北京化工大学材料专业电化学原理前言

1、电化学原理课程基本信息 课程中文名称：电化学原理 课程英文名称：Electrochemical Principle 课程类别：必选课 总 学 时：40 总 学 分：2.5 预修课程（编号）： 并修课程（编号）： 课程简介： 建议教材：电化学教程 参 考 书：电化学原理课程教育目标掌握电化学基本理论，了解电化学在材料科学中的应用，培养学生运用基础理论分析和解决实际问题的能力，为学习其它相关专业知识打下良好的基础。 课程的特点以及教学指导思想 本课程是金属材料方向的专业基础课程，它着重于基础理论，注重理论联系实际，在阐明电化学基本原理基础上，探讨电化学原理在各相关领域的应用，反映出应用电化学的综合

2、性和实用性。通过学习本课程，学会应用基础理论解决实际问题的方法。同时也为学习其他相关专业知识，如材料的电化学腐蚀，材料的电化学保护，无机物与有机物电化学合成，化学电源等提供知识储备。 课程的特点以及教学指导思想 电化学科学发展迅速，不仅与无机化学、有机化学、分析化学等学科紧密相关，还广泛渗透到金属加工、环境科学、能量科学、生物学、信息科学与材料科学等诸多领域。应在教学过程中及时补充成熟的新内容，并且有意识地结合有关章节，介绍电化学在材料领域应用的最新成果和前沿信息。 课程的特点以及教学指导思想 本课程涉及电化学热力学、电化学动力学以及应用电化学的方面的知识，它具有概念多、知识面宽、应用基础理论

3、广泛的特点，有一定的难度。教学过程中要区分层次，把基本概念和基本理论做基本要求，根据学生的不同情况，引导他们深入学习提高。 理论教学内容与要求 第一章 绪论(共2学时) 第二章 电解质溶液的理论 (6学时) 第三章 电化学热力学（8学时） 第四章 双电层（8学时） 第五章 液相传质过程动力学（8学时） 第六章 电化学极化（8学时） 第七章 金属的阳极过程（6学时） 第八章 电化学应用进展（2学时） 第一章 绪论教学内容 1.1 电化学发展的历史 1.2 法拉第定律 1.3 电化学研究的内容基本要求 认知电化学发展过程，明了电化学原理所涉及的内容，弄清法拉第定律与电化学之间的关系。第二章 电解质

4、溶液的理论教学内容 2.1 电解质的活度和离子活度 2.2 粒子在化学梯度作用下的运动-扩散 2.3 离子在电场的作用下运动-电迁移基本要求掌握离子活度、扩散、电迁移等基本概念。 第三章 电化学热力学教学内容 3.1 电极电位 3.2 电化学体系 3.3 平衡电极电位 3.4 不可逆电极基本要求 掌握电极电位、平衡电极电位和过电位的基本概念，电极电位的测量，可逆电化学体系和非可逆电化学体系的热力学规律。 第四章 双电层教学内容 4.1 概述 4.2 电毛细现象 4.3 双电层的微分电容 4.4 双电层的结构 4.5 零电荷电位 4.6 有机化合物在电极上的吸附第四章 双电层基本要求 掌握双电层

5、结构及相间电位的分布，研究双电层结构的电化学方法，零电荷电位的基本概念及意义，电极表面的吸附现象及规律。 第五章 液相传质过程动力学教学内容 5.1 有关液相传质过程的若干基本概念 5.2 稳态过程和非稳态过程 5.3 理想稳态扩散过程 5.4 浓度极化公式和极化曲线 5.5 实际情况下的稳态过程 5.6 扩散层中电场对稳态传质速度和电流影响 第五章 液相传质过程动力学基本要求 掌握稳态扩散和非稳态扩散过程的区别，扩散电流密度、极限扩散电流密度的基本概念，理想稳态扩散过程与实际稳态过程，浓度极化曲线，电迁移对稳态传质速度的影响。 第六章 电化学极化教学内容 6.1 电极电位对活化能的影响 6.

6、2 电极电位对反应速度的影响 6.3电化学极化 6.4 双电层结构对反应速度的影响第六章 电化学极化基本要求 掌握电极电位对活化能及反应速度的影响，电化学平衡与电化学极化的区别，分散层电位效应。 第七章 金属的阳极过程教学内容 7.1 金属的阳极溶解 7.2 金属的钝化 7.3 金属的自溶解过程基本要求 掌握金属的阳极溶解、钝化和自溶解过程，了解阳极极化、阴极极化对自溶解过程的影响。 第八章 电化学应用进展教学内容 电化学最新研究进展简介基本要求 初步明了电化学最新进展研究的情况，以及由此带来材料科学研究的相关信息作业与考核 适当的课后学习作业。 平时作业成绩作为参考。 期末考试成绩占本课程总

7、成绩的100%。 期末考试为闭卷考试，时间为120分钟。 成绩采用优、良、中、及格、不及格等级记分制 。第一章 绪论 1 电化学发展的历史 2 法拉第定律 3 电化学研究的内容电化学发展的历史 原电池，1799年，Volta 电解池，1800年，Nichson和Carlisle 欧姆定律，1826年，Ohm 法拉第定律，1883年，Faraday 双电层，19世纪70年代，Helmholtz 电离学说，1887年，Arrhenius 电极电位公式，1889年，Nernst 塔费尔公式，1905年，Tafel 电极过程动力学，20世纪40年代 理论研究与实验技术的进展，20世纪50、60年代后，

8、 量子电化学， 20世纪70、80年代后法拉第定律 从物理方面的研究得到了欧姆定律，1826 从化学方面的研究得到了法拉第定律，1833 欧姆定律研究电流与电压的关系 法拉第定律研究电流与化学反应的关系 法拉第定律的表达式电化学研究的内容 研究发生在固体导体电解质界面处的有电子得失的化学反应。第二章 电解质溶液的理论 1 电解质的活度和离子活度 2 粒子在化学梯度作用下的运动-扩散 3 离子在电场的作用下运动-电迁移粒子在化学梯度作用下的运动电解质的活度和离子活度 活度的基本概念 电解质活度和离子活度 离子强度定律 粒子间相互作用与活度系数 a. 离子氛理理论的应用 b. 离子水化的影响粒子在

9、化学梯度作用下的运动 物质运动的三种形式 扩散的概念与本质 影响扩散的主要因素 化学梯度与化学场离子在电场的作用下运动 电解质溶液的电导 离子淌度 离子迁移数 电导与离子间相互作用 a.DebyeOnsager电导理论 b.离子缔合的影响第三章 电化学热力学1 电极电位2 电化学体系3 平衡电极电位4 不可逆电极电极电位 相间电位 金属接触电位 电极电位 绝对电位与相对电位 a.绝对电位与相对电位的概念 b.绝对电位符号的规定 c.氢表电位和相对电位符号的规定 液体接界电位电化学体系原电池电解池腐蚀电池浓差电池原电池 何为原电池 电池的可逆性 原电池电动势 原电池电动势的温度系数 原电池电动势

10、的测量原理 电动势的热力学计算电化学体系 电解池 腐蚀电池 浓差电池平衡电极电位 电极的可逆性 可逆电极的电位 电极电位的测量 可逆电极类型 标准电极电位 标准电化序不可逆电极 不可逆电极及其电位 不可逆电极类型 可逆电极与不可逆电极电位的判断 影响电极电位的因素不可逆电极类型 第一类不可逆电极 第二类不可逆电极 第三类不可逆电极 第四类不可逆电极影响电极电位的因素 电极的本性 金属的表面状态 金属的机械变形和内应力 溶液的pH值 溶液中氧化剂的存在 溶液中络合剂的存在 溶剂第四章 双电层 1 概述 2 电毛细现象 3 双电层的微分电容 4 双电层的结构 5 零电荷电位 6 电极溶液界面的吸附

11、现象概述 研究双电层的意义 a. 研究电极溶液界面性质 的意义 b. 电解液性质和电极材料及 其表面状态的影响 理想极化电极电毛细现象 电毛细曲线及其测定 电毛细曲线的微分方程 离子表面剩余量双电层的微分电容 双电层电容 微分电容 微分电容曲线双电层的结构 电极溶液界面的基本结构 斯特恩（Stern）模型 紧密层的结构 a.电极表面的“水化”和水的介电常数的变化 b.没有离子特性吸附时的紧密层结构 c.没有离子特性吸附时的紧密层结构零电荷电位 零电荷电位的概念 零电荷电位的测量 零电荷电位的影响因素 零电荷电位的作用与用途电极溶液界面的吸附现象 无机离子的吸附 有机物的吸附 a.有机物吸附对界面结构与性质的影响 b.吸附过程体系自由能的变化 c.有机分子吸附的特点 氢和氧的吸附 a.研究吸附行为的方法及基本试验结果 b.氢原子吸附和氧吸附的特点第五章 液相传质过程动力学 1 有关液相传质过程的若干基本概念 2 稳态过程和非稳态过程 3 稳态扩散过程 4 浓度极化规律和判别方法 5 非稳态扩散过程有关液相传质过程的若干基本概念 液相传质的三种形式 液相传质三种方式的相对比较 液相传质三种方式的相互影响稳态过程和非稳态过程 基本概念与表达式 稳态扩散与非稳态扩散内在联系 稳态扩散与非稳态扩散的区别稳态扩散过程 理想条件下的稳态扩散 真实条件下的稳态扩散 旋转圆盘电极 电迁移对稳态