KMnO4 的电解合成方法 ； 5.4 过氧化氢 （ 1 学时） 教 学内容： 电解法生产 H2O2 的原理和方法； 5.5 水电解 （ 1 学时） 教学内容： 水的电解原理、以及能量计算； （ 三 ）重点与难点 重点： 1、 氯碱隔膜槽电解法；电解制备 NaClO3、 NaClO4、
15、MnO2 和 KMnO4 的原理 2、 H2O2 的电解法生产 难点： 电解中电极过程及电解槽结构；电解过程、阴极和阳极反应，电解池反应 ； H2O2的电解合成原理及应用 。 第六章 有机电解合成 （共 4 学时） （一）本章 教学基本要求 1、理解 常见有机电化学合成的基本原理， 2、了解 有机电化学合成的发展方向及国外有机电合成的研 究动向 （二）教学内容 6.1 概述 （ 0.5 学时） 教学内容： 有机电合成的简要发展史，优势 6.2 有机电合成 （ 1.5 学时） 教学内容： 典型 有 机化合物的电解合成 实例 6.3 电化学氧化 （ 1 学时） 教学内容： 有机化合物的电化学氟化方
16、法及原理 6.4 有机电合成研究进展 （ 1 学时） 教学内容： 有机电化学 合成的若干发展方向，国外有机电合成的研究动向 （ 三 ）重点与难点 重点： 1、 典型有机电化学合成的实例 2、 有机电化学氟化的方法及原理 难点： 常见有机电合成的基本原理 。 第七章 金属表面精饰 （共 4学时 ） （一） 本章 教学基本要求 1、 掌握金属电沉积和电镀的 原理 。 2、 理解镀层的主要性能与影响因素，金属阳极氧化的原理 3、了解金属电结晶动力学、电沉积过程中表面活性剂的作用；几种典型的电镀过程；铝和钛等金属的阳极氧化；及电泳涂装技术 （二）教学内容 7.1 金属电沉积和电镀原理 （ 1学时） 教
17、学内容： 简单金属离子、金属络离子的还原，金属共沉积原理及结晶动力学 7.2 电镀过程 （ 1 学时） 教学内容： 镀层的主要性能、影响因素，生产工艺，典型电镀过程，塑料金属化涂装 7.3 金属的阳极氧化 （ 1学时） 教学内容： 阳极氧化原理、铝 和钛的阳极氧化 7.4 电泳涂装技术 （ 1学时） 教学内容： 殃及与阴极电泳涂装 （ 三 ）重点与难点 重点： 金属电沉积和电镀的基本原理；镀层的主要性能及影响因素 难点： 金属电结晶动力学；表面活性剂的作用 第八章 电化学腐蚀 （ 共 6学时 ） （一）本章 教学基本要求 1、 掌握腐蚀电池及电化学腐蚀的基本原理 2、理解 Fe-H2O 体系的
18、 电势 -pH 图 及其在金属防护上的应用 3、了解 金属腐蚀及防护的意义 （二）教学内容 8.1 概述 （ 0.5学时） 教学内容： 金属腐蚀及金属防护的意义 8.2 金属的电化学腐蚀 （ 1.5 学时） 教学内 容： 电化学腐蚀的基本原理 8.3 电势 -pH图及其在金属防护中似的应用 （ 2学时） 教学内容： Fe-H2O体系的 电势 -pH图 的构作及其在金属防护上的应用 8.4 腐蚀电池 （ 1学时） 教学内容： 腐蚀电池的基本原理 8.5 金属的电化学防腐蚀 （ 1学时） 教学内容： 金属电化学防腐的基本手段与方法 （ 三 ）重点与难点 重点： 腐蚀电池及电化学腐蚀的基本原理 难点
19、： Fe-H2O体系的 电势 -pH图 的构作及其在金属防护上的应用 第九章 电化学传感器 （共 4学时 ） （一）本章 教学基本要求 1、了解电化学传感器的种类、原理及特点 2、了解 生物电化学传感器的基本原理，发展现状及相关应用 （二）主要内容 9.1 概述（ 0.5学时） 教学内容： 电化学传感器 基本原理与简要发展历程 9.2 控制电位 气体 传感器（ 1.5学时） 教学内容： 控制电化学传感器的基本原理及相关实例 9.3 生物电化学传感器 （ 2 学时） 教学内容： 生物电化学传感器的基本原理、相关应用 （ 三 ）重点与难点 重点： 电化学传感器的种类、原理及特点 难点： 电化学传感
20、器的原理 七、本课程与其它课程的关系 本课程主要是在无机化学和物理化学等课程的基础上，进一步研究电化学平衡和电化学反应速 度的科学。 在学习此课程之前，必须具备相应的基础知识，建议先学习无机化学，有机化学，分析化学和物理化学，除此之外，最好应选修过 表面物理化学、 电化学原理，同时建议多阅读相关外文专业文献。本课程 所涉及 知识 虽然早已体系化 ，但是内容却日新月异，建议在学习本课程的同时，阅读大量参考文献 ，尤其是 外文 前沿研究文献 。 八、教学时数分配 应用电化学课程教学时数分配表 总学时： 36 学分： 2 章次 各章标题名称 讲授学时 实验学时 辅导学时 备注 第一章 绪论 2 第二
21、章 电化学理 论基础 6 2 第三章 电催化过程 4 2 第四章 化学电源 4 2 第五章 无机物的电解工业 2 第六章 有机电化学合成 4 2 第七章 金属表面精饰 4 2 第八章 电化学腐蚀 6 2 第九章 电化学传感器 4 合计 36 12 九、实验内容与学时分配 ： 十、本课程 的 实践环节： 十一 、 推荐 教材及参考书 （一）推荐 教材 ： 杨辉 等编，应用电化学， 科学 出版社， 2004。 Brett, C. M. A. Electrochemistry Principles, Methods, and Applications， Oxford University Press
22、, Walton Street, Oxford OX2 6DP, 1993 （二） 参考书： 1. 邝生鲁等编，应用电化学，华中理工大学出版社， 1994。 2吴辉煌主编，电化学，化学工业出版社， 2004。 3张祖训、汪尔康著，电化学原理和方法，科学出版社， 2000。 4马淳安等著，有机电化学合成导论，科学出版社， 2002 十 二 、主要教学方法与教学条件要求 课堂讲授主要采取教师 讲解的方式，运用 CAI 课件进行辅助教学。对本大纲中要求学生理解和掌握的内容，要布置适当的课后习题，以帮助学生通过练习进一步复习和巩固课堂所学知识，提高利用理论解决实际问题的能力。 十 三、考核方式与成绩评定： 考核方式：本课程原则上建议采用开卷 考试 方式，但根据不同教师教学方式作相应调整。 期末成绩评定：期末考试成绩 0.70平时成绩 0.3（均以百分制计） 十 四 、 其它需要说明的问题 ： 制订： 化学化工系 教研室： 物理化学 教研室 执笔人： 左春山 审订人： 潘庆才
